核電站需要在高處開關(guan) 閥門等。本田公司為(wei) 此試製出了可通過遠程操作來完成這種作業(ye) 的“作業(ye) 臂機器人”（圖）。核電站有很多狹窄複雜的場所，在高處作業(ye) 時，機器人需要放在升降式底座上。因此要求“作業(ye) 臂機器人”能在狹窄複雜的場所及搖晃不穩的底座上準確開關(guan) 閥門。

“其實機器人體(ti) 內(nei) 裝有局域網”。本田技術研究所基礎技術研究中心第5研究室室長兼主任研究員重見聰史這樣說道。

通過體(ti) 內(nei) LAN進行分散控製

要在狹小複雜的空間內(nei) 使作業(ye) 臂機器人的手部靠近閥門的手柄麵，需要使其手臂彎曲並避開障礙物。為(wei) 此，要同時控製多個(ge) 關(guan) 節的動作，需要采用分散控製係統來控製各個(ge) 單元，否則，就無法進行及時控製。因此，作業(ye) 臂機器人采用“以LAN將主處理器與(yu) 控製各部分的電子控製單元（ECU）相連接的構造”（重見）。
 

圖：本田試製的“作業(ye) 臂機器人”及其關(guan) 鍵技術

圖中是可通過遠程操作開關(guan) 閥門的機器人，準備應用於(yu) 核電站等場所。該機器人具備可在升降式底座等不穩定場所準確開關(guan) 閥門的功能。作業(ye) 臂頂端的手部內(nei) 配備有攝像頭，操作者可根據該攝像頭傳(chuan) 來的影像，指揮機器人的手部移動，使得閥門手柄的位置與(yu) 圖像上顯示的目標白線一致。此時作業(ye) 臂的姿勢可由機器人在考慮底座搖晃程度及配管等障礙物位置的基礎上計算出來。

多關(guan) 節同步控製係統通過機器人的體(ti) 內(nei) LAN按順序收集各種傳(chuan) 感器的信息，然後由主處理器根據這些信息計算出機器人應該采取的姿勢。最後將該結果同時發送給所有ECU，從(cong) 而實現多關(guan) 節同步控製。該係統以500μs的短周期反複進行上述操作，提高了響應速度。

向受力的反方向移動

“機器人在手部操作閥門手柄時如果遇到底座晃動，必須能夠吸收衝(chong) 擊”（本田技術研究所基礎技術研究中心第5研究室第2組主任研究員鬆本隆誌）。其理由是如果受到強大衝(chong) 擊，作業(ye) 臂及閥門就有可能遭到破壞。因此，要求作業(ye) 臂機器人必須采用可吸收衝(chong) 擊力的技術。

具體(ti) 來說，就是柔順控製技術。比如，“當人的手被擠壓時，就會(hui) 無意識地向相反方向縮回。這是因為(wei) 不縮回的話就要承受更多的力量。與(yu) 此相同，柔順控製技術就是讓機器人向受力的相反方向移動”（鬆本）。

但向相反方向移動多少比較合適，這一點很難判斷。因此，作業(ye) 臂機器人采用的處理是“首先試著向相反方向移動並判斷受力減小的程度，如果受力減小得不多，就需要進一步移動”（鬆本）。以500μs的周期反複進行這種處理，便能有效地吸收衝(chong) 擊力。

使機器人手部與(yu) 閥門手柄麵垂直

作業(ye) 臂機器人必須能夠準確轉動閥門手柄。因此，需要使機器人手部精確地按住閥門手柄麵，而底座的晃動同樣會(hui) 對此造成妨礙。

為(wei) 了解決(jue) 這一問題，作業(ye) 臂機器人需要推算出手柄麵的角度、底座的傾(qing) 斜度及水平移動量，使手部與(yu) 閥門手柄麵垂直緊貼。如果保持這種狀態，機器人的手部就能牢牢抓住手柄麵並準確轉動手柄。

因此本田的作業(ye) 臂機器人配置了力度傳(chuan) 感器、陀螺儀(yi) 和加速度傳(chuan) 感器。機器人的手腕與(yu) 腰部各自都配置了一個(ge) 力度傳(chuan) 感器和一套陀螺儀(yi) 配加速度傳(chuan) 感器。利用力度傳(chuan) 感器可測出腕部的受力、腰部的受力以及自身重量產(chan) 生的力矩；利用陀螺儀(yi) 結合加速度傳(chuan) 感器可測出手腕與(yu) 腰部的傾(qing) 斜度。根據這些信息，可以推算出底座的傾(qing) 斜度及水平移動量。

閥門手柄麵的角度可根據機器人腕部所受力矩計算得出。機器人手部垂直接觸閥門手柄麵時，手柄麵對機器人手腕施加的力矩為(wei) 零。而機器人手部傾(qing) 斜接觸手柄麵時，力矩不為(wei) 零。也就是說，機器人腕部受有力矩時，機器人手部需要變化角度減小腕部被施加的力矩。

該過程會(hui) 不斷重複，直到力矩變為(wei) 零，周期為(wei) 500μs。手柄麵的角度可通過該過程中的力矩積分來計算，計算時間僅(jin) 為(wei) 約0.1秒。這樣機器人便可在高處準確實施開關(guan) 閥門等作業(ye) 。

本田計劃在2012年上半年讓候選企業(ye) 用戶評估作業(ye) 臂機器人*。今後的課題是提高根據攝像頭的影像來進行遠程操作的易用性。“要使操作者能夠感覺到機器人與(yu) 障礙物的距離”（鬆本）。

* 作業(ye) 臂機器人的用途因情況不同而異，除了開關(guan) 閥門的作業(ye) 之外，還有望用於(yu) 在複雜的場所移動，使作業(ye) 臂靈活彎曲並在看不見的陰暗處拍攝等用途。

另外，本文提及的的所有技術均為(wei) 本田在開發仿人型機器人“ASIMO”的過程中培育的技術