人形机器人

人形机器人是一种机身，其体形与人体相似。该设计可以用于功能目的，例如与人工具和环境的交互，用于实验目的，例如运动研究，或用于其他目的。通常，类人机器人具有躯干，头部，两个臂和两条腿，但是某些形式的类人机器人可以仅模拟身体的一部分，例如，从腰部向上。一些类人机器人还具有设计用于复制人类面部特征（例如眼睛和嘴巴）的头部。机器人是人造机器人，在美学上与人类相似。

目的
人形机器人现在被用作几个科学领域的研究工具。研究人员研究人体结构和行为（生物力学）以构建人形机器人。另一方面，模拟人体的尝试可以更好地理解它。人类认知是一个研究领域，其重点是人类如何从感官信息中学习，以获得感知和运动技能。这些知识用于开发人类行为的计算模型，并且随着时间的推移不断改进。

有人提出，非常先进的机器人将有助于普通人的增强。见超人类主义。

尽管人形研究的最初目的是为人类建立更好的矫形器和假体，但两个学科之间的知识已经转移。一些例子是用于神经肌肉受损的动力腿假肢，踝足矫形器，生物现实腿假肢和前臂假体。

除了研究之外，人形机器人正在开发以执行人工任务，如个人援助，通过这些任务，他们应该能够帮助病人和老人，以及肮脏或危险的工作。人形机器人也适用于一些基于程序的职业，例如接待台管理员和汽车生产线工人。从本质上讲，由于他们可以使用工具并操作为人体形式设计的设备和车辆，因此只要人体具有适当的软件，人类理论上理论上可以执行人类可以执行的任何任务。但是，这样做的复杂性是巨大的。

作为演艺人员，他们也越来越受欢迎。例如，Ursula，一个女性机器人，在环球影城唱歌，播放音乐，跳舞并与观众交谈。几个迪斯尼主题公园展示利用电子动画机器人，看起来，移动和说话很像人类。虽然这些机器人看起来很逼真，但它们没有认知或物理自治。2010年发布的独立纪录片“Plug＆Pray”中刊登了各种类人机器人及其在日常生活中的应用。

仿人机器人，尤其是那些具有人工智能算法的人形机器人，可以用于未来的危险和/或遥远的太空探索任务，而无需在任务完成后再次返回并返回地球。

传感器
传感器是一种测量世界某些属性的设备。作为机器人技术的三大基础之一（除了计划和控制），传感在机器人范例中起着重要作用。

传感器可以根据它们工作的物理过程或根据它们作为输出提供的测量信息的类型进行分类。在这种情况下，使用了第二种方法。

本体感受器传感器
传感器感知人形机体和关节的位置，方向和速度。

在人类中，耳石和半圆形运河（在内耳中）用于保持平衡和定向。此外，人类使用他们自己的本体感受器（例如触摸，肌肉伸展，肢体位置）来帮助他们的方向。仿人机器人使用加速度计来测量加速度，通过积分可以计算速度; 倾斜传感器测量倾角; 力传感器放置在机器人的手和脚上，以测量与环境的接触力; 位置传感器，指示机器人的实际位置（可通过推导计算速度）或甚至速度传感器。

外部感知传感器Tactels
数组可用于提供已触摸内容的数据。Shadow Hand使用34个Tactels阵列排列在每个指尖的聚氨酯皮下。触觉传感器还提供有关机器人和其他物体之间传递的力和扭矩的信息。

视觉是指处理来自使用电磁波谱产生图像的任何模态的数据。在类人机器人中，它用于识别物体并确定其属性。视觉传感器的工作方式与人类的眼睛最相似。大多数类人机器人使用CCD相机作为视觉传感器。

声音传感器允许类人机器人听到语音和环境声音，并作为人类的耳朵。麦克风通常用于此任务。

执行
器执行器是负责机器人运动的电机。

人形机器人以这样的方式构造，即它们模仿人体，因此它们使用像肌肉和关节一样的致动器，但具有不同的结构。为了达到与人体运动相同的效果，人形机器人主要使用旋转致动器。它们可以是电动，气动，液压，压电或超声波。

液压和电动致动器具有非常严格的行为，并且只能通过使用相对复杂的反馈控制策略以合规的方式起作用。虽然电动无铁芯电机执行器更适合高速和低负载应用，但液压电动执行器在低速和高负载应用中运行良好。

当施加电压时，压电致动器产生具有高力能力的小运动。它们可用于超精确定位，以及在静态或动态情况下产生和处理高力或高压。

超声波执行器设计用于以超声频率（超过20 kHz）产生微米级的运动。它们可用于控制振动，定位应用和快速切换。

气动执行器基于气体可压缩性运行。当它们充气时，它们沿着轴线膨胀，当它们放气时，它们会收缩。如果一端固定，另一端将以线性轨迹移动。这些执行器适用于低速和低/中负载应用。在气动执行器之间有：气缸，波纹管，气动发动机，气动步进电机和气动人造肌肉。

规划和控制
在规划和控制中，类人机器人和其他类型的机器人（如工业机器人）之间的本质区别在于机器人的运动必须是人类的，使用腿式运动，尤其是双足步态。正常行走期间人形运动的理想规划应该导致最小的能量消耗，就像在人体中一样。因此，对这些结构的动力学和控制的研究变得越来越重要。

在地面上行走双足机器人稳定的问题非常重要。可以选择维护机器人在轴承区域中心上方的重心以提供稳定的位置作为控制目标。

为了在行走期间保持动态平衡，机器人需要有关接触力及其当前和期望运动的信息。该问题的解决方案依赖于一个主要概念，即零力矩点（ZMP）。

人形机器人的另一个特点是它们移动，在“真实世界”上收集信息（使用传感器）并与之交互。它们不像工厂操纵器和其他在高度结构化环境中工作的机器人那样保持静止。为了允许类人生物在复杂环境中移动，规划和控制必须关注自碰撞检测，路径规划和避障。

仿人机器人还没有人体的某些特征。它们包括具有可变灵活性的结构，其提供安全性（对于机器人本身和人员），以及运动的冗余，即更多自由度并因此具有更宽的任务可用性。虽然这些特征对于人形机器人来说是理想的，但它们会给规划和控制带来更多的复杂性和新的问题。全身控制领域处理这些问题并解决了许多自由度的适当协调，例如，在遵循给定的优先顺序的同时实现多个控制任务。

研究与开发
人形机器人的发展基于两个主要动机：

人工智能
今天，许多科学家认为，功能性人形机器人的构建是创造类人工智能（AI）的基础。根据这种观点，人工智能不能轻易编程，而是学习过程的结果。这一观点基于学习心理学的观察。具有AI的机器人应该积极参与人的社会生活，通过观察，互动和交流来学习。沟通的基础是双方的潜在动机，至少最初类似于亲子关系。机器人的AI只有在已经将其最小功能识别为等同物时才能最佳地发展。为此，他必须具有人形，移动性和传感器。因此，目前的目标是人体生理学的高质量技术副本。这种特殊的技术挑战导致各个研究小组共同致力于复杂的子方面。例子包括麻省理工学院的腿部实验室，人形机器人项目COG和人工智能项目Kismet。

多功能工作机
成本密集的商业或政府赞助的人形机器人项目证明了对这种系统未来经济可行性的高度期望。人类栖息地（建筑物，运输工具，工具或装置）由于成本原因而在经济上取向，并且特别针对人体生理学。大规模生产的多功能人形机器人学习机器人无需生产，分配和娱乐许多专业机器人。特别是由几个复杂的操作组成的活动可以很容易地完成。人们应该得到一位多功能帮手的帮助，他们可以节省他们在环境中的时间，工作或时间，或者提供娱乐。像德国一样，日本的人口老龄化程度很高。人们希望，通过持续使用这些全能者来支持老年人的日常生活或减轻护理人员。为了提高机器人在社会中的接受度，研究了乔治亚理工学院的社会智能机器实验室关于人形机器人的社会技能。

发展时间表

21世纪电影和电视节目中描绘的人形机器人
在选定的21世纪电影和电视节目中，人形机器人（有时也被称为“合成人类”或“复制者”）被描绘成可以超越“神秘山谷”。其中一些电影和电视节目描绘了一个未来，任何人都可以购买人形机器人，这导致了许多领域的改善，包括老年人护理和社交陪伴。这些电影和电视节目的烂番茄平均光度计得分超过60％。人形机器人可能被人类视为威胁，特别是如果它们能够模拟人类意识。