东京大学研发模拟人类肌肉的机器人前臂 可执行与人类类似的动作

盖世汽车讯 据外媒报道，东京大学（the University of Tokyo）JSK实验室的研究团队成功开发了两个肌肉电机，并将其整合到一个单一模块内，通过共享部件实现了空间效率的最大化。该模块同时扮演了骨骼结构的角色。此外，该团队采用了小型电机，并研发了一种方法，可通过该骨骼结构有效地散发电机产生的热量。

机器人前臂（图片来源：东京大学JSK实验室）

据研究人员所说，此类方法促成他们研发了一种带有桡尺关节的机器人前臂，而且其模仿了人类手臂的比例、重量、肌肉分布和关节功能。该机器人前臂完成了焊接、翻阅书籍以及挥羽毛球拍等任务，展示了该机器人能够使用桡尺结构执行进行熟练且类似人类的动作。

微型肌肉模块

近年来，人形机器人得到了蓬勃发展，如本田研发的ASIMO机器人，拥有两条手臂和两条腿，可以模仿人类的动作。

目前，研究人员的研究范围已经扩展到肌腱驱动的肌肉骨骼人形机器人，可以复制人体的比例、关节结构、驱动系统、肌肉分布以分析和实现与人类类似的动作。

虽然有很多研究关注于复制人类关节结构，但对桡尺关节的详细研究几乎没有。目前，配备此类关节的现有模型会采用气动执行器，在控制和肌肉分布方面具有局限性。

人类前臂的桡尺结构由尺骨和桡骨组成，由于肌肉分布存在限制，在机器人领域中难以被复制。此前一些采用肌腱驱动的人形机器人，如Kojiro和Kenzoh，都面临着实现精确关节结构的挑战。

为了解决该挑战，研究人员研发了一种新型小型骨骼-肌肉模模块，将两个执行器集成至骨骼结构中，优化了空间布局，提升了比例精度。

该模块采用可高效散热的小型电机，以维持卓越的肌肉张力。此外，研究人员还研发了一种超紧凑的张力测量单元，将其体积减少了39%。

据研究人员所说，此种创新方法可以实现肌肉模块的线性连接，为下一代肌腱驱动人形机器人提供更为精确且稳定的桡尺结构。

与人类相似的机器人动作

该模块的紧凑设计不仅提供了比其他机器人更大的肌肉驱动自由度，而且保持了合理的身体比例和重量分布。研究人员成功开发出一种前臂，其关节表现与人类极为相似，使得机器人能够执行与人类类似的精确且灵巧的动作。

研究人员对机器人Kengoro进行了测试，该机器人配备了与人类相似的桡尺前臂。测试内容涵盖了多种任务，包括执行焊接作业、打开书本、拧紧螺丝以及挥动羽毛球拍等。

该桡尺关节让Kengoro能够复制精确的人类动作，例如僵化程度较低、稳定的手部动作以及高效的扭矩传递。关节的倾斜设计扩大了其运动范围和速度，表明在需要精确度和速度的任务中，该机器人能够执行熟练的动作。

未来，研究人员的研究将专注于采用新研发的微型骨骼-肌肉模块，打造肌腱驱动的人形机器人。此类模块也可应用于机器人前臂以及其他部位。

此外，研究人员还希望能够探索桡尺关节的生物学意义，并发掘更多利用该关节实现的灵巧动作。