Os pesquisadores desenvolveram um protótipo de robô humanóide, HRP-5P, destinado a realizar trabalhos pesados ​​de forma autônoma ou em ambientes perigosos.

Com 182 cm, Robô humanóide de 101 kg, O HRP-5P foi desenvolvido com base nas tecnologias da série HRP, incorporando novas tecnologias de hardware. Dentro da série, possui capacidades físicas insuperáveis. Sua inteligência de robô compreende medição ambiental e reconhecimento de objetos, planejamento e controle de movimento de corpo inteiro, descrição de tarefas e gerenciamento de execução, e tecnologias de sistematização altamente confiáveis. Alojar a inteligência neste corpo permitiu a instalação autônoma da placa de gesso pelo robô, que é um exemplo típico de trabalho pesado em canteiros de obras. O uso de HRP-5P, como uma plataforma de desenvolvimento, em colaboração entre a indústria e a academia, promete acelerar a P&D em direção à aplicação prática de robôs humanóides em canteiros de obras e na montagem de grandes estruturas, como aeronaves e navios.

O declínio da taxa de natalidade no Japão deve causar uma séria escassez de mão de obra na construção e em muitas outras indústrias. É imperativo resolver esse problema usando tecnologias de robô. Essas tecnologias também fornecem uma alternativa atraente para ter trabalhadores da construção civil nos canteiros de obras, instalações de aeronaves, ou estaleiros realizam trabalhos pesados ​​que são potencialmente perigosos. Contudo, tem sido difícil tornar esses canteiros de obras em grande escala adequados para robôs, o que desencorajou a introdução de robôs. Porque robôs humanóides se parecem fisicamente com pessoas, eles podem trabalhar sem exigir mudanças ambientais, possivelmente aliviando os trabalhadores de trabalho pesado.

No desenvolvimento da série HRP, AIST tem colaborado com várias empresas do setor privado, incluindo Kawada Industries Inc. (agora Kawada Robotics Corp.), e desenvolveu tecnologias básicas para aplicação prática. HRP-2 era capaz de andar bípede, deitado, em pé, caminhando em caminhos estreitos, e outras ações. O HRP-3 pode andar em superfícies escorregadias e apertar parafusos em pontes por controle remoto. A pesquisa de robôs humanóides de resposta a desastres em andamento na AIST desde 2011 levou a uma versão revisada do HRP-2 com capacidades físicas aprimoradas (como o comprimento dos membros, amplitude de movimento, e produção conjunta), que poderia andar em terrenos acidentados, gire as válvulas, e realizar outras tarefas de forma semi-autônoma com base na medição ambiental 3-D. Contudo, suas capacidades físicas ainda eram insuficientes para trabalho pesado, como instalação de placas de gesso, e faltava grau suficiente de liberdade e amplitude móvel suficiente de articulações para emular o movimento humano em ambientes complexos. Para este fim, A AIST buscou o desenvolvimento do robô humanóide, HRP-5P, com capacidades físicas que lhe permitem substituir pessoas que realizam trabalhos pesados.

Além disso, HRP-5P herda as tecnologias da série HRP e utiliza tecnologia patenteada da Honda Motor Co., Ltd.

Uma parte do desenvolvimento do HRP-5P foi apoiado por P&D encomendado pela New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO), "P&D em sistemas de robôs humanóides altamente confiáveis ​​que podem funcionar em ambientes não estruturados" em "robôs humanóides autônomos (campo de tecnologias de robô de elemento inovador)" de "P&D em tecnologias de robôs centrais de próxima geração, "e subsídio para pesquisa científica da Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência, "Objetivando o planejamento de movimento de corpo inteiro com base na aquisição de modelo ambiental que permite que robôs humanóides se adaptem a ambientes desconhecidos" (projeto de pesquisa número JP17H07391).

O protótipo do robô humanóide HRP-5P foi desenvolvido com um corpo robusto e inteligência avançada para trabalhar de forma autônoma e fornecer uma fonte alternativa de trabalho pesado.

• A uma altura de 182 cm e peso de 101 kg, HRP-5P tem um corpo com um total de 37 graus de liberdade:dois em seu pescoço, três em sua cintura, oito em seus braços, seis em suas pernas, e dois em suas mãos. Exceto pelas mãos, isso representa a maior liberdade de movimento da série HRP até hoje. Em comparação com a versão revisada do HRP-2, adicionar um grau de liberdade à cintura e outro à base dos braços possibilitou operações que mais se assemelham ao movimento humano. De acordo, usando ambos os braços, HRP-5P pode lidar com objetos grandes, como placas de gesso (1820 × 910 × 10 mm, Aproximadamente. 11 kg) ou painéis de madeira compensada (1800 × 900 × 12 mm, Aproximadamente. 13 kg).
• Para emular o movimento humano do robô sem tantos graus de liberdade quanto as pessoas, os pesquisadores garantiram uma ampla gama móvel de articulações nas áreas do quadril e da cintura, onde várias articulações estão concentradas. Por exemplo, articulações do quadril que flexionam e estendem as pernas têm uma amplitude de movimento de 140 ° em humanos e 202 ° em HRP-5P (Fig. 1), e as articulações da cintura que giram a parte superior do corpo têm uma amplitude de movimento de 80 ° em humanos e 300 ° em HRP-5P. Isso permite o trabalho do robô em uma variedade de posturas, como quando profundamente agachado com a parte superior do corpo torcida.
• O torque e a velocidade da articulação foram aproximadamente dobrados em média em relação ao HRP-2 revisado, ao empregar motores de alta potência, adicionar resfriamento ao mecanismo de acionamento, e adotando um sistema de transmissão conjunta com certas articulações com vários motores. Como resultado, o robô pode fazer trabalhos envolvendo cargas pesadas, como levantar uma placa de gesso de uma pilha. (Cada braço do HRP-5P, estendido horizontalmente, pode suportar um peso de 2,9 kg, em comparação com 1,3 kg para a versão revisada de HRP-2 e 0,9 kg para HRP-4.)
• Usando sensores tipo head-mounted, o robô constantemente adquire medições 3-D do ambiente circundante (a uma frequência de 0,3 Hz). Mesmo que o campo de visão seja bloqueado por objetos usados ​​no trabalho, os resultados de medição armazenados e atualizados permitem a execução do plano de caminhada enquanto carrega um painel ou a correção da caminhada quando os pés escorregam. (Figura 2).
• O aprendizado envolve uma rede neural convolucional usando um banco de dados de imagens recém-construído de objetos de trabalho. O robô pode detectar dez tipos de regiões de objetos 2-D com alta precisão de 90% ou mais, mesmo contra fundos de baixo contraste ou sob iluminação fraca (Fig. 3).
• Foi possível construir um sistema de robô altamente confiável e manter a qualidade do software em grande escala (com aproximadamente 250, 000 linhas de código), organizando um ambiente de teste virtual para a inteligência do robô no simulador de robô Choreonoid e monitorando a regressão do software por 24 horas.

Integration of these technologies has enabled autonomous gypsum board installation in which HRP-5P handles and carries large, heavy objects at a simulated residential construction site independently.

Especificamente, this work involves the following series of operations.

1. Generate a 3-D map of the surrounding environment, detect objects, and approach the workbench.
2. Lean against the workbench, slide one of the stacked gypsum boards to separate it, and then lift it.
3. While recognizing the surrounding environment, carry the gypsum board to the wall.
4. Lower the gypsum board and stand it against the wall.
5. Using high-precision AR markers, recognize and pick up a tool.
6. Holding a furring strip to keep HRP-5P itself steady, screw the gypsum board into the wall.

R&D on robot intelligence will be promoted using this platform, targeting an alternative source of autonomous manual labor at residential or office building sites, and in assembly of large structures such as aircraft and ships. This will compensate for labor shortages, free people from heavy labor, and help them focus on more high-value-added work.