第一章 緒論
1.3 文獻回顧
人形機器人(humanoid robot)，從驅動觀點來說可分為主動型和被動型兩 種。被動型人形機器人是從降低活動耗能的角度來考慮的，又可細分成完全 被動和部分被動。完全被動是指機器人如圖1.2.(a)完全依賴自身質量所產生
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的慣性，除此之外沒有其他能源輸入，能量消耗在於碰撞和構件間的阻尼[2]；
部分被動則是對少數幾個關節有能量輸入，使機器人除了在斜坡，還能在平 地上行走[3]。但可惜的是，我們可以發現這類被動式機器人只能表現單調規 律的動作，當碰到障礙物時動作就會被迫中止且容易摔倒，尤其非平坦地面，
對此類機器人來說可說是舉步維艱，故實際的應用面上還是存在相當大的不 便性。
主動型人形機器人在各個關節都裝配有制動元件，目前世界各地發展的 人行機器人大多都以此類為主。談到人形機器人，其實際機體的問世最早在 1971 年由日本早稻田大學開發出的能自主行動之雙足機器人 WL-5，圖 1.2.(b)，兩年後在 WL-5 的基礎上組成了第一台具備機械手、人工視覺和聽 覺裝置的人形機器人WABOT-1[4]，如圖 1.2.(c)。
圖1.2. (a)日本 JAIST 的 passive leg robot。(b)WL-5。(c)WABOT-1。
此後，1980 年代日本本田技術工業(Honda)也開啟一連串的雙足機器人 研究，人型機器人的研究在日本有了長足的影響。到了 90 年代，隨著電腦 運算技術和微機電技術的成熟，人形機器人的研究有了加速的發展，在2000 年本田的里程碑ASIMO(Advanced Step in Innovative MObility)更是讓各界大 為驚嘆，如圖1.3.(a)。2011 年發表的新成果，總重 48 公斤，身高 130 公分，
(c)
(a) (b)
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正常負重下步行速度每小時 2.7 公里，跑步達每小時 9 公里，全身共計 57 個自由度，單足6 個自由度[5]，具備與人類互動的知能。
截至目前，世界各國的研究機構或學術單位都有自己代表性的人形機器 人。例如日本產業技術綜合研究所(National Institute Industrial Science and Technology, AIST)的 HRP(Humanoid Robotics Project)系列，如圖 1.3.(b)，最 新的HRP-4 總重 39 公斤，身高 151 公分，步行速度每小時 1.57 公里，全身 共計34 個自由度，單足 6 個自由度[6]。
早稻田大學的WABIAN(WAseda BIpedal humANoid)[7]，延續自 WABOT 的成果，最新的WABIAN-2R，如圖 1.4.(a)，總重 64 公斤，身高 148 公分，
全身共計41 個自由度，單足 6 個主動關節加上 1 個腳趾關節被動自由度，
可做如人類原地向後轉的動作。WABIAN 機器人的最大特徵就是動作更接 近人類，尤其行走時膝關節不用特別彎曲，這是與ASIMO 最大的差異之處。
韓國科學技術院(Korea Advanced Institute of Science and Technology, KAIST)的 KHR(KAIST Humanoid Robot)系列，HUBO 2 plus(KHR-4 plus)[8]，
如圖1.4.(b)，總重 43 公斤，身高 130 公分，步行每小時 1.5 公里，全身共計 38 個自由度。
德國慕尼黑工業大學應用力學研究所(Institute of Applied Mechanics of TUM)的 LOLA[9]，如圖 1.4.(c)，客製化制動器以滿足低重量高動力，且讓 整個關節配置體積更為緊湊，並採用長距離傳動裝置使總質心位置得以提高 並消除肢體末端慣性。總重55 公斤，身高 180 公分，最大步行速度每小時 達5 公里，全身共計 25 個自由度，單足 7 個自由度，腳趾是為主動關節。
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表1.1. 各國機構全人型機器人規格比較
發展機構 國別 總重(kg) 高度(cm) 行速(km/h) 雙足自由度 動力源
ASIMO Hoda Japan 48 130 6 62 鋰離子電池 51.8V
HRP-4 AIST Japan 39 151 1.57 62 鎳氫充電池 48V-5.4Ah
WABIAN-2R Waseda Univ. Japan 64 148 62 鋰離子電池
HUBO-2 plus KAIST Korea 43 130 1.5 62 鋰聚合物電池 24V-20Ah
LOLA TMU-AM Germany 55 180 5 72
由美國國防高等研究計劃署(Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA)在 2013 年 DRC (DARPA Robotics Challenge)上更可見美國國家航空 暨太空總署(NASA)、美國麻省理工學院(MIT)、美國維吉尼亞大學(University of Virginia)、香港大學等機構建造的驚人成果。
雖然台灣的起步較晚，也沒有歷史資料可循，大多是國內大學自行開發 研究而成，但至今台灣大學、台灣科技大學、成功大學等幾位在機器人領域 投注許多心力的教授也都帶領著各自的研究團隊打造出屬於自己的人型機 器人，如圖1.4.(f)-(g)。
圖1.3. (a)前期原型與 ASIMO。(b)HRP 系列，右為 4C 型。
名稱 特徵
(a) (b)
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圖1.4. (a)WABIAN-2R。(b)KHR 系列之 HUBO-2。(c)以 JOHNNIE 為開發基 礎的LOLA。(d) ViGIR 的 THRO 系列機器人。(e)在 DRC 競賽中拿下殊榮的 機器人，由SCHAFT 公司所開發。(f)台大機械系所開發的人型機器人 Nino。
(g)成大電機系所設計的人型機器人 David II。
(f) (g)
(a) (b) (c)
(d) (e)
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