仿生机器蟹前肢结构设计及强度评估开题报告

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1、毕业设计（论文）材料之二（2）本科毕业设计(论文)开题报告题目：仿生机器蟹前肢结构设计及强度评估BionicCrabForelimbStructuralDesignandStrengthAssessment课题类型：设计■实验研究□论文□学生姓名：黄仁仲学号：3100101340专业班级：机制103学院：机械与汽车工程学院指导教师：韦山开题时间：2014.3.72014年3月7日一、研究意义、研究现状和发展趋势1960年美国第一届仿生学会议上“仿生学”一词被提出，从此仿生学在机械方面的应用就再未停止过

2、，并融合发展成为仿生机械学。仿生机械学是模仿生物的形态、结构和控制原理，设计制造功能更集中、效率更高并具有生物特征的机械学科。而仿生机器人由于能够适应非结构化的未知工作环境，可执行复杂精巧的高难度任务，以及其高精度、高灵活性、高可靠性、高鲁棒性、高智能性等优点，使其成为现代社会高科技发展中不可或缺的一个重要学科方向，并且由于能制造出在结构、功能、材料、控制、能耗等诸多方面相对更加合理的机械系统，仿生机械学正越来越受到重视。随着国际政治格局、战争形式的变化，在军事侦察、战场攻击、反恐防爆等领域需要大量的

3、无人作战武器；随着人类探索太空，建设航天站、抢险救灾等不适合由人来承担的任务的增加，越来越需要相应的可以代替人类执行任务的机器人，同时新的需求和任务也对机器人的性能提出了更高要求。在国际上,关于仿生机器人的研究，美国、日本和德国走在前列，此外，英国、瑞典以及澳大利亚等国也都在此领域有深入的技术研究。美国国防高级研究项目代(DefenseAdvancedResearchprojectsAgency,DARPA)资助了很多以军用目标为背景的多足仿生机器人研究项目。为了对付岸边的水雷，美国罗克威尔公司及IS

4、机器人公司在DARPA资助下研制了一种名叫“水下自主行走装置”(AutonomousLeggedUnderwaterVehicle，ALUV)的机器人，又叫做“羚羊”。如图1-1所示。它是仿造蟹的外形制造的，它抗撞击，电子部件全部包在防水的体腔中，每条足有两个自由度，决定了它具有两栖运动性能。这种机器蟹可以隐藏在海浪下面，在水中行走，迅速通过岸边的浪区。当风浪太大时，它可以将脚埋入泥沙中，通过振动，甚至可将整个身子都隐藏在泥沙中。ALVU长约56厘米，重10.4公斤，包括一个3.17公斤重的压载物。为

5、了携带传感器，它的脚比较大，便于发现目标。当它遇到水雷时，就把它抓住，然后等待近海登陆艇上的控制中心的命令。一旦收到信号，机器人就会自动爆炸，同时引爆水雷。技术人员还准备使机器蟹之间可以进行通信联络，从而提高扫雷的效率。图1-1仿生机器蟹“羚羊”在DARPA资助下，美国海军与马萨产品公司和波士顿的东北大学联合进行的一项研究，针对有海流和涌浪的浅水区域的清除水雷作业而设计仿龙虾的多足步行机器人。该机器龙虾能在海底进行水雷搜索和引爆的作业。机器龙虾是一种八足水下步行机器人。如图1-2所示。它包括4×8英寸

6、的壳体，壳体由8条3自由度腿驱动，能够浮游与爬行，头部装有2个钳子，起到液动控制舵的作用，尾部伸出8英寸长的水流动力控制平面来保持稳定。机器龙虾靠8条腿行走，每条腿以3个关节为基础进行基本的动作，关节的动作采用肌肉型驱动器(用形状记忆合金镍钦诺做成的力可恢复型人造肌肉)，采用基于神经元环路的控制器来控制。该控制器采用了一套决定机器龙虾行为的行为库，行为库是基于围绕决定机器龙虾行动的一组状态变量而组织的命令。同时它也能承载用于销毁水雷的传感器和少量炸药。图1-2机器龙虾德国的FraunhoferInst

7、itutAntonomeintelligenteSysteme(Ais)也在美国DARPA的资助下进行该方面的研究。他们研制的是一种以蝎子为生物原型的八足仿生步行机器人“SCORPION”，机器人总长52cm，宽40cm，高23cm，总重(包括3.8Ah的蓄电池以及通讯设备和传感器)12.5kg。每一条足为3关节，每个关节由6W的24V直流电机通过大传动比齿轮副驱动。“SCORPION”采用CPG与反射方式相结合的运动生成模式，能够实现狭小环境中的多向行走功能。美国麻省理工学院研制出一种仿昆虫的多足步

8、行机器人—“埃尔玛”，它是一种形似蝗虫的智能多脑机器人。它的特点在于能够由感应的信息直接导致类似人类条件反射活动的反应。它的每条腿上都有自己独立的人造神经系统，它的智力水平与昆虫大致相当，它是目前世界上步行智能机器人中最先进的。国内对多足步行机器人的研究是在上个世纪八十年代末九十年代初起步的。北京航空航天大学于上个世纪九十年代初研制过一台仿牲畜的四足步行机器人，它采用液压驱动，每条足有二个自由度，总重约二吨。中国科学院沈阳自动化研究所与长春光机所于198