仿生机器人课件.ppt

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1、机器人引论第8章仿生机器人第8章仿生机器人8.1仿生机器人的特点8.2仿生机器人的研究概述8.3仿生机器鱼8.4四足仿生机器人8.1仿生机器人的特点仿生机器人是近十几年来出现的新型机器人。它的思想来源于仿生学，其目的是研制出具有动物某些特征的机器人。仿生机器人是仿生学的先进技术与机器人领域的各种应用的最佳结合。仿生机器人是机器人发展的最高阶段，它既是机器人研究的最初目的，也是机器人发展的最终目标之一。机器人分为第零代原始机器人，第一代示教(工业)机器人，第二代感知(遥控)机器人，第三代智能机器人和第四代仿

2、生机器人。8.2仿生机器人的研究慨述8.2.1研究现状1飞行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。其飞行原理分为：固定翼飞行、旋翼飞行和扑翼飞行。固定翼技术已经成熟，但其翼展在200mm以下时不足以产生足够的升力。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，故被称为“人工昆虫”。目前对飞行运动进行仿生研究的国家主要是美国，剑桥大学和多伦多大学也在开展相关方面的研究工作。图2是美国加州大学伯克利分校的研究小组用了4年的时间，基于仿生学原理制造出的世界上第一

3、只能飞翔的“机器苍蝇”。机械苍蝇2陆地仿生机器人机械蜘蛛：美国宇航局(NASA)喷气推进实验室于2002年12月研制成功的机器蜘蛛Spider-pot，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。壁虎机器人：目前世界上关于仿壁虎机器人的研制还处在初步阶段，真正实现类似壁虎的全空间无障碍运动的机器人还需要时间。机械蜘蛛壁虎机器人：加州大学伯克利分校RobertFull等人研制的能在干燥环境下实现壁面爬行的仿壁虎机器人的样机3水下仿生

4、机器人水下机器人又称为水下无人潜器，分为遥控、半自治及自治型。水下机器人是典型的军民两用技术，不仅可用于海上资源的勘探和开发，而且在海战中也有不可替代的作用。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。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。国内的中科院自动化研究所和北京航空航天大学等单位已研制了机器鱼样机。基于鲹科模型的“游龙”系列机械鱼8.2.2仿生机器人关键技术问题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

5、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。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机构设计问题生物的形态经过千百

6、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。8.2.3仿生机器人发展趋势特种仿生机器人微型化仿生机器人仿形仿生机器人生物仿生机器人8.3仿生机器鱼8.3.1鱼类推进理

7、论1鱼类形态描述下图给出了常用的描述鱼体形态的术语。鱼体通常为纺锤形体或扁平形流线体，可以极大的减小形体阻力。鳍对大多数鱼类的游动能力起到决定性的作用，一般来讲，尾鳍提供前向游动的主要动力，中间鳍起平衡作用，而对鳍主要起到转弯和平衡的作用。2鱼类游动方式分类喷射式：乌贼、鱿鱼、水母等依照身体躯干的特殊构造，它们由身体内部的特殊部位向后挤压水流产生后向推力，利用动量守恒原理推动身体前进。BCF(Bodyand/orCaudalFin)推进方式：这种推进方式也被称作尾鳍摆动式。又可分为鳗行式(Anguilli

8、form)，鳟行式(Carangiform)和鲉行式(Thunniform)。它们的显著特点是主要利用鱼的身体后半段和尾鳍协调摆动前进。MPF(Medianand/orPairedFin)推进方式：它主要是利用除了尾鳍之外的一些鱼鳍划动向前推进，如胸鳍、腹鳍、臀鳍、背鳍等。这类鱼较少，大多数的鱼类只是利用这些鳍来保持平衡和控制转向。BCF推进方式(a)鳗行式(b)鳟行式(c)鲉行式(c)鲉行式：又称鲹科结合新月形尾鳍模式，鱼类