仿生机器人-林乐天仿生机器人

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1、仿生机器人漫谈（上）报告人：林乐天机器昆虫机器蜥蜴结论主要内容2/18机器昆虫机器爬虫机器蛇机器狗机器鱼人形机器人仿生机器人自然界亿万年演化中产生了各种各样的生物，每种动物都有神奇的特性和功能，确保能够生存下来。通过学习、模仿和再造这些动物的结构和功能，能产生巨大社会效益，于是诞生了仿生学，也就有了仿生机器人。Acrobot!3/18机器昆虫自古人类便向往着像鸟那样扑打着翅膀无拘无束地飞翔，于是有的人给自己的双臂绑上了羽毛，然后纵身从悬崖边上跳下去……今天，虽然人类在飞行器的制造上已取得了巨大的进步，但依然没有忘记扑翼飞行方

2、式，因为这种飞行方式有其独到之处。飞行器假想图达芬奇设计的飞行器4/18机器昆虫有翼飞行器固定翼旋翼扑翼扑翼式优点：可在原地或小场地垂直起飞。好的机动性能和悬停性能。举升、悬停、推进功能集中于扑翼系统。能量利用效率高。（翼展<15cm）军事5机器昆虫发展：古代假想图近代概念图现代实物图MFI，1998，(0.1g)加州伯克利Entomopter，2000，(50g)佐治亚理工Microbat，1998，AeroVironment公司和加州大学联合研制DelFly，2008，(3g)代尔夫特技术大学(TUDelft)6/18机

3、器昆虫昆虫机器人翼的形式：动力的产生：伯努利方程：P1V1=P2V2鸟类：内翼→升力外翼→前进力利用扑动产生的额外空气动力效应→尾涡→大雁排队？扑翼不对称昆虫：体型小、重量轻、飞行环境多样，但飞行推进力大，机动性远远好于鸟类，因此其飞行机理比鸟类复杂得多。1.扭转和翻转2.可改变翅的弯度3.改变翅的面积4.扑翼不对称升力=(P1-P2)×面积三角翅形刚性骨架柔性薄膜三角锯齿型弹性薄膜型上下表面不同流动特性的仿生翼7驱动方式：静电致动胸腔式机构：利用静电力悬臂梁式压电双晶片：利用逆压电效应人工肌肉：利用聚合胶体的受激特性为弹性

4、机构、无滑动摩擦能利用腔体共振、效率高为弹性机构、无滑动摩擦损耗小、能量密度高为弹性机构、无滑动摩擦损耗小、能量密度高高动力重量比机器昆虫8/18机器昆虫1998年5月，美国的加州大学伯克利分校启动了微观结构飞行昆虫计划，简称MFI。该计划旨在设计一种25mm长的可持续飞行设备。经过长达3年的对昆虫飞行的空气动力学分析及机构设计，设计小组于2001年制作出样机，并进行了一系列实验，这些实验证明了该设计方案的可行性。目前，该组正在进行飞行器的稳定飞行研究。MFI示意图仿真翼机构9/18一些参数：单翼最大升力：1000uN（27

5、5Hz）机身长：25mm翼展：8mm总重：0.1g功率：10mW传感器：“复眼”：用四个摄像头进行空间定位压电传感器：测量材料弯曲度机器昆虫位置机器昆虫振翼频率及幅度机器昆虫10/18机器昆虫进一步发展：未来模型制作人畅想仿真影像机器蜻蜓：2007年1月，美国的SeanFrawley和DanGetz向公众展示了他们发明的机器蜻蜓玩具，当时他们才上大学。这款机器蜻蜓是历史上首款扑翼飞行器玩具。它一次充电可飞行5-15分钟，最快速度为5m/s。11机器昆虫问题与设想：现阶段的昆虫机器人都是手动遥控的，未来势必会朝着自动驾驶方向发

6、展。现阶段实验基本是在无风或风速很小的情况下完成的，而真实的大气情况是十分复杂多变的，具有很强的非线。考虑到昆虫机器人的质量很小，风的干扰很大，所以需要与强鲁棒性控制器相结合。能量补充和节约是关键。12/18机器蜥蜴2009年，美国佐治亚理工大学的DanielGoldman领导的科研小组设计出一种机器蜥蜴。它可以像生活在沙漠中的环尾蜥蜴在稀松的沙地上健步如飞，而不会陷下去。SandBot实物图SandBot系统示意图13/18机器蜥蜴项目起源：六足机器人最早产生于上世纪70年代，由RobertMcGhee研制。其后MarcR

7、aibert对其进行了改进，使其奔跑速度大大提升。1999年，McGillBuehler和Koditschek领导的小组制作了RHex，使机器人奔跑能力大大提升。不利用智能规避障碍，而是直接通过。RHex实物图使腿远离重心，更平稳改直爪为弯爪能通过各种路况实用主义的结果：14/18机器蜥蜴大部分路况可以顺利通过，但对于沙地一直无法很好解决。难题求助于仿生学环尾蜥蜴鬼蟹建立的实验场1观察蜥蜴步态90Kg沙子15机器蜥蜴2建模沙地的建模非常困难，随机性很大。小组对沙地的建模似乎最终没派上什麽用场，但发了N篇论文~~(小组中好几个

8、是搞物理的)3构建实物基本采用RHex的结构，同一时刻有三只脚着地。采用RiSEBus总线，对六个驱动电路分时控制。4实物实验硬沙不前进软沙前进16主要影响因素：沙质软硬程度步态机器蜥蜴速度切换角不同展望与感受：可加入控制算法，能够针对不同沙质调整步态。问题似乎并不大，但研究的很深。由此衍