Des chercheurs ont développé un prototype de robot humanoïde, HRP-5P, destiné à effectuer de manière autonome des travaux lourds ou des travaux dans des environnements dangereux.

En 182 cm, Robot humanoïde de 101 kg, HRP-5P a été construit sur les technologies de la série HRP en incorporant de nouvelles technologies matérielles. Au sein de la série, il a des capacités physiques inégalées. Son intelligence robotique comprend la mesure de l'environnement et la reconnaissance d'objets, planification et contrôle des mouvements du corps entier, description des tâches et gestion de l'exécution, et des technologies de systématisation hautement fiables. Le logement de l'intelligence dans ce corps a permis l'installation autonome de plaques de plâtre par le robot, qui est un exemple typique de travail pénible sur les chantiers de construction. L'utilisation de HRP-5P, en tant que plateforme de développement, en collaboration entre l'industrie et le milieu universitaire promet d'accélérer la R&D vers l'application pratique de robots humanoïdes sur les chantiers de construction de bâtiments et dans l'assemblage de grandes structures telles que les avions et les navires.

La baisse du taux de natalité au Japon devrait entraîner de graves pénuries de main-d'œuvre dans la construction et de nombreuses autres industries. Il est impératif de résoudre ce problème en utilisant les technologies robotiques. Ces technologies offrent également une alternative intéressante à la présence de travailleurs de la construction sur les chantiers, installations aéronautiques, ou les chantiers navals effectuent des travaux lourds qui sont potentiellement dangereux. Cependant, il a été difficile de rendre ces chantiers de construction à grande échelle adaptés aux robots, qui a découragé l'introduction de robots. Parce que les robots humanoïdes ressemblent physiquement aux humains, ils peuvent fonctionner sans nécessiter de changements environnementaux, éventuellement soulager les travailleurs de travaux pénibles.

Dans le développement de la série HRP, AIST a collaboré avec plusieurs entreprises du secteur privé, dont Kawada Industries Inc. (maintenant Kawada Robotics Corp.), et a développé des technologies de base pour une application pratique. HRP-2 était capable de marcher bipède, allongé, debout, marcher sur des chemins étroits, et d'autres actions. HRP-3 pouvait marcher sur des surfaces glissantes et serrer des boulons sur des ponts à l'aide d'une télécommande. La recherche sur les robots humanoïdes d'intervention en cas de catastrophe en cours à l'AIST depuis 2011 a conduit à une version révisée de HRP-2 avec des capacités physiques améliorées (telles que la longueur des membres, amplitude de mouvement, et sortie conjointe), qui pourrait marcher sur un terrain accidenté, tourner les vannes, et effectuer d'autres tâches de manière semi-autonome sur la base de mesures environnementales en 3D. Cependant, ses capacités physiques étaient encore insuffisantes pour les travaux lourds tels que l'installation de plaques de plâtre, et il manquait un degré de liberté suffisant et une plage mobile suffisante d'articulations pour imiter le mouvement humain dans des environnements complexes. Vers cette fin, AIST a poursuivi le développement du robot humanoïde, HRP-5P, avec des capacités physiques lui permettant de se substituer aux personnes effectuant des travaux pénibles.

Par ailleurs, HRP-5P hérite des technologies de la série HRP et utilise la technologie brevetée de Honda Motor Co., Ltd.

Une partie du développement de HRP-5P a été soutenue par la R&D commandée par la New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO), « R&D sur des systèmes de robots humanoïdes hautement fiables pouvant fonctionner dans des environnements non structurés » dans « robots humanoïdes autonomes (domaine des technologies de robot à éléments innovants) » de « R&D sur les technologies de robotique de base de nouvelle génération, " et une subvention pour la recherche scientifique de la Société japonaise pour la promotion de la science, "Cibler la planification des mouvements du corps entier basée sur l'acquisition de modèles environnementaux qui permet aux robots humanoïdes de s'adapter à des environnements inconnus" (numéro de projet de recherche JP17H07391).

Le prototype de robot humanoïde HRP-5P a été développé avec un corps robuste et une intelligence avancée pour fonctionner de manière autonome et fournir une source alternative de travail lourd.

• D'une hauteur de 182 cm et d'un poids de 101 kg, HRP-5P a un corps avec un total de 37 degrés de liberté :deux dans son cou, trois à la taille, huit dans ses bras, six dans ses pattes, et deux dans ses mains. A part les mains, cela représente la plus grande liberté de mouvement de la série HRP à ce jour. Par rapport à la version révisée de HRP-2, l'ajout d'un degré de liberté à la taille et un à la base des bras a permis des opérations plus proches du mouvement humain. Par conséquent, en utilisant les deux bras, HRP-5P peut traiter de gros objets tels que des plaques de plâtre (1820 × 910 × 10 mm, environ. 11 kg) ou panneaux de contreplaqué (1800 × 900 × 12 mm, environ. 13kg).
• Pour émuler le mouvement humain par le robot sans autant de degrés de liberté que les personnes, les chercheurs ont assuré une gamme mobile plus large d'articulations dans les zones de la hanche et de la taille, où plusieurs articulations sont concentrées. Par exemple, les articulations de la hanche qui fléchissent et étendent les jambes ont une amplitude de mouvement de 140° chez l'homme et de 202° dans HRP-5P (Fig. 1), et les articulations de la taille qui tournent le haut du corps ont une amplitude de mouvement de 80° chez l'homme et de 300° chez HRP-5P. Cela permet au robot de travailler dans une variété de postures, comme lorsqu'il est profondément accroupi avec le haut du corps tordu.
• Le couple et la vitesse des articulations ont été approximativement doublés en moyenne par rapport au HRP-2 révisé, en utilisant des moteurs à haut rendement, ajouter un refroidissement au mécanisme d'entraînement, et l'adoption d'un système d'entraînement commun avec certaines articulations comportant plusieurs moteurs. Par conséquent, le robot peut effectuer des travaux impliquant de lourdes charges, comme soulever une plaque de plâtre d'une pile. (Chaque bras de HRP-5P, étendu horizontalement, peut supporter un poids de 2,9 kg, contre 1,3 kg pour la version révisée du HRP-2 et 0,9 kg pour le HRP-4.)
• À l'aide de capteurs montés sur la tête, le robot acquiert en permanence des mesures 3D du milieu environnant (à une fréquence de 0,3 Hz). Même si le champ de vision est bloqué par des objets utilisés dans le travail, les résultats de mesure stockés et mis à jour permettent l'exécution du plan de marche tout en portant un panneau ou la correction de la marche lorsque les pieds glissent. (Fig. 2).
• L'apprentissage implique un réseau de neurones convolutifs utilisant une base de données d'images nouvellement construite d'objets de travail. Le robot peut détecter dix types de régions d'objets 2D avec une précision élevée de 90 % ou plus, même sur des arrière-plans à faible contraste ou sous un éclairage tamisé (Fig. 3).
• Il a été possible de construire un système robotique très fiable et de maintenir la qualité d'un logiciel à grande échelle (avec environ 250, 000 lignes de code) en organisant un environnement de test virtuel pour l'intelligence du robot dans le simulateur de robot Choreonoid et en surveillant la régression du logiciel pendant 24 heures.

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.

Spécifiquement, 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.