仿人机器人的类人驱动

关于仿人机器人实现“类人”驱动的声明屡见不鲜，但鲜有量化。峰值扭矩或速度规格几乎无法说明关节能否在任务相关的姿态和速率下提供扭矩、功率和耐力的正确组合。我们引入了一个综合框架，使“类人”在不同系统间变得可测量且可比较。我们的方法包含三个部分。首先，运动学\emph{自由度图谱(DoF atlas)}使用基于 ISB 的约定标准化关节坐标系和运动范围，确保人类和机器人关节在同一参考系中进行比较。其次，\emph{人类等效包络(Human-Equivalence Envelopes, HEE)}通过测量机器人在相同关节角度和速率 $(q,\omega)$ 下是否同时满足人类扭矩\emph{和}功率，并以任务特定频段（行走、上下楼梯、举升、触及和手部动作）中的正机械功加权，来定义每个关节的要求。第三，\emph{类人驱动评分(Human-Level Actuation Score, HLAS)}聚合了六个具有物理依据的因素：工作空间覆盖率（ROM 和 DoF）、HEE 覆盖率、扭矩模式带宽、效率和热可持续性。我们提供了使用测力法、电功率监测和热测试的详细测量方案，通过可重复的实验产生每个 HLAS 输入。一个算例演示了多关节仿人机器人的 HLAS 计算，展示了该评分如何揭示峰值扭矩规格所掩盖的驱动器权衡（齿轮比与带宽和效率的权衡）。该框架既可作为仿人机器人开发的设计规范，也可作为比较驱动系统的基准标准，其所有组成部分均以已发表的人类生物力学数据为基础。