仿人机器人的发展现状及其发展趋势摘要：当下机器人技术的研究越来越多样化及智能化与人性化，仿人机器人技术的研究已成为新的热点。

依托于5G技术仿人机器人的技术将更加成熟。

本文从仿人机器人的应用领域，目前所取得的成就和不足之处，未来的研究方向，以及发展中遇到的困难来介绍仿人机器人的发展现状和发展趋势。

关键词：仿人机器人，5G技术，人机交互，应用领域一、引言仿人机器人的研制开始于上个世纪60年代末，是机器人技术领域的主要研究方向之一。

1968年，美国的通用电器公司设制了一台叫Rig的操纵型双足步行机器人，从而揭开了仿人机器人研制的序幕。

仿人机器人在移动性，稳定性等方面都取得了较为突出的成就。

仿人机器人集机械、材料、电子、计算机、自动化等多门学科于一体，技术含量高，研究和开发难度大。

它是一个国家高技术实力和发展水平的重要标志。

因此，世界各发达国家都不惜投入巨资进行研究与开发。

目前，美国和日本等许多发达国家的科学家都在仿人机器人的研究与开发方面做了大量的工作，并取得了突破性的进展。

仿人机器人已经对人类社会产生了巨大的影响［1］。

二、仿人机器人的发展现状（1）仿人机器人是一种具有人的外形，并能够效仿人体的某些物理功能、感知系统及社交能力并能承袭人类部分经验的机器人。

它具有灵活的行走功能，可以随时走到需要的地方，包括一些对普通人来说不易到达的角落，完成人指定或预先设置的工作。

（2）从机体结构上来看，仿人机器人为做到与真人类似，其在腰部，腿部的远动结构上都存在着一定的技术支持。

仿人机器人能与人类在同样的空间内移动，无论是从机动性、能耗性和人们对其的认同感方面，较之轮式移动机器人都有无法比拟的优越性。

仿人机器人的逼真性越来越高，从第一代仿人机器人到如今的仿人机器人来说其身体外部构造以及身体的比例与人类是较为相似的。

同时，仿人机器人的运动模式与人类相似，通过多个关节以及人造肌肉的有效合作可以使仿人机器人的运动与人无异。

除了外部的构造上，仿人机器人在内部的装置中也很智能化，如今的仿人机器人不光可以看人脸色，还能够读懂人的脸色，内置的大数据以及AI技术使得仿人机器人可以通过算法的运算进行人的思维读取，同时还可以达到交流的目的。

（3）从驱动系统上来看，仿人机器人系统经历了从钢绳牵引、弹簧到如今的齿轮和智能材料。

人类的关节有至少两块肌肉包裹，根据人类肌腱的启发，在2010年，日本东京大学研究出首个以绳子牵引的仿人机器人，该仿人机器人主要通过非线性的弹簧来调整连接再其上的钢绳，研究之初，该防人机器人可以提起2kg 的重物，但是其腿部的驱动力量不足以让其进行运动，于是，东京大学的研究团队进行相应的改进，通过加入张力传感器得到相应的“肌肉”数据，通过钢绳硬度的改变，从而研发出类似人类肌腱的“平面肌肉”。

【2】同年，美国佐治亚理工学院研究出拥有膝关节、髋关节的单腿机器人，紧接着，东京大学JSK研究出双足步行的钢绳牵引的机器人。

并于一年后研究出Kenshiro机器人，该机器人拥有160块“人造肌肉”。

除了钢绳牵引，为了模拟人工肌肉，还存在着气动推动的处理方法，这些气动人工肌肉主要依靠压力从而实现跳跃、行走等动作，但是这种气动的人工肌肉具有不确定性，一方面，气动肌肉负载量大，对于机器人本身行走的路线不确定。

另一方面，启动肌肉需要联合作业，需求量大，机器人的成本较高，同时也增加了研发的难度。

所以，为了克服以上的困难，2007年出现了液压的驱动方式，美国波士顿公司研究出了一种液压的驱动方式，其来源主要依靠柴油，通过柴油提供的动力可以维持仿人机器人对于动力的需求。

这种液压式驱动方式动力强劲，同时对于机器组合的程度以及数量有所降低，但是相比于气压肌肉的造价更高，且装在机器人内的柴油需要考虑其泄露的可能，所以其性价比更低。

目前，实体机器人多采用智能材料作为驱动方式，这些智能材料体量较低，柔软性好，其适应外界的能力较高，且性价比高，除了实体机器人外，如今还出现了虚拟的机器人，例如搜狗和新华社合作出现的AI机器人，这种AI机器人的驱动力依托于发达的网络科技，所工作的领域也不再局限于现实生活中，这些AI机器人应用广泛可以适用与网络中的任何需要，且研发成本较低，实用性较高。

（4）研究仿人机器人的控制系统，首先需要了解仿人机器人其多个身体部位的控制方式即双腿、手以及各关节之间的衔接方式。

从仿人机器人的腿部来说，仿人机器人的双足行走方式起源于日本，第一台双足行走的机器人来自于日本的早稻田大学，这台双足行走的机器人主要解决了以下几个科技上的问题：首先，如何迈出步子即地面反射，其次是迈出的步子有多大即落脚地的设计，最后是如何稳住身子的中心。

基于以上技术的仿人机器人存在着以下的问题，一是这种机器人体量大，笨重的机体仅仅模仿了人类的行动模式，但行动模式缓慢且实用性较差。

二是其无法实现自我的行走需要靠模型的控制。

第二代仿人机器人为全立式的仿人机器人，这种仿人机器人在基于第一代机器人可以行走的基础上进行了运动模式的调整使其可以实现自我行走。

这些机器人体量较小，但是其外观上仍不具备人的特性。

第三代仿人机器人为表情机器人，1993年东京理工大学原文雄教授研究出“AHI”表情机器人，这一代的表情机器人具有一定的智能装置，可以对人类的表情进行学习，并第一次提出“表情智能”的概念。

目前的仿人机器人添加了AI智能以及5G通信网络技术【3】，实现了实时互动以及远程操控，这个时期的仿人机器人实现了头部的集成设计，一方面仿人机器人可以通过大量的数据实现独立的分析以及思考，同时，另一方面可以使用联合作业的方式进行与外界的沟通以及联系。

从仿人机器人的手指部分来说，手指是仿人机器人手臂末端最灵巧的部分。

国外较早出现的是三指灵巧手，最早的四指灵巧手是由日本研制出的OKADA，接下来是Utah-MIT 四指灵巧手。

我国最早出现的三指灵巧手源自北京航天大学BUAA-1.而仿人机器人对于手指部分的控制方式渐渐由钢绳和弹簧演变为齿轮和智能材料，仿人机器人的手指部分应用广泛，从工业吊臂到医用的机器人手指都需要对手指部分进行研究。

从仿人机器人的远程操控性来说，依托于5G通信网络技术的仿人机器人在数据传输上具有实时性，在操控性上具有类人性，在时间上具有持久性同时其经济上性价比较高。

3G 通信时代就可以实现远程操控，但是依托于3G通信技术的仿人机器人主要应用于数据的采集，且这种远程操控需要代码作为依托。

但是5G时代来临，依托于5G技术的远程操控已经实现了实时，同时在2019·5G创新发展大会暨首届中国信息通信行业企业家年会上，已经实现了联合作业。

（5）从仿人机器人的应用领域来说，仿人机器人的应用领域广泛，军事反恐、探索太空、医疗救助、抢险救灾、海洋勘测等领域都涉及到仿人机器人的应用。

仿人机器人由于其具有高度的类人性，其应用性广泛，且具有人性化。

仿人机器人具有读懂人类表情，且独立思考的能力，具有一定的陪伴性，以陪护型的仿人机器人为例，通过AI技术以及5G传导技术的植入，陪护型机器人可以实现向人一样正常交流。

在医学方面，植入了5G传导技术的仿人机器人借助医疗智能感知与交互技术，医生为身处异地的病人实现远程精准手术，远程诊疗正在成为现实。

相较于4G、WLAN等传统通信方式，5G的高速率、低时延、大连接等特性能有效解决数据传输问题，提高传输稳定性，使远程手术成为现实2018年12月天津大学机械工程学院研究的“妙手”微创手术机器人，人类医生更精准地将“刚”与“柔”的力量控制到极致。

它有柔软的“手指”，可以通过柔性手术器械，以柔顺状态经鼻、口、结直肠等人体自然腔道入路精准抵达病灶处;同时，它也能“拿”起电钩、电刀、夹持钳等工具，进行大力度、高强度的刚性手术操作。

微创手术机器人医生的出现，与以腹腔镜为代表的部分微创手术相比，可减少对健康组织造成的破坏，避免在人体表面留下疤痕，满足了微创手术安全接触、柔性可达、刚性操作、精准控制的实际需求，是一种可实现内外科融合一体的新型手术模式。

该项目将自然腔道手术平台的关键技术与人工触觉、智能感知与交互技术，以及5G网络低时延、大带宽、切片和边缘云等特性结合起来，“基于5G网络的远程手术创新技术方案”实现了触觉与视觉信息的实时人机交互，让医生远程操作时具有身临其境之感，也使得手术更快、更稳、更准，这对于在急救“黄金时间”挽救更多病患生命，解决跨地域医疗资源不均衡问题具有重要意义。

在工业方面，仿人机器人可以实现多次机械运动的重复操作，机械化的劳动容易使人力产生疲倦，但是对于仿人机器人而言，传入相应的指令即可完成动作的规定，满足了企业对于节约成本的需求。

（6）我国仿人机器人起步较晚，从专利申请的数量上来看，我国的专利申请数量为100余件，而国外的专利申请数量超过了700件，其中，美国和日本占据了专利的较大部分，从数量上，我们发现，我国的专利技术较少，且由于我国对于仿人机器人专利的保护力度不够，同行之间的抄袭问题较为严重。

从专利的集中程度来看，无论是中国还是国外，专利的研究主要集中于控制系统以及机身的结构，就我国而言，机器人的专利集中于控制系统尤其是手部的控制系统。

持续一年多的中美经贸磋商因高新技术交流、合作、买卖的诸多限制对机器人行业造成了巨大影响。

一方面，这场政治寒风延缓了中国机器人行业的全线发展，许多生产线因为缺少核心配件无法运转，许多硬件因为缺少核心软件无法使用，许多集成商因为依托的基础软件断档而无法拓展业务；整个行业高层次科技人才、技术交流凝滞，高新产品研发用的各类零部件断档，先进技术壁垒加厚，行业发展出现停顿。

另一方面，这种突发劫难也警醒了中国机器人行业不能依赖外强，专家学者和行业精英呼吁行业研发、生产、市场等结构变革，加快自主知识产品的全行业、全产业链渗透，相关政府部门也大力支持核心零部件国产化，整个行业产业链面临全面自主知识产权的变革。

三、仿人机器人发展的趋势（1）2019 年底开启的5G（第五代移动通信网络）商用不仅仅是通信领域的变革，更是带来了机器人行业与互联网、物联网结合发展的商机。

5G 网络的多元化、宽带化、综合化、智能化为各种智能终端联网带来了可能性。

在未来5G 网络中，M2M(machine to machine) 是最常见的应用形式，可在智能电网、安全监测、城市信息化、环境监测等领域实现商业化应用。

M2M 的定义分广义和狭义，广义的M2M 主要是指机器对机器、人与机器间以及移动网络和机器之间的通信，它涵盖了所有实现人、机器、系统之间通信的技术；从狭义上说，M2M 仅仅指机器与机器之间的通信。

智能化、交互式是M2M 有别于其他应用的典型特征，这一特征下的机器将被赋予更多的智慧。

（2）月球的表面覆盖着环山、月海、月陆和山脉等，所以月面移动机器人必须有较强的月面地形适应能力和避障越障能力【4】。