I ricercatori hanno sviluppato un prototipo di robot umanoide, HRP-5P, destinati a svolgere autonomamente lavori pesanti o lavorare in ambienti pericolosi.

Come un 182 cm, Robot umanoide da 101 kg, HRP-5P è stato costruito sulle tecnologie della serie HRP incorporando nuove tecnologie hardware. All'interno della serie, ha capacità fisiche insuperabili. La sua intelligenza robotica comprende la misurazione ambientale e il riconoscimento di oggetti, pianificazione e controllo del movimento di tutto il corpo, descrizione del compito e gestione dell'esecuzione, e tecnologie di sistematizzazione altamente affidabili. L'alloggiamento dell'intelligenza in questo corpo ha consentito l'installazione autonoma del cartongesso da parte del robot, che è un tipico esempio di lavoro pesante nei cantieri. L'uso di HRP-5P, come piattaforma di sviluppo, in collaborazione tra industria e mondo accademico, promette di accelerare la ricerca e lo sviluppo verso l'applicazione pratica di robot umanoidi nei cantieri edili e nell'assemblaggio di grandi strutture come aerei e navi.

Si prevede che il calo della natalità in Giappone causerà gravi carenze di manodopera nell'edilizia e in molti altri settori. È imperativo risolvere questo problema utilizzando tecnologie robotiche. Queste tecnologie forniscono anche un'alternativa convincente all'avere lavoratori edili nei cantieri, strutture aeronautiche, o i cantieri navali eseguono lavori pesanti potenzialmente pericolosi. Però, è stato difficile rendere questi cantieri di grandi dimensioni adatti ai robot, che ha scoraggiato l'introduzione dei robot. Poiché i robot umanoidi assomigliano fisicamente alle persone, possono funzionare senza richiedere modifiche ambientali, possibilmente sollevando i lavoratori dal lavoro pesante.

Nello sviluppo della serie HRP, AIST ha collaborato con diverse aziende del settore privato, tra cui Kawada Industries Inc. (ora Kawada Robotics Corp.), e ha sviluppato tecnologie di base per l'applicazione pratica. HRP-2 era in grado di camminare bipede, sdraiarsi, alzarsi, camminando su stretti sentieri, e altre azioni. HRP-3 potrebbe camminare su superfici scivolose e serrare bulloni sui ponti tramite telecomando. La ricerca sui robot umanoidi in risposta ai disastri in corso presso l'AIST dal 2011 ha portato a una versione rivista di HRP-2 con capacità fisiche migliorate (come la lunghezza degli arti, gamma di movimento, e uscita congiunta), che potrebbe camminare su un terreno accidentato, girare le valvole, ed eseguire altre attività in modo semi-autonomo sulla base della misurazione ambientale 3D. Però, le sue capacità fisiche erano ancora insufficienti per lavori pesanti come l'installazione di cartongesso, e mancava di un grado di libertà sufficiente e di una gamma mobile sufficiente di articolazioni per emulare il movimento umano in ambienti complessi. A tal fine, L'AIST ha perseguito lo sviluppo del robot umanoide, HRP-5P, con capacità fisiche che gli consentono di sostituire le persone che fanno lavori pesanti.

Per di più, HRP-5P eredita le tecnologie della serie HRP e utilizza la tecnologia brevettata di Honda Motor Co., Ltd.

Una parte dello sviluppo di HRP-5P è stata supportata da R&D commissionato dalla New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO), "R&S su sistemi robotici umanoidi altamente affidabili che possono funzionare in ambienti non strutturati" in "Robot umanoidi autonomi (campo delle tecnologie robotiche di elementi innovativi)" di "R&S su tecnologie robotiche di nuova generazione, " e sovvenzione per la ricerca scientifica dalla Japan Society for the Promotion of Science, "Pianificazione mirata del movimento di tutto il corpo basata sull'acquisizione di modelli ambientali che consente ai robot umanoidi di adattarsi ad ambienti sconosciuti" (numero del progetto di ricerca JP17H07391).

Il prototipo di robot umanoide HRP-5P è stato sviluppato con un corpo robusto e un'intelligenza avanzata per lavorare in modo autonomo e fornire una fonte alternativa di lavoro pesante.

• Con un'altezza di 182 cm e un peso di 101 kg, HRP-5P ha un corpo con un totale di 37 gradi di libertà:due nel collo, tre nella sua vita, otto tra le sue braccia, sei nelle sue gambe, e due nelle sue mani. A parte le mani, questo rappresenta la massima libertà di movimento nella serie HRP fino ad oggi. Rispetto alla versione rivista di HRP-2, l'aggiunta di un grado di libertà alla vita e uno alla base delle braccia ha consentito operazioni più simili al movimento umano. Di conseguenza, usando entrambe le braccia, HRP-5P può gestire oggetti di grandi dimensioni come pannelli di gesso (1820 × 910 × 10 mm, ca. 11 kg) o pannelli di compensato (1800 × 900 × 12 mm, ca. 13kg).
• Per emulare il movimento umano del robot senza tanti gradi di libertà quanti sono le persone, i ricercatori hanno assicurato una gamma più ampia di articolazioni mobili nelle aree dell'anca e della vita, dove sono concentrate più articolazioni. Per esempio, le articolazioni dell'anca che flettono ed estendono le gambe hanno un raggio di movimento di 140° negli esseri umani e 202° in HRP-5P (Fig. 1), e le articolazioni della vita che ruotano la parte superiore del corpo hanno un raggio di movimento di 80° negli esseri umani e 300° in HRP-5P. Ciò consente al robot di lavorare in una varietà di posizioni, come quando è profondamente accovacciato con la parte superiore del corpo attorcigliata.
• La coppia e la velocità del giunto sono state approssimativamente raddoppiate in media rispetto all'HRP-2 rivisto, impiegando motori ad alto rendimento, aggiungendo raffreddamento al meccanismo di azionamento, e l'adozione di un sistema di azionamento congiunto con determinati giunti dotati di più motori. Di conseguenza, il robot può eseguire lavori con carichi pesanti, come sollevare un cartongesso da una pila. (Ogni braccio di HRP-5P, esteso orizzontalmente, può sopportare un peso di 2,9 kg, rispetto a 1,3 kg per la versione rivista di HRP-2 e 0,9 kg per HRP-4.)
• Utilizzando sensori montati sulla testa, il robot acquisisce costantemente misure 3D dell'ambiente circostante (a una frequenza di 0,3 Hz). Anche se il campo visivo è bloccato da oggetti utilizzati nel lavoro, i risultati di misurazione memorizzati e aggiornati consentono l'esecuzione del piano di camminata mentre si trasporta un pannello o la correzione della camminata quando i piedi scivolano. (fig.2).
• L'apprendimento implica una rete neurale convoluzionale che utilizza un database di immagini di nuova costruzione di oggetti di lavoro. Il robot è in grado di rilevare dieci tipi di regioni di oggetti 2D con un'elevata precisione del 90% o più anche su sfondi a basso contrasto o in condizioni di scarsa illuminazione (Fig. 3).
• È stato possibile costruire un sistema robotico altamente affidabile e mantenere la qualità del software su larga scala (con circa 250, 000 righe di codice) organizzando un ambiente di test virtuale per l'intelligenza del robot nel simulatore di robot Choreonoid e monitorando la regressione del software per 24 ore.

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.

Nello specifico, 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.