仿生机器人综述课件.ppt

1、 自然界在亿万年的演化过程中孕育了各种各样的生物, 每种生物都拥有神奇的特性与功能,能够在复杂多变的环境中生存下来。因此,人类通过研究、学习、模仿来复制和再造某些生物特性和功能,可以极大的提高人类对自然的适应和改造能力,产生巨大的社会经济效益。仿生学（仿生学（Bionics） 仿生学诞生于20世纪60年代, 是生物科学和工程技术相结合的一门边缘学科,通过学习、模仿、复制和再造生物系统的结构、功能、工作原理及控制机制,来改进现有的或创造新的机械、仪器、建筑和工艺过程。仿生建筑仿生交通工具仿生家俱、仿生机器人技术概述、仿生机器人技术概述 什么是仿生机器人（什么是仿生机器人（Bionic Robot

2、Bionic Robot）？）？ 仿生机器人是指自然界中生物的外形、运动原理或行为方式的系统，并且能从事生物特点工作的机器人； 仿生机器人特点仿生机器人特点： 1）机构较为复杂，大多为冗余自由度或超冗余自由度的机器人； 2）驱动方式通常采用绳索、人造肌肉或形状记忆合金，异于常规的关节型机器人采用的电机驱动等方式； 现代仿生学已经延伸到很多领域,机器人学是其主要的结合和应用领域之一,这方面的研究引起各国相关研究人员和专家的极大兴趣和关注,取得了大量可喜成果和积极进展。 空中仿生机器人空中仿生机器人 飞行机器人即具有自主导航能力的无人驾驶飞行器。美国机器蝇美国机器蝇 美国加州大学伯克利分校的研究小

3、组用了4年的时间基于仿生学原理制造出了世界上第一只能飞翔的机器苍蝇，其身高不到30mm,翼展25mm,翼振频率150Hz,重量只有100mg。 若在机器蝇身上安装许多传感器和微型摄像机，可广泛应用于环境监测，废墟救援以及军事间谍等领域。机器飞虫机器飞虫 图为美国哈佛大学微型机器人实验室设计的一种能扑打翅膀飞行的微型机器飞虫，其机翼张开仅为3厘米。 机器飞虫的振动机翼是仿照自然界昆虫翅膀的大小和振动频率用特殊方法制成的，它能检测分析多重压力，在翅膀以每秒超过100次的速率振动时，还能观察包围机翼的气流的变化。德国机器鸟德国机器鸟 左图为德国科技公司费斯托(FESTO)的科学家发明的一种叫做Sma

4、rtBird的机器鸟，它可以自主地启动、飞翔和降落，灵活程度可以和真正的鸟相媲美。 极简的用料和轻量的结构使得资源和能源的消耗降到最低。 陆地仿生机器人陆地仿生机器人仿人机器人仿人机器人 在仿人机器人领域，日本和美国的研究最为深入。日本方面侧重于外形仿真，美国则侧重用计算机模拟人脑的研究。国防科技大学也于2001年12月独立研制出了我国第一台仿人机器人。 左图为日本本田公司研制的仿人机器人ASIMO，是目前世界上最先进的仿人行走机器人。ASIMO身高1.3米，体重54公斤，它的行走速度是0-6km/h。最新版ASIMO，除具备了行走功能与各种人类肢体动作之外，更具备了人工智慧，可以预先设定动作

5、，还能依据人类的声音、手势等指令，来从事相应动作，此外，他还具备了基本的记忆与辨识能力。蛇形机器人蛇形机器人 蛇形机器人的运动方式是典型的无肢运动。 左上图是美国宇航局研究的用于火星探测的高柔性、高冗余性蛇形机器人第三代模型。其外形类似眼镜蛇，长而细，能够收缩、侧行、跳过低障碍物，它可以钻进火星的松散土壤中，并探测其他的机器人探测器无法到达的深度，还能滑进行星表面的裂缝中。 左下图是国防科技大学2001年研制的蛇形机器人。这条长1.2m,直径0.06m,重1. 8kg的机器蛇,能扭动身躯,在地上或草丛中婉蜒爬行,可前进、后退,拐弯和加速,最大前进速度可达每分钟20m,披上特制的“蛇皮”后还能像

6、蛇一样在水中游泳。 机器蜘蛛机器蜘蛛 左图为美国宇航局喷气推进实验室于2002年12月研制成功的机器蜘蛛Spider-pot。 该机器蜘蛛上装有一对可以用来探测障碍的天线，且拥有异常灵活的腿。它们能跨越障碍，攀登岩石，探访靠轮子滚动前进的机器人无法抵达的区域。机器蜘蛛一类微型仿生机器人非常适合勘探彗星、小行星等小型天体。在国际空间站上它们可以充当维护员，及时发现空气泄漏等意外故障。机器蛙机器蛙 在崎岖多障碍的外星表面，跳跃显然是一种理想的行动方式，在低重力环境下，跳跃更是一种高效使用能量的运动方式。左图为美国宇航局喷气推进实验室研制的机器蛙形状有点像青蛙，质量不超过1.3千克。 机器蛙腿的膝部

7、装有弹簧，能像青蛙那样先弯起腿，再一跃而起。蛙身装有小马达、传感器、照相机、小型电脑和太阳能电池极等部件。 水下仿生机器人水下仿生机器人 水下机器人又称为水下无人潜器，是一种工作于水下的极限作业机器人，能潜入水中代替人完成某些操作，又称潜水器。水下环境恶劣危险，人的潜水深度有限，所以水下机器人已成为开发海洋的重要工具。 机器鱼机器鱼 鱼类的高效、快速、机动灵活的水下推进方式吸引了国内外的科学家们从事仿生机器鱼的研究。 仿生机器鱼是一种按照鱼类游动的推进机理，利用机械、电子元器件或智能材料来实现水下推进的装置。美国、日本等国的科学家们研制出了各种类型的仿生机器鱼实验平台和原理样机。 英国埃塞克斯

8、大学的环境检测机器人 主要用于环境检测和绘制3D污染图 日本三菱开发的观赏机器鱼 北京航空航天大学研发的SPC-II机器鱼，已应用于水底考古探索仿生水母仿生水母 美国海军研究办公室最新研制一种“机器水母”，它可用于监测水面舰船和潜艇，探测化学溢出物，以及监控回游鱼类的动向。 仿生水母是一种模仿水母运动机理以及外形柔软的机器人。由生物感应记忆合金制成的细线连接，当这些金属细线被加热时，就会像肌肉组织一样收缩。 体积重量过大 平台承载能力不强 视觉研究不成熟 步行敏捷性不强 控制方法控制算法需要改进 供能续航问题 微型化 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； 仿生机器人的仿形 仿生机器人的外形与所模仿的生物的相似性 可重构机器人（模块化和可重组）； 实用性； 仿生机器人群（机器人生产线、无人作战机群）； 随着科技的发展,机器人应用越来越广泛。仿生机器人作为机器人家族中的重要成员,具有高度灵活性和柔性,还具有高度的易复制性,这就决定了仿生机器人在21世纪必将出现更多的种类,仿生机器人也将得到更深入的应用。