日本本田公司于1986年开始开发人形机器人，经过10年的努力，于1996年开发出了世界上第一台真正意义上的人形机器人。下面对本田公司开发人形机器人的情况作一下简单介绍：

　　一、开发人形机器人思想的由来

　　本田公司研究开发人形机器人的初衷是希望能开发一种智能的、机动的，能满足用户需求的新型机器人，这种机器人能与人共处，不受用途的限制。

　　最初，公司打算设计一种实用的轮式机器人，机器人上身带有双臂和视觉摄像机。这对于认知研究非常方便。但是，这样的机器人不能满足用户的需求，因为用户通常希望能绕着家具走，而且能在室内上下楼梯。如果我们能开发像人一样的双足步行机器人，就能满足用户的这些需求，于是，本田公司决定研制双足步行机器人而不是轮式机器人。

　　二、人形机器人的开发

　　既然方向定了，下一步就是如何实现它。第一步的工作就是分析人类双足步行的行走机理，并建立起行走模型。首先选择了以下几个课题：

　　1〕与行走相关的腿关节的功能;

　　2〕腿关节的定位;

　　3〕腿关节的活动量;

　　4〕一条腿的尺寸、重量和重心;

　　5〕在行走时，落在腿关节上的力矩;

　　6〕与行走相关的传感器;

　　7〕行走时地面对腿关节的冲击。

　　经过试验研究发现，脚趾对行走没有影响，没有脚趾也可以行走，但脚趾根和膝盖对支撑身体非常重要。

　　人保持平衡靠3种感知：第一种是用听小鼓感知加速度;第二种是用半圆形听管感知倾倒速度;第三种是感知关节角运动、角加速度、肌肉强度、脚底和皮肤的压力感。分析得知：机器人要想保持平衡需要G(重力加速度)传感器、6维力传感器和感知姿态的陀螺仪，以及用于测量行走时腿运动的关节角传感器。

　　人在行走时，地面对脚有冲击力。人体是靠脚周围的软组织、脚弓和趾关节根部、膝关节的柔性运动来吸收冲击力的。尽管人体有冲击减振功能，但随着行走速度的增加，反作用力也增大。研究发现，人以2～4km/h行走时，地对脚的冲击力是人体重量的1.2~1.4倍;当行走速度为8km/h时，冲击力是人体重量的1.8倍。

　　本田公司根据这些试验分析结果设计了最初的人形机器人。机器人有如下功能：

　　1〕可以3km/h的速度行走;

　　2〕机器人上肢上装有手和臂;

　　3〕能上下普通的台阶。

　　开始时，先研究了静态行走，但由于人的行走主要是动态行走，所以机器人也应该有动态行走功能，于是开始重点研究动态行走。

　　经过不断地努力，实现了上述性能指标，完成了一个由电池供电的双足步行机器人。该机器人只能沿直线行走，还不能像人一样适应各种环境，适应各种路况。

　　当人在行走或站立状态下要摔倒时，脚底会用力推地面，以阻止身体摔倒。当它仍无法阻止时，人将改变其身体的运动方式或向前跨一步，以保持身体平衡。对于机器人来说，我们也希望它能通过类似的措施，保持身体平衡。

　　经过对机器人摔倒原理的认真分析，试制了第一台人形机器人。该机器人高1915mm，重185kg，能在已知环境中自动完成一定的工作，能在未知环境中通过操作员的帮助完成一些预先未知的工作。第一步工作首先是实现腿、臂的协调运动。因此用于图像处理、行动规划的计算机，电源等都没有装在机器人身上。通过对机器人进行试验，研究了机器人打开、关闭开关，研究了机器人抓住和旋转门把手以及抓起和搬运物体等。

　　三、P2机器人

　　在第一台人形机器人的基础上，开发了类人机器人P2。它的总重量210kg，身高1820mm。计算机、电机驱动器、电池、发射机都装在了机器人上。

　　机器人的机动性：

　　机器人可以在普通的路面行走，比如：塑料地面、铺设路面、抛光地面等;

　　机器人可以通过850mm的狭窄通道;

　　可以上台阶、可以跨越台阶和小土墩。如：可以上200mm的台阶，可以跨越150mm高，150mm长的障碍物;

　　可以以人的速度上下台阶，如可以上200mm高，220mm宽的台阶。

　　可以爬1：10的斜坡。

　　工作能力：

　　可以以5kg的力抓持物体

　　可以通过遥控使用如扳手一类的简单工具。

　　机器人可以通过计算机的鼠标进行操作。由机器人眼睛获取的实时图像显示在工作站的荧光屏上。当操作员在屏幕上用鼠标击一下目的地时，机器人就开始计算从现在的位置到目的地所需的步数。工作站的控制指令通过无线电发射机传送给机器人。

　　操作员还可以根据机器人视觉系统获取的信息通过一个专用工作站直接控制机器人的手臂。

　　P2机器人获得了极高的荣誉，因为它是世界上第一个自主的人形机器人，它可以像人一样行走。但是，它也存在一些问题。它太重太高，不适于现实工作，尤其是日本人更难以接受。由于机器人又高又重，所以能耗很大，当机器人行走时能耗为2750W，需要300W的电机。

　　电池的重量为20kg，机器人只能工作15分钟。其它的问题还有由于使用了有刷电机，降低了机器人的使用寿命。由于内部复杂的连线，降低了机器人的可靠性和服务能力。

　　四、P3机器人

　　为了解决P2存在的这些问题，本田公司开发了新型机器人P3，如图4所示。P3身高1600mm，重130kg，P3机器人腿、臂、手的自由度以及敏感元件与P2相同。P3的功能比P2略有提高。P3的标称重量为130kg，实际上它的重量已降至118kg，如果去掉电池不足100kg。与P2相比，P3的体积已大大缩小。那么研究人员是如何将P2的尺寸降下来的呢?正如我们看见的一样，机器人的腿和臂都缩短了10%。在P2机器人中其计算机采用的是集中布置，在P3中采用的是分散布置方式，使机器人身体的厚度大大缩小。为了有效地减少重量，在P2中采用的铝制件在P3中都采用了镁制件。P2机器人的计算机板在机器人的背部，直接与每一个关节驱动电机相连需要650根线。P3机器人的计算机放在相应腿和臂关节上控制关节的运动。这些计算机像局域网一样采用内部连接，连线的数量大幅减少，从650根线减到了30根。由于体积的下降，P3的能耗只相当于P2的三分之一，从P2的2750W下降到了786W。

　　由于尺寸的减小，电机的负载减小。由于采用了无刷电机，延长了所需的维护间隔时间。由于连线减少了，连接器和接触器的数量也从2000个减少到500个，大大提高了机器人的可靠性。

　　通过这些硬件方面的改进，大大缩小了机器人的体积。这一点在人类中很有意义。机器人以与人近似的形态出现，对人类来说就不会感到特别的陌生或者特别的亲切，更容易被人类所接受。

　　机器人有了类人的结构，将更适于完成人的工作。但是，要想使机器人比人工作得更出色，还需要很长的时间。如果机器人的工作选择不当，就会影响机器人的工作效果，结果就会让人失望，所以要给机器人安排恰当的工作。我们应该派人形机器人去完成那些最适于机器人完成，而人类又不愿意去做的危险、肮脏的工作。但在人形机器人开发的初始阶段，也不仅仅局限于这些领域。

　　五、未来的展望

　　本田公司开发的人形机器人很好，但只完成了人类基本的运动功能，在很多方面还需进一步完善，如：

　　1.机器人的外形尺寸必须进一步缩小。尽管现在1600mm的身高比较合适，但在将来将需要不同尺寸的机器人来满足不同的用途。可以预见至少需要两种尺寸的机器人，一种是孩子大小的小机器人，一种是身高2m的大机器人。小尺寸的机器人将面临特别的挑战，比如腿短，上台阶就非常困难。下一步的工作还包括进一步减小机器人的重量，不过现在还没有这方面的研究计划。

　　2.使它的操作更简单，同时开发能自主判断的机器人。现在，由一个操作员在工作站的屏幕上控制机器人。操作员必须有丰富的知识和熟练的操作技巧才能完成任务，这就大大限制了机器人的推广普及。

　　3.机器人应有自主判断功能，重要的是利用视觉信息，这样机器人就可以避障，决定它的行动路径，减少操作员的负担。

　　另外，还有一个问题就是要使机器人能够借助硬件和控制算法应付各种形势，比如翻倒时能自己站立起来。

　　从长远看，随着硬件技术和软件技术的不断发展，机器人的机动性和环境适应能力将不断提高，同时提高机器人的自主运动能力。

　　开发人形机器人，希望人们不仅仅把它看成是一台机器，更希望人们把它看成是人，是我们的朋友，希望未来的人形机器人能与人友好相处，真正成为人类社会中的一员，为人类社会的发展发挥更重要的作用