仿生机器人现状
仿生机器人现状
1.仿生学Bionics
研究生物系统的结构和性质以为工程技术提供新的设计思想及工作原理的科学。仿生学一词是1960年由美国JE斯蒂尔根据拉丁字“bios”(“生命方式”的意思)和字尾“nic”(“具有……的性质”的意思)构成的。他认为“仿生学是研究以模仿生物系统的方式、或是以具有生物系统特征的方式、或是以类似于生物系统方式工作的系统的科学”。尽管人类在文明进化中不断从生物界受到新的启示，但仿生学的诞生，一般以1960年全美第一届仿生学讨论会的召开为标志。
仿生学的研究范围主要包括﹕
1.力学仿生，研究并模仿生物体大体结构与精细结构的静力学性质，以及生物体
各组成部分在体内相对运动和生物体在环境中运动的动力学性质。例如，建筑上模仿贝壳修造的大跨度薄壳建筑，模仿股骨结构建造的立柱，既消除应力特别集中的区域，又可用最少的建材承受最大的载荷。
2.分子仿生，研究与模拟生物体中脢的催化作用、生物膜的选择性、通透性、生
物大分子或其类似物的分析和合成等。例如，在搞清森林害虫舞毒蛾性引诱激素的化学结构后，合成了一种类似有机化合物，在田间捕虫笼中用千万分之一微克，便可诱杀雄虫。
3.能量仿生，研究与模仿生物电器官、生物发光、肌肉直接把化学能转换成机械
能等生物体中的能量转换过程。
4.信息与控制仿生，研究与模拟感觉器官、神经元与神经网络、以及高级中枢的
智能活动等方面生物体中的信息处理过程。例如根据象鼻虫视动反应制成的“自相关测速仪”可测定飞机着陆速度。根据鲎复眼视网膜侧抑制网络的工作原理，研制成功可增强图像轮廓、提高反差、从而有助于模糊目标检测的一些装置。此外，它还研究与模拟体内稳态，运动控制、动物的定向与导航等生物系统中的控制机制，以及人-机系统的仿生学方面。
5.某些文献中，把分子仿生与能量仿生的部分内容称为化学仿生，而把信息和控
制仿生的部分内容称为神经仿生。
仿生学的范围很广，信息与控制仿生是一个主要领域。一方面由于自动化向智能控制发展的需要，另一方面是由于生物科学已发展到这样一个阶段，使研究大脑已成为对神经科学最大的挑战。人工智能和智能机器人研究的仿生学方面──生物模式识别的研究，大
脑学习、记忆和思维过程的研究与模拟，生物体中控制的可靠性和协调问题等──是仿生学研究的主攻方面。
控制与信息仿生和生物控制论关系密切。两者都研究生物系统中的控制和信息过程，都运用生物系统的模型。但前者的目的主要是构造实用人造硬件系统；而生物控制论则从控制论的一般原理，从技术科学的理论出发，为生物行为寻求解释。模拟和模型方法是仿生学研究方法的突出特点。其目的是要理解生物系统的工作原理，以实现特定功能为中心目的。在仿生学研究中存在下列3个相关的方面﹕生物原型、数学模型和硬件模型。前者是基础，后者是目的，而数学模型则是两者之间必不可少的桥梁。由于生物系统的复杂性，搞清生物系统的机制需要相当长的研究周期，而且解决实际问题需要多学科长时间的密切协作，这是限制仿生学发展速度的主要原因。
2.人工肌肉
我们之所以能够行动、举起重物，靠的是肌肉与骨骼的协调运动。肌肉的最小单元是肌纤维，肌纤维由肌动蛋白和肌凝蛋白两种蛋白质交错排列而成。十多年前，美国太空总署为了在外太空工作，计划开发新型的机器手臂，来完成传统油压机器手臂无法做的精密动作。藉由模仿人类手臂肌肉的动作，开发出多种材料，可以藉由电流的通过产生收缩现象，这类的材料称为电致动聚合物。电致动聚合物的动作原理和肌肉收缩原理有些不同，随着电位大小的变化，会产生不同程度的形状改变。通电时，电致动聚合物内部分子受到电位的影响，使分子排列从原本的结构变成偏往某一端聚集，整个外观看起来，就像是整条电致动聚合物如同肌纤维一样弯曲、缩短或伸长。当电位的方向改变时，又会使电致动聚合物向另一个方向弯曲。电致动聚合物的这种特性，为其赢得了「人工肌肉」的称号。
人工肌肉可以应用于机器手臂，由于聚合物的重量比金属轻了许多，应用于外太空可以大幅减少载重。目前国外已经成功利用电致动聚合物制造出机器手臂和机器脸，机器手臂已可做出如伸出某支手指这种精密的动作，未来可以开发出手术用的机械手臂，机器脸也有能力做出像是眨眼或动嘴唇的腜情。
电致动材料的发展与应用目前尚处于初期的阶段，现有的电致动聚合物仍有许多缺点等待克服，如降低驱动电压、增进机械强度、加大变形程度、以及加快反应速度等。除了上述机械手臂和机械脸的应用外，电致动聚合物也被制成机器昆虫或可以在水中游泳的机器鱼。电致动聚合物也可以用在医疗方面，例如量血压用的压脉带，甚至用来替换受损伤的肌肉组织。当病患的肌肉坏死无法动作时，医疗人员便可利用电致动聚合物植入患处，配合适当的电刺激，使残障者可以重新活动，不需要再倚赖轮椅和拐杖了。藉由仿效自然法则，模拟感官接收、传递、运作的方法与机制，可以为人类带来许多福祉。未来仿生科技结合奈痉材料及生物技术，可以制造人工视网膜、人工味蕾、人工神经传导系统等更复杂的人工感官系统，必会对人类的生活提供更多的助益。
3.i-Limb的新型仿生手
据报导，这只堪称“全球第一手”的精良仿生手系由苏格兰触摸仿生公司制造，其发明者是英国国家卫生体系苏格兰洛锡安区的复康部主管大卫·高医生，目前已经申请专利。高医生潜心研究义肢 20 年， 9 年前开始尝试研制仿生手。他表示， " 这是当今市场上首只指头可以像真手般活动的义肢。因此技术堪称世界一流。 " 由于其材料选用类似制造汽车引擎零件的轻量化塑胶制成，完全防水，并且比真手还轻。
Touch Bionics仿生公司宣称这是迄今能做出最细微动作的义肢。用户只要轻轻动手臂肌肉便能操纵仿生机械手，手上５根指头都可独立运作，并通过患者的思维和肌肉来控制动作任意做出打字、拨号码、用钥匙开锁等复杂动作，宛如真手一般灵活自如。发明该仿生手的医生表示，这只仿生手是目前最先进的，这是市场上首只仿生手的手指头能够像真手般活动的义肢。
“i-LIMB”的每根手指都安装有一个微型马达，并且可由其穿戴者发出的神经脉冲加以控制。该仿生手凭手臂肌肉推动，其表面覆盖有一层类比人类皮肤的半透明人工美容皮肤，逼真度极高。只要装上仿生手，贴在穿戴者手臂的电极会将信号传送至微型马达，推动仿生手做出各种动作。不过，就手的触觉来说，这只仿生手目前只能做到利用小部份的感觉信号，经由神经系统传达到大脑，所以还有相当大的发展空间。更让人惊奇的是，这只生化电子手能和截肢者的身体完美的结合，造福伤残人士。而在这项发明中，最令我们雀跃的是神经末端和电子手部间的无线传达，为支援热插拔（ hot-swap ）的嵌入性手臂开创了新契机。仿生手未推出前曾作临床实验， 14 名分别来自英国及美国的人装上仿生手，他们大都表示，仿生手远比一般义肢好用。
4.仿生机器人
1.仿生机器人的基本概念
仿生机器人就是模仿自然界中生物的外部形状、运动原理和行为方式的系统，能从事生物特点工作的机器人。仿生机器人的类型很多，主要为仿人、仿生物和生物机器人 3 大类。仿生机器人的主要特点：一是多为冗余自由度或超冗余自由度的机器人，机构复杂；二是其驱动方式有些不同于常规的关节型机器人，通常采用绳索、人造肌肉或形状记忆合金等驱动。
2.仿生机器人的国内外研究现状
1.水下仿生机器人
水下机器人由于其所处的特殊环境，在机构设计上比陆地机器人难度大。在水下深度控制、深水压力、线路绝缘处理及防漏、驱动原理、周围模糊环境的识别等诸多方面的设计均需考虑。以往的水下机器人采用的都是鱼雷状的外形，用涡轮机驱动，具有坚硬的外壳以抵抗水压。鱼类的推进方式已成为人们研制新型高速、低噪音、机动灵活的柔体潜水器模仿的对象。仿鱼推进器效率可达到 70% ～ 90% ，与
水的相对速度比螺旋桨推进器小得多，有效地解决了噪音问题水下机器鱼和机器蟹的灵活性远远高于现有的潜艇，几乎可以达到水下任何区域，由人遥控，它可轻而易举地进入海底深处的海沟和洞穴，可用于测绘海洋地图，检测水下污染，拍摄海洋生物，也可以悄悄地溜进敌方的港口，进行侦察而不被发觉，作为军用侦察和科学探索的工具，其发展和应用的前景十分广阔。
2.空中仿生机器人
空中机器人即具有自主导航能力，无人驾驶的飞行器。这类机器人活动空间广阔、运动速度快，居高临下而不受地形限制，在军事、森林火灾以及灾难搜救中，前景极好。其飞行原理分为：固定翼飞行、旋翼飞行和扑翼飞行。目前国内外广泛关注的微型飞行器侧重于扑翼机的研究，它模仿鸟类或昆虫的扑翼飞行原理，将举升、悬停和推进功能集于一个扑翼系统，可以用很小的能量做长距离飞行，同时具有较强的机动性，适合于长时间无能源补给及远距离条件下执行任务。
3.地面仿生机器人
可以攀爬管道的蛇形机器人，这种蛇形机器人大部分由轻质的铝或塑料组成，最大也只有成人手臂大小，机器人配有摄像机和电子传感器，可以接受遥控指挥。蛇形机器人可以成功上下一根塑料管道，并可以跨越废墟碎片间的巨大空隙以及在草丛中来去自由，让蛇形机器人在坍塌废墟中穿梭，能更快地找到幸存者，为灾难救援工作带来了技术突破。
4.仿人机器人
自 1983 年以来，美国研制出一系列 7 自由度拟人单臂和双臂一体机器人，并已用于空间站实验 .1986 年美国犹他州大学工程设计中心研制成功了著名的 UTAHM IT 灵巧手，该手有 4 指，拇指 2 关节，其余 3 指各有 3 关节，手指关节绳索驱动并设有张力传感器。 1990 年由贝尔实验室完成了灵巧手的软硬件控制系统，并模拟人手的拿、夹、抓、握物体等多种动作进行了实验 . 1992 年日本进行多指仿人手臂真实作业的研究，系统由主从手臂及传感控制系统组成，其灵巧手有 4 指，每指有 3 个关节，手具有 14 个自由度。随着多指灵巧手研究的发展，具有灵巧手的仿人臂及其系统的研究愈来愈受到重视。日本本田公司和大阪大学联合推出的 P1 、 P2 和P3 型仿人步行机器人，将仿人机器人的研究推向一个崭新的度。在 P3 的基础上本田公司又研制了“ Asimo”智能机器人，如图 6 所示.“Asimo”机器人高 1. 2m ，体重 43kg ，它可以爬楼梯，以 6km /h 的速度奔跑，可以识别各种各样的声音，还能够通过头部照相机捕捉到的画面和事先设计好的程序识别人类的各种手势运动以及10 种不同的脸型，可以和人手拉着手走路，使用手推车搬运物品等。国内一些科研院所也进行了仿人机器人的研究。北京航空航天大学机器人研究所在国家 " 863" 智能机器人主题支持下，研制出了能实现简单抓持和操作作业的 3 指 9 自由度灵巧
手。哈尔滨工业大学机器人研究所研制了高灵活性的仿人手臂及拟人双足步行机器人，其仿人手臂具有工作空间大、关节无奇异姿态、结构紧凑等特点，通过软件控制可实现避障、回避关节极限和优化动力学性能等。双足步行机器人为关节式结构，具有 12 个自由度，可以完成仿人步行的动作。
3.仿生机器人的发展方向
1.仿生机器人结构的微型化
微型仿生机器人可用于小型管道进行检测作业，可进入人体进行检查和实施治而不伤害人体，也可以进入狭小的复杂环境进行作业等。仿生机器人微型化的关键是实现机电系统的微型化，即将驱动器、传动装置、传感器、控制器、电源等集成到一块硅片上，构成微机电系统，才能实现机器人整体结构的微型化。
2.仿生机器人的相似性和多变性
在军事侦察和间谍任务中，如果仿生机器人的外形与所模仿的生物外形完全一致，将能更隐蔽地、更安全地完成任务 . 日本研制的变形机器人包括若干小机器人，小机器人通过红外传感器和照相机识别周围的障碍物，然后相互协调，按照不同需要组合成狗、蜘蛛和蛇等 7 种形态，可以根据环境变化而改变自己的形状。机器人的多变性使其能够进入各种人类难以接近的灾害现场实施调查，还有望应用于航天探测等领域。
3.仿人机器人的多功能性
21 世纪人类将进入老龄化社会，发展多功能仿人机器人将弥补年轻劳动力的严重
不足，解决老龄化社会的家庭服务和医疗等社会问题，并能开辟新的产业，创造新的就业机会。
4.仿生机器人群
仿生机器人群通常应用在需要多机器人协作的场合，如机器人生产线、柔性加工工厂、消防、无人作战机群等 . 它是通过模仿蚂蚁、蜜蜂以及人的社会行为而衍生的仿生系统，通过个体之间的合作完成某种社会性行为，通过群体行为增强个体智能，提高系统整体的工作效率。
5.结论
随着机器人作业环境的复杂化，要解决机器人面临的问题，必须向自然界学习，从自然界为人类提供的丰富多彩的实例中寻求解决问题的途径，通过对自然界生物的学习、模仿、
复制和再造的过程中，发现和发展相关的理论和技术方法，使机器人在功能和技术层次上不断提高。仿生机器人在军事，娱乐和服务等方面的重要性，已经成为未来机器人研究的热点。
编号: 哈尔滨工业大学 大一年度项目中期检查报告 项目名称：仿生六足机器人 项目负责人：学号 联系电话：电子邮箱： 院系及专业：机电工程学院 指导教师：职称： 联系电话：电子邮箱： 院系及专业：机电工程学院 哈尔滨工业大学基础学部制表 填表日期：2014 年 6 月28 日
一、项目团队成员（包括项目负责人、按顺序） 二、指导教师意见 三、项目专家组意见
四、研究背景 1.研究现状 4.1国内研究现状 随着电子技术发展，计算机性能的提高，使多足步行机器人技术进入了基于计算机控制的发展阶段。其中有代表性的研究为1993年,美国卡内基-梅隆大学开发出有缆的八足步行机器人DANTE，图1所示,用于对南极的埃里伯斯火山进行了考察，其结构由2个独立的框架构成。这一阶段研究的重点在于机器人的运动机构的设计、机器人的步态生成与规划及传统的控制方法在机器人行走运动控制过程的应用。Boston Dynamics公司的Big Dog四足机器人用于为军队运输装备，其高3英尺，重165磅，可以以3.3英里的速度行进，其采用汽油动力。 图1 Adaptive Suspension Vehicle 图2 Odex1步行机器人 图3 MIT腿部实验室的四足和双足机器人图4 DANTE步行机器人 由于新的材料的发现、智能控制技术的发展、对步行机器人运动学、动力学高效建模方法的提出以及生物学知识的增长促使了步行机器人向模仿生物的方向发展。 4.2国外研究现状 我国步行机器人的研究开始较晚，真正开始是在上世纪80年代初。1980年，中国科学院长春光学精密机械研究所采用平行四边形和凸轮机构研制出一台八足螃蟹式步行机,主要用于海底探测
仿生机器人关键技术 “仿生机器人”是指模仿生物、从事生物特点工作的机器人。，涉及到机械设计、计算机、传感器、自动控制、人机交互、仿生学等多个学科。因此，机器人领域中需要研究的问题非常多。主要研究问题包括以下五个方面： 1 建模问题 仿生机器人的运动具有高度的灵活性和适应性。其一般都是冗余度或超冗余度机器人，结构复杂，运动学和动力学模型与常规机器人有很大差别，且复杂程度更大。为此，研究建模问题，实现机构的可控化是研究仿生机器人的关键问题之一。 2 控制优化问题 机器人的自由度越多，机构越复杂，必将导致控制系统的复杂化。复杂巨系统的实现不能全靠子系统的堆积，要做到整体大于组分之和，同时要研究高效优化的控制算法才能使系统具有实时处理能力。 3 信息融合问题 在仿生机器人的设计开发中，为实现对不同物体和未知环境的感知，都装备有一定量的传感器。多传感器的信息融合技术是实现其具有一定智能的关键。信息融合技术把分布在不同位置的多个同类或不同类的传感器所提供的局部环境的不完整信息加以综合，消除多传感器信息之间可能存在的冗余和矛盾，从而提高系统决策、规划、反应的快速性和正确性。 4 机构设计问题 合理的机构设计是仿生机器人实现的基础。生物的形态经过千百万年的进化，其结构特征极具合理性，而要用机械来完全仿制生物体几乎是不可能的，只有在充分研究生物肌体结构和运动特性的基础上提取其精髓进行简化，才能开发全方位关节机构和简单关节组成高灵活性的机器人机构。 5 微传感和微驱动问题 微型仿生机器人有些已不是传统常规机器人的按比例缩小，它的开发涉及到电磁、机械、热、光、化学、生物等多学科。对于微型仿生机器人的制造，需要解决一些工程上的问题，如动力源、驱动方式、传感集成控制以及同外界的通讯等。实现微传感和微驱动的一个关键技术是机电光一体结合的微加工技术。同时，在设计时必须考虑到尺寸效应、新材料、新、工艺等问题。
第36卷第6期 上海师范大学学报(自然科学版)Vol.36,No.6 2007年12月 Journal of Shanghai Nor mal University(Natural Sciences)2007,Dec. 仿生机器人的研究现状及其发展方向 王丽慧,周 华 (上海师范大学机械与电子工程学院,上海201418) 摘 要:随着机器人智能化技术的进步,机器人应用领域的拓展,仿生机器人的研究正在引起世界各国研究者的关注.主要对仿生机器人的国内外研究状况进行了综述并对其未来的发展趋势作了展望. 关键词:仿生机器人;研究现状;发展方向 中图分类号:TP24 文献标识码:A 文章编号:100025137(2007)0620058205 人们对机器人的幻想与追求已有3000多年的历史,人类希望制造一种像人一样的机器,以便代替人类完成各种工作.1959年,第一台工业机器人在美国诞生,近几十年,各种用途的机器人相继问世,使人类的许多梦想变成了现实.随着机器人工作环境和工作任务的复杂化,要求机器人具有更高的运动灵活性和在特殊未知环境的适应性,机器人简单的轮子和履带的移动机构已不能适应多变复杂的环境要求.在仿生技术、控制技术和制造技术不断发展的今天,仿人及仿生物机器人相继被研制出来,仿生机器人已经成为机器人家族中的重要成员. 1 仿生机器人的基本概念 仿生机器人就是模仿自然界中生物的外部形状、运动原理和行为方式的系统,能从事生物特点工作的机器人.仿生机器人的类型很多,主要为仿人、仿生物和生物机器人3大类.仿生机器人的主要特点:一是多为冗余自由度或超冗余自由度的机器人,机构复杂;二是其驱动方式有些不同于常规的关节型机器人,通常采用绳索、人造肌肉或形状记忆合金等驱动. 2 仿生机器人的国内外研究现状 2.1 水下仿生机器人 水下机器人由于其所处的特殊环境,在机构设计上比陆地机器人难度大.在水下深度控制、深水压力、线路绝缘处理及防漏、驱动原理、周围模糊环境的识别等诸多方面的设计均需考虑.以往的水下机器人采用的都是鱼雷状的外形,用涡轮机驱动,具有坚硬的外壳以抵抗水压.由于传统的操纵与推进装置的体积大、重量大、效率低、噪音大和机动性差等问题一直限制了微小型无人水下探测器和自主式水下机器人的发展.鱼类在水下的行进速度很快,金枪鱼速度可达105k m/h,而人类最快的潜艇速度只有84km/h.所以鱼的综合能力是人类目前所使用的传统推进和控制装置所无法比拟的,鱼类的推进方式已成为人们研制新型高速、低噪音、机动灵活的柔体潜水器模仿的对象.仿鱼推进器效率可达到70%～ 收稿日期:2007209222 基金项目:上海师范大学理工科校级项目(SK200733). 作者简介:王丽慧(1972-),女,上海师范大学机械与电子工程学院副教授.
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 仿生感知与先进机器人技术 课程报告(1) 报告题目：仿生机械的发展 院系：机电学院 班级： 姓名： 学号： 哈尔滨工业大学机电工程学院
仿生学及仿生机械学的由来 仿生学（Bionics）是模仿生物的特殊本领的一门科学。仿生学籍了解生物的结构和功能原理，来研制新的机械和新技术，或解决机械技术的难题。1960年由美国的J.E.Steele 首先提出。 仿生学这个名词来源于希腊文“Bio”，意思是“生命”，字尾“nic”有“具有……的技术中利用这些原理，提供新的设计思想、工作原理和系统架构的技术科学。 仿生机械学是上世纪60年代初期出现的一门综合性的新兴边缘学科，它是生命科学与工程技术科学相互渗透、相互结合而形成的。包含着对生物现象进行力学研究，对生物的运动、动作进行工程分析，并把这些成果根据社会的要求付之实用化。 仿生学的研究方向 （1）生物材料力学和机械力学，是以骨或软组织（肌肉、皮肤等）作为对象，通过模型实验方法，测定其应力、变形特性，求出力的分布规律。还可根据骨骼、肌肉系统力学的研究，对骨和肌肉的相互作用等进行分析。另外，生物的形态研究也是一大热门。因为生物的形态经过亿万年的变化，往往已形成最佳结构，如人体骨骼系统具有最少材料、最大强度的构造形态，可以通过最优论的观点来学习模拟建造工程结构系统。 （2）生物流体力学，主要涉及生物的循环系统，关于血液动力学等的研究已有很长的历史，但仍有许许多多的问题尚未解决，特别是因为它的研究与心血管疾病关系十分密切，已成为一门倍受关注的学科。 （3）生物运动学，生物的运动十分复杂，因为它与骨骼和肌肉的力学现象、感觉反馈及中枢控制牵连在一起。虽然各种生物的运动或人体各种器官的运动测定与分析都是重要的基础研究，但在仿生机械学中，目前特别重视人体上肢运动及步行姿态的测定与分析，因为人体上肢运动机能非常复杂，而下肢运动分析对动力学研究十分典型。这对康复工程的研究也有很大的帮助。 （4）生物运动能量学，生物的形态是最优的，同样，节约能量消耗量也是生物的基本原理。从运动能量消耗最优性的特点对生物体的运动形态、结构和功能等进行分析、研究，特别是对有关能量的传递与变换的研究，是很有意义的。
淮北师范大学实验室开放项目
总结报告
基于 STC12C5A60S2 单片机的六足机器人
学
院： 物理与电子信息学院 韩润 陆家双
负 责 人：
小组成员： 史浩东 史良东 张莹莹 指导老师： 方 振 康强强 国
一 、项目重述
1.1 项目名称：智能六足机器人 1.2 项目背景及意义：
背景：在社会迅速发展的今天,单片机的的运用已经渗透到我们生活的每个 角落,也似乎很难找到哪个领域没有单片机的足迹。智能仪表、医疗器械,导弹的 导航装置, 智能监控、通讯与数据传输 ,工业自动化过程的实时控制和数据处理 , 广泛使用的各种智能 IC 卡, 汽车的安全保障系统, 动控制领域的机器人 , 数码像 机、电视机、全自动洗衣机的控制,电话机以及程控玩具、电子宠物等等,这些都 离不开单片机。 意义:单片机的学习、开发与应用将对于现代社会的发展,经济的繁荣,和提高 满足人类日益增长的物质文化需求有着至关重要的作用。 也成就了一批又一智能 化控制的工程师和科学家。科技越发达,智能化的东西就越多。学习单片机是社 会发展的必然需求,也是我们现代高级技工所必须要掌握的技能。
1.3 项目内容：
以 51 单片机为控制器的核心， 利用单片机内部中断产生 PWM 波控制舵机。 利用开环函数组成的动作组使六足做仿生动作，制作出了动作灵活、价格低廉以 及模块化结构的六足机器人。该机器人能够严格按三角步态进行行走,实现诸如 直线、转弯、躲避障碍物和追踪物体等行走功能。
二、方案简介
本项目可细分为控制部分、机械部分、恒流源部分、超声波检测部分。 控制部分采用 STC12C5A60S2 单片机为核心处理器。通过 PWM 波使舵机 转动，机械部分采取合理的机械构造，实现机器人在行走的情况下的平稳。恒流 源部分采取 LM7805 稳压芯片为单片机和舵机供电， 由于舵机在运转的过程中会 有较大的电流波动。 因此采用恒流电路进行恒流。超声波壁障采用超声波遇故障 反射的原理。实现对物体识别和规避。
仿生机器人的研究综述 华明亚 （上海大学机电工程与自动化学院，上海200072） 摘要：在人类认识世界和改造世界的过程中，存在人类无法到达的地方和可能危及人类生命的特殊场合，如星球探测、深海探测、减灾救援和反恐活动等，而仿生机器人为解决上述问题提供了一条有效途径。随着机器人技术和仿生学的发展，仿生机器人的研究正受到学者们的普遍关注。在对仿生机器人进行分类的基础上，从地面仿生机器人、水下仿生机器人以及空中仿生机器人3个方而简要介绍了国内外典型仿生机器人的研究进展，并介绍其发展趋势。 关键词：仿生机器人；机器人运动；发展趋势； Research review on bionic robot Hua Mingya (School of mechanical engineering and automation, Shanghai University, Shanghai 200072, China) Abstract:: In the human understanding and transforming the world in the process, the existence of human beings can not reach the place and special occasions may endanger human life, such as planetary exploration, deep sea exploration,disaster relief and anti terrorist activities, and bionic robot provides an effective way for solving the above problems. With the development of robot technology and bionic, bionic robot research has received wide attention of scholars. In the classification based on bionic robot, bionic robot, bionic robot from air groundbionic robot, underwater 3 party and briefly introduced the research progress oftypical bionic robot at home and abroad, and introduces its development trend. Key words: Bionic robot; robot movement; development trend; 1 机器人的研究现状 1.1 机器人国外研究现状 由于仿生机器人所具有的灵巧动作对于人类的生产和科学研究活动有着极大的帮助，所以，自80年代中期以来，机器人科学家们就开始了有关仿生机器人的研究。 自1983年以来，美国Robotics Research Corporation以拟人臂组合化为设想，基于系列关节研制出K-1607等系列7自由度拟人单臂和K/ B 2017双臂一体机器人，其单臂K/ B 2017已用于空间站实验。
编号：201301143 哈尔滨工业大学 大一年度项目结题报告 越野避障机器人的研究项目名称： 项目负责人：学号： 联系电话：电子邮箱： 院系及专业： 指导教师：职称：
联系电话：电子邮箱： 院系及专业： 哈尔滨工业大学基础学部制表 填表日期：2014年7 月9日1 一、项目团队成员（包括项目负责人、按顺序） 二、指导教师意见
三、项目专家组意见 四、项目成果 1
摘要 自从我们小组确定了《越野避障机器人的研究》这一科创项目后，以小组合作的形式进行了为期一学期的学习，主要针对其中的控制系统进行测试与运行。我们学习了传感器的使用以及相关运动指令的编程，并达到了预期效果。目前，我们能初步的控制机器人使之按照预定程序有效避障，课题目标基本达成，并采用实例展示。 有效避障运动编程关键词：避障机器人 （一）课题背景 1.项目意义 自从1959年世界上诞生了第一台机器人以来，机器人技术取得了长足的进步和发展至今已发展成为一门综合性尖端科学。机器人技术的发展集成了多学科的发展成果，代表高技术的发展前沿，是一个国家高科技水平和工业自动化程度的重要标志和体现。 随着计算机技术和遥控技术的迅猛发展，机器人正向多功能、多领域、智能化方向发展，各种用途的机器人如仿生机器人，灭火机器人，越野机器人等已开始研发、生产、应用并取得了不错的效果。而在近期发生的一系列自然灾害中避障探路机器人更是发挥了重要的作用。作为越野机器人的一个重要分支，它是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统，能够在大范围运动，广泛的为人类承担各种任务，不只是搜救，更能完成深海地貌分析等多种任务。因此对越野机器人的避障技术研究无疑具有现实意义。 2.研究现状 随着计算机技术、传感器技术的发展和进步，避障探路机器人向实用化、智能化、系列化进军，日本、德国、美国都取得了各方面的先进研究成果。我国的研究从八五期间开始，至今在清华大学，哈尔滨工业大学，中科院自动化所，浙江大学等都取得了可喜的研究成果。目前，我国避障探路机器人的研究发展水平还和发达国家有一定的差距。 避障探路机器人的研究一直是一个重大的主题，它要求机器人必须能在具有障碍物的复杂环境中完成局部在线避障，需要解决三个重要问题：障碍物在空间的位置方向的精确检测；所获信息的分析和环境模型的建立；使机器人安全避障的策略。目前机器人的环境建模方法有以下几种： 可视图法(VGraph)：由Nilsson在1968年提出的，其算法简单且能找到最短路径，但是由于其缺乏灵活性，在障碍物较多时，搜索时问将会很长并且要求障碍物的形状不能接近圆形，因此现在限制了其实际的应用。进而现在通常采用基于切线图法(Tangent Graph)和Voronoi法的改进可视图法。 栅格法(Grid)：由W．E．Howden在1968年提出的，是目前研究较广泛的路径规划方法。其中栅格的大小影响着环境信息存储量的大小和时间的长短。栅格划
仿生四足机器人的研究：回顾与展望 摘要：本文侧重于仿生四足机器人。在这一领域的主要挑战是如何设计高动力性和高负载能力的仿生四足机器人。本文首先介绍了仿生四足机器人，尤其是具有里程碑意义的四足机器人的历史。然后回顾了仿生四足机器人驱动模式的现代技术。随后，描述了四足机器人的发展趋势。基于仿生四足机器人的技术现状，简要回顾了四足机器人的技术难点。又介绍了山东大学研制的液压四足机器人。最后是总结和展望未来的四足机器人。 一、导言 代替人类在复杂和危险的环境中工作的移动机器人的需求引起越来越多的关注，如煤矿井下，核电站，以及打击恐怖主义的战争。一般移动机器人可分为三种类型：空中机器人，水下机器人和地面机器人。地面机器人的开发主要是运用轨道或轮子。轮式和履带式机器人可以在平整地面工作，但大多数是无法在凹凸不平的地面上工作。换句话说，现有的地面机器人只能在部分地面工作。与轮式和履带式机器人相比，腿式机器人有可能适应更为广泛的地形，就像如同有腿的动物，几乎可以行走在所有的地形。例如，羚羊具有很强的运动能力，即便在高度复杂的环境中也一样。因此，近些年人们积极地投入腿式机器人的研究中。腿式机器人可以去动物能够到达的地方，应该要构建并运用于实际。尽管机器人技术领域取得了巨大成就，腿式机器人仍然远远落后于它们的仿生学 [1，2]。 基于机械结构，腿式机器人可分为步行机器人和爬行机器人。与爬行动物的机器人相比，步行机器人几乎与躯干垂直的腿被认为更适应载重。步行机器人可以有效地承受更大的载重。具有联合执行机构的步行机器人具有良好的行走速度和运输能力。因此，基于哺乳类动物的仿生机器人的研究已成为机器人领域的重要发展方向。 现已有一、二、三、四甚至更多条腿的腿式机器人。最普遍的是具有高效率步态和稳定性能的偶数条腿的腿式机器人[3]。在腿式机器人中，四足机器人具
仿生扑翼UUV研究现状分析 摘要 本文对一种新型扑翼UUV的研究现状做了分析。首先简要介绍扑翼UUV的产生背景和应用前景，然后对扑翼UUV进行了流体动力学分析、推进性能分析并对基于CPG的扑翼UUV运动控制方法进行了分析。通过流体动力学分析得到了关于扑翼UUV攻角和翼型对推进性能的影响，推进性能分析则得到了扑动频率、拍动幅度和翻转幅度对推进性能的影响。基于CPG的运动控制方法将CPG引入到UUV 的控制中，简化了控制参数，可实现扑翼UUV的节律运动和转弯运动。 关键词：仿生扑翼UUV 流体动力学推进性能 CPG
1绪论 1.1仿生扑翼UUV产生背景 无人水下航行器(Unmanned Undersea Vehicle)的研究工作开始于20世纪中期，进入21世纪以来，由于人类对海洋资源开发、海洋环境研究的重视以及海洋在军事领域的重要作用，水下探测器的研究越来越受到重视。在过去的十年中，全世界大约有60个UUV研制计划，并建造了大约200个UUV(大部分为实验用)，但是随着技术的成熟和近海工业发展的需要，商业用途的UUV也开始出现，并且在不断地发展和壮大。 然而，以往的UUV均是以传统的螺旋桨做为推进动力。在自然界中，有一类依靠扑翼游动的生物如海龟、企鹅等，他们的运动方式效率较高，而且机动灵活。仿生扑翼UUV是近几年提出的一种利用仿生扑翼作为推动力的新型UUV，正是以海龟等扑翼游动生物为仿生对象，依靠扑翼推进结构为其提供动力实现整个UUV 在水下的各种运动，包括上浮、下潜、转弯等，具有推进效率高、稳定性强、机动性及操纵性好等优点。 1.2仿生扑翼UUV的特点 仿生扑翼UUV的仿生对象是依靠扑翼进行运动的动物，他们具有爆发力强、机动性高、稳定性好等特点，对于游动和姿态的控制能力是目前任何水下设备无法模拟的。与传统的螺旋桨推进方式相比，水下扑翼UUV具有以下特点： ●良好的运动性能：仿生扑翼推进器可提高水下航行器的起动、加速和转向性 能，在低速条件下保持高机动性和稳定性。 ●流体性能更完善：海洋生物通过扑翼的划动产生推进力，具有更理想的流体 力学性能。 ●能源利用率高：仿生扑翼推进器可以大大节省能量，提高能源利用率，延长 航行器的水下作业时间。 ●噪声小：仿生扑翼推进器运行期间的噪音比螺旋桨运行期间的噪音要低得 多，不易被对方声纳发现或识别，有利于突防，具有重要的军事价值。 ●推进器和舵的统一：仿生扑翼推进器的应用将改变目前螺旋桨和舵机系统分 开，功能单一，结构庞大，机构复杂的情况，实现桨一舵功能的合二为一。 ●可采用多种驱动方式：仿生扑翼推进器可采用机械驱动，也可以采用液压驱 动和气压驱动，以及混合驱动方式；对于微小型水下运动装置，可采用形状记忆合金、人造合成肌肉以及压电陶瓷等多种驱动元件。 1.3仿生扑翼UUV的用途 由于仿生扑翼UUV较传统UUV的优势，其用途更加广泛。
目录 摘要 (2) 1 目前仿生机器人的发展状况 (2) 2 预测未来仿生机器人的发展 (2) 2.1 群体型机器人 (2) 2.2 多环境适应型机器人 (3) 2.3 学习型机器人 (3) 3 结语 (3) 参考文献 (4)
论仿生机器人未来的几种可能发展 摘要:自然界在长期的演化中孕育出了各种各样的生物，而这些生物都具有神奇的结构和功能，能够在复杂多变的环境中生存下去，因此，通过研究，学习，模仿来复制和再造某些生物特性和功能将极大的提高人类对自然的适应和改造能力。从20世纪60年代开始仿生学诞生，到现在短短的几十年时间，在这方面的研究成果已经非常可观，大到军事小到日常生活，我们已经可以处处见其身影了。那么未来的仿生机器人又会往什么方向发展呢？该文将对未来仿生机器人的几种可能的发展趋势，包含群体型机器人，多环境适应型机器人以及学习型机器人进行分析。 关键词：群体型机器人多环境适应型机器人学习型机器人 1 目前仿生机器人的发展状况 仿生学发展到现在已经延伸到很多领域，机器人学就是其主要的结合和应用领域之一。仿生学在机器人上的应用可以分为五个方面，它们分别是：结构仿生，材料仿生，功能仿生，控制仿生以及群体仿生。而且目前世界上的仿生机器人已经涉及海陆空各个领域，并且在各个领域上的发展都已经达到盛况空前地步。而在仿人机器人方面也在不断的突破中。 但是，目前的仿生机器人大多都是独立的一个个体，也就是彼此之间并没有什么联系。然而就目前的机器人技术水平而言，单机器人在信息的获取，处理以及控制能力等方面都是有限的，对于复杂的工作任务及多变的工作环境，单机器人更显不足。所以，当前的仿生机器人虽然已经发展到一定的高度，可是，它们本身还是存在不少的局限性的。 为了改善日前机器人存在的不足，新的技术手段已经成为了一种必须。在未来的日子里，新型机器人的性能将大幅度的提高，它们将会一步步的取代现有的机器人。 2 预测未来仿生机器人的发展 2.1 群体型机器人 在自然界中有着众多不是独立生存的生物，他们靠着一门属于自己的社交语言和其他的个体组成一个集体一起生活，并借着集体的力量去完成个体很难或者无法办到的事情，比如生活中常见的蚂蚁和蜜蜂，它们的强大我们都是已经有着切身体会的了。所以，如果我们能够借鉴生物间的这种生存方式去制造群体型的机器人，那么，在机器人这条道路上我们将会有一个质的飞跃，看到另一片新的天地。 那么群体型机器人比单个机器人的优势体现在哪里呢？首先，由于群体机器人彼此之间会有信息的交流和互动，那么，单个个体的结构和性能复杂程度将会得到大大的降低，因为它们可以通过群体的协调来弥补掉这些不足。其次，群体型机器人在执行任务的时候完成任务的概率要比单个机器人大很多，同时还能够减少完成任务的时间，提高任务的效率，这些，都是我们一直以来所要追求的。再者，群体型机器人通过彼此之间的联系，可以达到预测未知状况的目的，这样的一种能力对于完成任务来说有着举足轻重的作用。所以，群体型机器人在未来的机器人发展中是一种必然的趋势。
毕业设计（论文）仿生蜘蛛机器人的设计与研究 姓名：寇艳虎 学号： 专业：机械工程与自动化 系别：机械与电气工程系 指导教师：孔繁征 2021年4月
摘要 本文总结了背景和目标,仿生蜘蛛机器人的简单介绍。通过研究机器人的六足仿生的运动,这种设计已确定脚结构,使用3自由度的分析实现向前运动,把运动的机器人。想象的组件和装配映射仿生蜘蛛机器人以与相关部件的检查,确保机械设计的可行性都包含在总设计。 关键词：仿生；机器人；机构
ABSTRACT The paper has summarized the background and the goal of its topic and has made the simple introduction of the bionic hexapod robot. Through the research of the motion of the six feet of the robot, This design has determined the foot structure，using the analysis of 3 degrees of freedom realizes the forward motion and turning motion of the robot . Picturing of the component and assembly mapping of the bionic hexapod robot as well as the inspection of related parts which ensures the feasibility of the machinery design are both included in the total design. KEYWORDS：bionics ；hexapod robot ；machinery
学号1210111188 论文题目仿生机器人的研究进展及发展趋势学生姓名颛孙鹏 院别机械工程学院 专业班级12机自（3）班 指导教师周妍
仿生机器人的研究进展及其发展趋势 摘要：随着机器人智能化技术的进步，机器人应用领域的拓展,仿生机器人的研究正在引起世界各国研究者的关注。主要对仿生机器人的国内外研究状况进行了综述并对其未来的发展趋势作了展望。 关键词：仿生机器人；研究现状；发展方向 人们对机器人的幻想与追求已有3000多年的历史，人类希望制造一种像人一样的机器，以便代替人类完成各种工作。1959年,第一台工业机器人在美国诞生，近几十年，各种用途的机器人相继问世，使人类的许多梦想变成了现实。随着机器人工作环境和工作任务的复杂化，要求机器人具有更高的运动灵活性和在特殊未知环境的适应性，机器人简单的轮子和履带的移动机构已不能适应多变复杂的环境要求。在仿生技术、控制技术和制造技术不断发展的今天，仿人及仿生物机器人相继被研制出来，仿生机器人已经成为机器人家族中的重要成员。 1 仿生机器人的基本概念 仿生机器人就是模仿自然界中生物的外部形状、运动原理和行为方式的系统,能从事生物特点工作的机器人。仿生机器人的类型很多,主要为仿人、仿生物和生物机器人3大类。仿生机器人的主要特点:一是多为冗余自由度或超冗余自由度的机器人,机构复杂;二是其驱动方式有些不同于常规的关节型机器人,通常采用绳索、人造肌肉或形状记忆合金等驱动。 2 仿生机器人的国内外研究现状 2.1 水下仿生机器人 水下机器人由于其所处的特殊环境，在机构设计上比陆地机器人难度大。在水下深度控制、深水压力、线路绝缘处理及防漏、驱动原理、周围模糊环境的识别等诸多方面的设计均需考虑。以往的水下机器人采用的都是鱼雷状的外形，用涡轮机驱动，具有坚硬的外壳以抵抗水压。由于传统的操纵与推进装置的体积大、重量大、效率低、噪音大和机动性差等问题一直限制了微小型无人水下探测器和自主式水下机器人的发展。鱼类在水下的行进速度很快，金枪鱼速度可达105km/h，而人类最快的潜艇速度只有84km/h。所以鱼的综合能力是人类目前所使用的传统推进和控制装置所无法比拟的，鱼类的推进方式已成为人们研制新型高速、低噪音、机动灵活的柔体潜水器模仿的对象。仿鱼推进器效率可达到70%～90%，与水的相对速度比螺旋桨推进器小得多，有效地解决了噪音问题。美国麻省理工学院和日本都研制出了仿鱼机器人。在国内，中科院沈阳自动化研究所和北京航空航天大学机器人研究所已研制了机器鱼样机。
仿生机器人概述 一、仿生机器人的定义 简单来说，仿生机器人就是模仿自然界中生物的外部形状或某些机能的机器人系统。从本质上来讲,所谓“仿生机器人”就是指利用各种机、电、液、光等各种无机元器件和有机功能体相配合所组建起来的在运动机理和行为方式、感知模式和信息处理、控制协调和计算推理、能量代谢和材料结构等多方面具有高级生命形态特征从而可以在未知的非结构化环境下精确地、灵活地、可靠地、高效地完成各种复杂任务的机器人系统.（摘自《仿生机器人的研究》许宏岩,付宜利,王树国,刘建国著） 二、对仿生机器人的理解 仿生机器人是一个很宏大的概念，字面上讲任何模仿自然界生物的机器都可以称之为仿生机器人。但是根据诸多文献的定义，现在人们倾向于将第四代及之后的机器人称之为仿生机器人，也就是2000年之后产生的机器人。我认为这样界定的根据在于第四代机器人具有了完备的感知能力和面对简单问题时的处理能力，如现在的两足机器人能够根据地形的变化自行调整行走模式，从容的绕开障碍物并且保持重心平衡，而这是以前的机器人所无法实现的。所以我们认为这时的机器人初步具有了人的智力，可以与生物的智能相比拟，是仿生机器人。 三、仿生机器人的产生前提与发展动力 生物在经过了千百万年的进化之后,由于遗传和变异的原因,已经形成了从执行方式、感知方式、控制方式,一直到信息加工处理方式、组织方式等诸多方面的优势和长处.仿生机器人这门学科产生和存在的前提就在于,生物经过了长期的自然选择进化而来,在结构、功能执行、信息处理、环境适应、自主学习等多方面具有高度的合理性、科学性和进步性.而非结构化的、未知的工作环境、复杂的精巧的高难度的工作任务和对于高精确度、高灵活性、高可靠性、高鲁棒性、高智能性的目标需求则是仿生机器人提出和发展的客观动力.（摘自《仿生机器人的研究》许宏岩,付宜利,王树国,刘建国著） 生物在漫长的进化过程中演变出的无比精巧、合理的结构，是目前人类所有的理论和技术都无法达到的。任何由人类设计的堪称完美的结构，放到自然界的生物面前，都相形见绌。因此，研究现成的最优化、最完美的生物体就成为人类设计机械最廉价、最可靠的范本，由此诞生了仿生学这一专门的学科，而仿生机器人则是机械与仿生学两者结合的最佳产物。这也是仿生机器人产生的前提与发展的动力。 四、仿生机器人的现状
《学科前沿》论文 浅谈仿生机器人的发展 机器人技术作为一门新兴学科，在工业飞速发展的今天扮演着非常重要的作用，而其发展与机械电子、机电一体化、控制原理等多学科的发展息息相关。仿生机器人作为机器人领域的一大分支，可以说是本世纪一个不可忽视的领域，也将是机器人日后发展的大方向。 仿生学是20世纪60年代出现的一门综合性边缘学科,它由生命科学与工程技术科学相互渗透、相互结合而成。它在精密雷达、水中
声纳、导弹制导等许多应用领域中都功不可没。仿生学将有关生物学原理应用到对工程系统的研究与设计中,尤其对当今日益发展的机器人科学起到了巨大的推动作用。当代机器人研究的领域已经从结构环境下的定点作业中走出来,向航空航天、星际探索、军事侦察攻击、水下地下管道、疾病检查治疗、抢险救灾等非结构环境下的自主作业方面发展.未来的机器人将在人类不能或难以到达的已知或未知环境里为人类工作。人们要求机器人不仅适应原来结构化的、已知的环境,更要适应未来发展中的非结构化的、未知的环。除了传统的设计方法,人们也把目光对准了生物界,力求从丰富多彩的动植物身上获得灵感,将它们的运动机理和行为方式运用到对机器人运动机理和控制的研究中,这就是仿生学在机器人科学中的应用。这一应用已经成为机器人研究领域的热点之一,势必推动机器人研究的蓬勃展。 自然界生物的运动行为和某些机能已成为机器人学者进行机器 人设计、实现其灵活控制的思考源泉，导致各类仿生机器人不断涌现。仿生机器人就是模仿自然界中生物的外部形状或某些机能的机器人 系统。仿生机器人的类型很多,按其模仿特性分为仿人类肢体和仿非人生物两大类。由于仿生机器人所具有的灵巧动作对于人类的生产和科学研究活动有着极大的帮助,所以,自80年代中期以来,机器人科学家们就开始了有关仿生机器人的研究。仿人型步行机器人是目前机器人技术的前沿课题,是具有挑战性的技术难题之一。日本本田公司和大阪大学联合推出的P2和P9型仿人步行机器人代表了当今世界的最高水平。仿非人生物机器人的研究近二十年来一直是一个非常活跃的
项目研究报告 ——小型仿生六足探测机器人 一、课题背景： 仿生运动模式的多足步行机器人具有优越的越障能力，它集仿生学原理、机构学理论、自动控制原理与技术、计算机软件开发技术、传感器检测技术和电机驱动技术于一体。 不论在何种地面上行走，仿生六足机器人的运动都具有灵活性与变化性，但其精确控制的难度很大，需要有良好的控制策略与精密的轨迹规划，这些都是很好的研究题材。 二、项目创新点： 作为简单的关节型伺服机构，仿生六足机器人能够实现实时避障，合理规划行走路线。 简单的关节型机器人伺服系统不仅具有可批量制造的条件，作为今后机器人群系统的基本组成，也可以作为探索复杂伺服机构的研究对象。 三、研究内容： 1.仿生学原理分析： 仿生式六足机器人，顾名思义，六足机器人在我们理想架构中，我们借鉴了自然界昆虫的运动原理。 足是昆虫的运动器官。昆虫有3对足，在前胸、中胸和后胸各有一对，我们相应地称为前足、中足和后足。每个足由基节、转节、腿节、胫节、跗节和前跗节几部分组成。基节是足最基部的一节，多粗短。转节常与腿节紧密相连而不活动。腿节是最长最粗的一节。第四节叫胫节，一般比较细长，长着成排的刺。第五节叫跗节，一般由2-5个亚节组成﹔为的是便于行走。在最末节的端部还长着两个又硬又尖的爪，可以用它们来抓住物体。 行走是以三条腿为一组进行的，即一侧的前、后足与另一侧的中足为一组。这样就形成了一个三角形支架结构，当这三条腿放在地面并向后蹬时，另外三条腿即抬起向前准备替换。 前足用爪固定物体后拉动虫体向前，中足用来支持并举起所属一侧的身体，后足则推动虫体前进，同时使虫体转向。 这种行走方式使昆虫可以随时随地停息下来，因为重心总是落在三角支架之内。并不是所有成虫都用六条腿来行走，有些昆虫由于前足发生了特化，有了其他功用或退化，行走就主要靠中、后足来完成了。 大家最为熟悉的要算螳螂了，我们常可看到螳螂一对钳子般的前足高举在胸前，而由后面四条足支撑地面行走。
仿生机器人现状
仿生机器人现状 1.仿生学Bionics 研究生物系统的结构和性质以为工程技术提供新的设计思想及工作原理的科学。仿生学一词是1960年由美国JE斯蒂尔根据拉丁字“bios”(“生命方式”的意思)和字尾“nic”(“具有……的性质”的意思)构成的。他认为“仿生学是研究以模仿生物系统的方式、或是以具有生物系统特征的方式、或是以类似于生物系统方式工作的系统的科学”。尽管人类在文明进化中不断从生物界受到新的启示，但仿生学的诞生，一般以1960年全美第一届仿生学讨论会的召开为标志。 仿生学的研究范围主要包括﹕ 1.力学仿生，研究并模仿生物体大体结构与精细结构的静力学性质，以及生物体 各组成部分在体内相对运动和生物体在环境中运动的动力学性质。例如，建筑上模仿贝壳修造的大跨度薄壳建筑，模仿股骨结构建造的立柱，既消除应力特别集中的区域，又可用最少的建材承受最大的载荷。 2.分子仿生，研究与模拟生物体中脢的催化作用、生物膜的选择性、通透性、生 物大分子或其类似物的分析和合成等。例如，在搞清森林害虫舞毒蛾性引诱激素的化学结构后，合成了一种类似有机化合物，在田间捕虫笼中用千万分之一微克，便可诱杀雄虫。 3.能量仿生，研究与模仿生物电器官、生物发光、肌肉直接把化学能转换成机械 能等生物体中的能量转换过程。 4.信息与控制仿生，研究与模拟感觉器官、神经元与神经网络、以及高级中枢的 智能活动等方面生物体中的信息处理过程。例如根据象鼻虫视动反应制成的“自相关测速仪”可测定飞机着陆速度。根据鲎复眼视网膜侧抑制网络的工作原理，研制成功可增强图像轮廓、提高反差、从而有助于模糊目标检测的一些装置。此外，它还研究与模拟体内稳态，运动控制、动物的定向与导航等生物系统中的控制机制，以及人-机系统的仿生学方面。 5.某些文献中，把分子仿生与能量仿生的部分内容称为化学仿生，而把信息和控 制仿生的部分内容称为神经仿生。 仿生学的范围很广，信息与控制仿生是一个主要领域。一方面由于自动化向智能控制发展的需要，另一方面是由于生物科学已发展到这样一个阶段，使研究大脑已成为对神经科学最大的挑战。人工智能和智能机器人研究的仿生学方面──生物模式识别的研究，大
前言 随着仿生学与机器人技术的飞速发展，仿生机器人已日益成为机器人领域的研究热点。仿生学将有关生物学原理应用到对工程系统的研究与设计中，尤其对当今日益发展的机器人科学起到了巨大的推动作用[3]。当代机器人研究的领域已经从结构环境下的定点作业中走出来，向航空航天、星际探索、海洋探索、水下洞穴探索、军事侦察、军事攻击、军事防御、水下地下管道探测与维修、疾病检查治疗、抢险救灾等非结构环境下的自主作业方面发展，未来的机器人将在人类不能或难以到达的已知或未知环境里工作。人们要求机器人不仅要适应原来结构化的、己知的环境，更要适应未来发展中的非结构化的、未知的环境。除了传统的设计方法，人们也把目光对准了生物界，力求从丰富多彩的动植物身上获得灵感，将它们的运动机理和行为方式运用到对机器人运动机理和控制的研究中，这就是仿生学在机器人科学中的应用。 本文结合当前仿生机器人的研究现状与未来发展方向，以慧鱼机器人模型为平台制作对机械本体结构、传动系统，控制系统的软件编程进行了系统设计及介绍。现对研究和实验当中取得的主要成果总结如下： 1．通过对甲虫六条腿的结构与功能的研究，设计了六足仿生机器人的足的结构，实现了机器人的结构仿生。 2．在对仿生模型的结构仿生与运动仿生分析的基础上，确定了采用慧鱼ROBO接口板作为控制器。 3．利用慧鱼ROBO接口板实现了电机和微动的控制，从而对机器人进行运动控制。 4．根据三角步态原理，设计了前进、后退以及转弯等不同运动状态。并对机器人进行了运动分析，得出了一般的结论。 5．以慧鱼公司开发的编程软件：ROBO PRO，对机器人进行软件编程，使它按规定的路线运动，实现对其运动的控制。 本次毕业设计的目的和意义是综合运用大学四年里所学到的基础理论知识达到设计目的并提高自己分析问题和解决问题的能力，提高机械控制系统设计、操纵机构的设计能力及运用PRO/E设计软件的建模能力，并增强自身的动手能力与计算机编程能力。 本课题的研究前景十分广阔。例如，可以通过对海蟹的研究，进行仿生设计，制造出海陆两用的仿生机器人，建立基于环境适应行为的智能运动控制策略。在此基础上，为未来智能化近海两栖作战新概念武器结构设计与分析提供新方法。 对于跟踪国际先进军事技术，建立新型作战武器有重要意义。同时，开展对海的
工业机器人基础 实验指导书及试验报告 实验名称 系别 专业 班级 姓名 指导教师 年月日
仿生爬虫机器人实验 一、实验目的 多足爬行机器人是一种典型的仿生机器人。这类机器人使用多条腿交替地移动来完成爬行，通常采用仿生的结构和运动步态。在本实践中，我们将搭建一个较复杂的，每条腿都有2 个自由度，一共具有9个自由度（头部有 1 自由度）的仿生机械爬虫。 了解： 多足类仿生概念和进一步了解四足机器人运动步态规划的相关知识； 熟悉： 9 自由度的仿生机器爬虫； 掌握： 掌握“创意之星”机器人套件的搭建和装配技巧，尤其是如何使用螺栓、螺母 进行连接，如何提高组装机器人的结构刚度；在UP-MRcommander 软件中，熟悉舵机的控制，写入动作程序，让仿生机器爬虫运动起来； 二、“创意之星”实验设备介绍 “创意之星”结构件介绍 “创意之星”机器人套件提供了400 多个结构部件，其中包括以下几大类： 1）I 型结构件，共有4 种、40 个，都是白色，聚碳酸酯（PC）材质，结构特点是长条状，具有多个标准孔，零件边缘有加强肋。零件以大孔的数量命名。 2）L 型结构件，字母L 形状，共有6 种，54 个，都是白色，聚碳酸酯（PC）材质，结构特点是字母“L”状，具有多个标准孔，零件边缘内侧有加强肋。零件以两侧的大孔数量命名。 3）U 型结构件共有7 种，70 个，都是橙色，聚碳酸酯（PC）材质，结构特点是字母“U”状，具有多个标准孔，零件边缘内侧有加强肋。零件以三侧面的大孔数量命名。4）V 型结构件，共有2 种，20 个。白色，聚碳酸酯（PC）材质，结构特点是字母“V”状，具有多个标准孔，零件边缘内侧有加强肋。零件以两侧的大孔数量命名。 5）舵机支撑构件，共有2 种，20 个。白色，聚碳酸酯（PC）材质，结构特点是字母“V”状，具有多个标准孔： 以上各件依次如下图所示： 6）基础构件，共有3 种，4个； 7）机械手组件共有5 种，18 个。这部分零件是组装机械手爪专用的零件；
仿生机器人探秘 经过数十亿年的进化和自然选择，自然界的生物为人类的创新提供了天然的宝库，令人不得不惊叹大自然的鬼斧神工，感受到生命进化演变的魅力。 几千年来，人类从大自然的杰作里获得了取之不竭的灵感：鸽子滑翔在半空，工程师由此发明了木质自动平衡飞行器；看见黄蜂筑巢，四大发明之一的造纸术由此诞生；因模仿生物的结构和形态而获得优良性能的建筑和艺术品更是数不胜数。机器人未问世之前，人们除研究制造自动偶人外，对机械动物非常感兴趣，如传说诸葛亮制造木牛流马，现代计算机先驱巴贝吉设计的鸡与羊玩具，法国著名工程师鲍堪松制造的凫水的铁鸭子等，都非常有名。 如今的仿生学，不仅仅局限于传统机械、化学、建筑学等，而融入了很多现代元素，是一门生命科学、物质科学、数学与力学、信息科学、工程技术以及系统科学等学科的交叉学科。在过去的几十年，随着人类科学技术的高速发展，机器人专家借鉴了更多来自数学、力学、电子和计算机科学的知识。一方面,这种方法无疑整合了技术的基础学科使生产非常成功的产品成为可能,特别是在工业机器人领域。另一方面,它能够用来更好地认识机器和动物的差距，努力去缩小这种差距，使得机器人更加“人类化”。 仿生形态 文章首先介绍了仿生形态。一是对动物本身的生物形态和动作表现的运用，如娱乐产业的动画。二是运用了其与人类的交互功能：老人和孩子接受和喜爱仿生动物陪伴，它们不仅外形像宠物，有的还能够感知和应对人类情感，甚至能够生动地表达自己的情绪。这些人性化的机器人可以使面部表情,具有眼睛的眨动,头的摇晃,身体动作和姿势。它们用手臂和手，依靠在它们的衣服和皮肤上灵敏的触摸传感器，对可变压力做出反应，达成响应。 另一个活跃的研究领域是能够发挥重要作用的变形，科学家们在尝试使机器人可以根据内部或外部环境，动态重新配置他们的形态。生物的灵感来源于生物体,失去了附件还可以再生,像蜥蜴的尾巴,或从在发展阶段过渡,如形态形成两栖类的变化。感觉这个研究会用到一些拓扑学和流形的知识，令我非常感兴趣。