机器人仿生学研究综述

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1、第uw卷第u期机器人∂²¯quwo²quΡΟΒΟΤussu年v月¤µ¦«oussu文章编号}tssu2swwykussulsu2st{{2sxΞ机器人仿生学研究综述张秀丽郑浩峻陈恳段广洪k清华大学精密仪器与机械学系北京tsss{wl摘要}机器人仿生学是从仿生的角度对机器人进行研究o是机器人领域的重要分支q本文从结构仿生o材料仿生o功能仿生o控制仿生o群体仿生五个方面o归纳和评述了国内外机器人仿生学的研究现状!特点!主要成果以及发展趋势q关键词}机器人~仿生学~中心模式发生器~行为主义~演化硬件中图分类号}×°uw文献标识码}ΡΕΣΕΑΡΧΗΟ

2、ΝΡΟΒΟΤΙΧΒΙΟΝΙΧΣ÷¬∏2¯¬∞¤²2∏±≤∞¨±∏¤±ª2«²±ªkΔεπαρτμεντοφΠρεχισιονΙνστρυμεντσανδΜεχηανολογψoΤσινγηυαΥνιϖερσιτψoΒειϕινγtsss{wlΑβστραχτ}׫¨µ²¥²·¬¦¥¬²±¬¦¶µ¨¶¨¤µ¦«¨¶²±µ²¥²·¬¦¶©µ²°·«¨√¬¨º²©¥¬²±¬¦¶q·¬¶¤±¬°³²µ·¤±·¥µ¤±¦«¬±·«¨µ²¥²·¬¦¶©¬¨¯§q׫¬¶³¤³¨µ¶∏°°¤µ¬½¨§·«¨µ¨¶¨¤µ¦«¬±ª¶·¤·∏¶¤±§§¨√¨¯

3、²³°¨±·§¬µ¨¦·¬²±©µ²°¥¬²±¬¦¶·µ∏¦·∏µ¨o¥¬²2°¤·¨µ¬¤¯¶o¥¬²±¬¦¦²±·µ²¯¤¯ª²µ¬·«°o©∏±¦·¬²±¤¯¥¬²±¬¦¶¤±§¶²¦¬¤¯¥¬²±¬¦¶¤¯¯²√¨µ·«¨º²µ¯§qΚεψωορδσ}µ²¥²·o¥¬²±¬¦¶o≤°o¥¨«¤√¬²µ¬¶°o¨√²¯∏·¬²±«¤µ§º¤µ¨1引言kΙντροδυχτιονl2结构仿生kΒιονιχστρυχτυρεl自然界在亿万年的演化过程中孕育了各种各样结构仿生是通过研究生物肌体的构造o建造类的生物o每种生物都拥有神奇的特性与功能

4、o能够在似生物体或其中一部分的机械装置o通过结构相似复杂多变的环境中生存下来q因此o通过研究!学习!实现功能相近q模仿来复制和再造某些生物特性和功能o将极大的2q1海洋动物仿生))独特的形体结构和运动方提高人类对自然的适应和改造能力o产生巨大的社式会经济效益qus世纪ys年代初诞生的仿生学k¬²±2海洋动物的形体几何参数!组织系统形态及皮¬¦¶lo是生物科学和工程技术相结合的一门边缘学肤构造机理符合流体动力学特性o能很好的适应水科o通过学习!模仿!复制和再造生物系统的结构!功生环境q如鱼类具有流线型轮廓o可以减少运动时水能!工作原理及控制机制

5、o来改进现有的或创造新的流对身体的阻力~鱼类直线前进的速度虽然远逊于机械!仪器!建筑和工艺过程q现代仿生学已经延伸螺旋桨驱动的船只o但它们的急转和起动速度却无到很多领域o机器人学是其主要的结合和应用领域与伦比o转弯空间不到身体长度的一半o且具有高速之一o这方面的研究引起各国相关研究人员和专家高效!高机动性!低噪声等优点q鱼类常见的推进方的极大兴趣和关注o取得了大量可喜成果和积极进式有两种}tl尾鳍或身体摆动o波动推进~ul胸鳍摆展≈t o可归纳为机器人的结构仿生!材料仿生!功能仿动o划动前进q基于尾鳍推进的仿鱼形机器人有约生!控制仿生以及群体

6、仿生五个方面o本文从这五个翰q库普等制造的机器金枪鱼×∏±¤和机器梭鱼方面总结和评述了国内外机器人仿生学的研究现°¬®¨!梁建宏研制的机器鱼²¥²©¬¶«等q这三种机器状!特点!主要成果以及发展趋势q人均具有多关节鱼身o通过伺服电机驱动各关节o实现躯体摆动q基于胸鳍推进的鱼形机器人有q¤·²Ξ收稿日期}usstpsypus第uw卷第u期张秀丽等}机器人仿生学研究综述t{

7、等研制的仿鲈鱼机器人和ײ¶«¬²ƒq提出的微型水主动适应环境的能力q¨¬·«等用w自由度的机器人下浮游机器人q这种机器人通过胸鳍动作o可以实现模块/²¯¨¦∏¯¨0o作为自

8、重构机器人的构建单元o可前进≈u ≈ts !后退以及在水平面和垂直面的盘旋及转向q以实现机器人的三维移动和变形qq≤«¬µ¬®¬¤±提海豚!海龟等动物o身体具有柔性o能够通过骨出的/多细胞机器人变形系统0o由y根等长杆构成架及充气的肺部的变形o使身体形状!截面发生变平面闭环机构o通过各杆位置的变化实现机构整体化o改变水流对身体作用力的方向~它们的皮肤为层变形q清华大学的郑浩峻利用拓扑图!分枝树等数学状分布o身体中段弹性小o尾部弹性大~皮肤表层的工具o从理论上深入研究了自重构机器人的可重组特殊物质≈tt o使皮肤与水的边界发生层化o减小了水的性

9、o并构造了模块机器人样机q阻力q¤¥¨±®²∂q∂q等模仿海洋动物特殊的结构和2q4人体仿生))高度灵活性和功能复杂性表面层特性o制造了多功能水下无人机器人o这个机