HERMES与可穿戴外骨骼机器人技术详解
发布时间：
HERMES 与可穿戴外骨骼机器人技术详解
MIT 所打造的人形机器人系统不只能在危险的环境运
作，能负担繁重的任务，此设计最重要的影响是由现代汽车 ( Hyundai Motor Company 研究员 Dong Jin Hyun 衍生设计
出的可穿戴式外骨骼。
一年一度的国际消费性电子展( CES在1月初于美国拉斯
韦加斯举行，在展出的众多五花八门的消费性电子装置中， 笔者偏好寻找能对这个世界带来一些重要影响的电子技术； CES 第一天，我首先注意到的就是韩国现代汽车( Hyundai Motor Company 展示的可穿戴外骨骼机器人( wearable roboTIc exoskeleton ，由该公司的资深研究员 Dong Jin Hyun 讲解。
可穿戴外骨骼机器人技术的研发始于美国麻省理工学院
( MIT 的「高效益机器人架构与电机系统( highly efficient roboTIc mechanisms and electromechanical system ， HERMES 」，是MIT仿生机器人实验室(BiomimeTIc RoboTIcs Lab旗下的研究项目该实验室提出了一个概念、
着手设计，最后打造了可远程操控的全身人形机器人原型。
MIT 所打造的人形机器人系统不只能在危险的环境运作， 能
负担
繁重的任务，此设计最重要的影响是由 Dong Jin Hyun 衍生设计出的可穿戴式外骨骼。
让 HERMES 与人形机器人动作平衡
设计工程师一直在尝试让机器人的运动发挥到极限一一也
就是说让机器人的动态行为动作就跟人类一样。我们身为人 类，能透过大脑思考来适应不寻常、未预期的状况，让我们 能在问题解决方面非常有创造力；透过在机器人身上布署某 种形式的人工智能以及运动技巧，就可能让机器人能进入高 度危险、可能致命的环境执行任务，以保障现场工作人员的 生命安全。
藉由采用发散运动分量( divergent component of motion ，
DCM ，操作员与机器人能透过质心( center of mass，CoM
与压力中心(center of pressure, CoP的动力达成平衡同步 化；我们人类能透过几个关节协调复杂的动作，并同步协调 动作的优美与顺畅，而研究人员也希望打造出能完全模仿人 类流畅动作的机器人。
远程的机器人操作员需要能与机器人的身体与感官合为一 体，也就是说能感觉到机器人的力量以及受到的干扰，并因 此能导引机器人成功执行任务、就像操作员自己在现场一 样。 MEMS 传感器应该在
这种设计中扮演了重要角色， 现在
加速度计与陀螺仪已经能有效被运用于这类人形机器人系 统的运作与感测。
客制化 IMU 设计让机器人站稳
讲到 IMU ，似乎与 HERMES 人形机器人无关，不过客制化 IMU 能让设计工程师维持拥有天生不稳定运动轨迹( motion profile 的机器人之稳定性；例如为 Ballbot 设计的客制化 IMU ，能为这种本来形状就无法「站稳」的机器人，带来维 持稳定所需的精确度。
Kalman 滤波器
Kalman 滤波器能过滤噪声，产生不可观察的状态
(non-observable state,并预测未来状态；过滤噪声非常重 要，因为很多传感器的输出噪声都太多，无法直接使用；
Kalman 滤波器能让设计工程师计算不确定的讯号
个重要的应用是生成估计速度所需的不可观察状态。
/状态，一
通常在机器人的不同关节上都会有位置传感器(编码器 ， 不过简单地区分位置以取得速度，会导致产生噪声； Kalman 滤波器能被应用于估算速度，另一个不错的功能是能被用来 预测未来状态，这在传感器回馈的时间延迟特别大的时候很 有用，时间延迟会导致马达控制系统不稳定。
HERMES 系统的控制架构设计
人类操作员会需要能无缝的虚拟远程临场 (telepresence,才
能让机器人在危险环境执行困难的、原本只能靠人类的灵巧 与聪明大脑才能完成的任务；而至关重要的是，整个回馈回 路的动力以及延迟必须以人形机器人密切管理。
我们在进行动作训练时，必须要先了解产生某个动作的基本 原理；在这种案例中，人类本体感受的反射，也就是让身体 能正常运作的肌肉、关节与神经肌肉系统之间的聚合，需要 50~100ms 的反应时间，而视觉处理反应时间约是
200〜250ms。这种了解有助于实现机器人操作员在远程操控
机器人执行任务，就像他们自己在现场一样。
HERMES与可穿戴外骨骼机器人技术详解
