仿生機器人的研究綜述

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1、仿生機器人的研究綜述摘?要:介紹了國內外仿生機器人的最新發(fā)展動態(tài)。歸納和闡述了各種類型仿生機器人的特點及研究成果,分析了仿生機器人的發(fā)展趨勢。關鍵詞:仿生機器人;研究成果;發(fā)展趨勢機器人一詞的出現(xiàn)和世界上第一臺工業(yè)機器人的問世都是近幾十年的事。然而人們對機器人的幻想與追求卻已有3000多年的歷史。人類希望制造一種像人一樣的機器,以便代替人類完成各種工作。西周時期,中國的能工巧匠偃師就研制出了能歌善舞的伶人,這是中國最早記載的機器人,體現(xiàn)了中國勞動人民的聰明智慧。1738年,法國天才技師杰克#戴#瓦克遜

2、發(fā)明了一只機器鴨,它會嘎嘎叫,會游泳和喝水,還會進食和排泄。瓦克遜的本意是想把生物的功能加以機械化而進行醫(yī)學上的分析。1893年摩爾制造了/蒸汽人0,/蒸汽人0靠蒸汽驅動雙腿沿圓周走動。進入20世紀后,機器人的研究與開發(fā)得到了更多人的關心與支持,一些適用化的機器人相繼問世,1927年美國西屋公司工程師溫茲利制造了第一個機器人/電報箱0,并在紐約舉行的世界博覽會上展出。1959年第一臺工業(yè)機器人(可編程、圓坐標)在美國誕生,開創(chuàng)了機器人發(fā)展的新紀元。隨著計算機技術和人工智能技術的飛速發(fā)展,使機器人在功能

3、和技術層次上有了很大的提高,移動機器人和機器人的視覺和觸覺等技術就是典型的代表。由于這些技術的發(fā)展,推動了機器人概念的延伸。20世紀,將具有感覺、思考、決策和動作能力的系統(tǒng)稱為智能機器人,這是一個概括的、含義廣泛的概念。這一概念不但指導了機器人技術的研究和應用,而且又賦予了機器人技術向深廣發(fā)展的巨大空間,地面機器人、微小型機器人、水下機器人、空中機器人等各種用途的機器人相繼問世,許多夢想成為了現(xiàn)實。仿生機器人是指模仿生物、從事生物特點工作的機器人。仿生機器人是機器人技術領域中一個新興的發(fā)展分支,是當前

4、機器人領域的研究熱點。過去、現(xiàn)在甚至未來,對仿生機器人的研究,都是多方面的。近些年,國內外有諸多學者開始對仿生機器人進行深入細致的研究。仿生機器人的種類有很多種,有天上飛的,地上走的,甚至還有水里游的。而地上走的,根據行走方式的不同,還可以分為跳躍機器人、輪式機器人、足式機器人以及爬行機器人等。下面,筆者將具體描述各類型機器人的發(fā)展現(xiàn)狀及成果。1?仿生機器人的研究現(xiàn)狀1.1?跳躍機器人仿生跳躍機器人涉及仿生學、機械學和控制學等多學科交叉,具有許多目前科技發(fā)展水平難以逾越的技術難點,研制難度大。對這種機

5、器人進行研究的最初目的是模擬袋鼠、麻雀等動物的骨骼機構和運動方法。隨著對這種機器人研究的深入,這種技術可以被用來研究運動員的跳高、跳遠、跳水、蹦床和體操等運動,從而提高運動員的成績。此外,在星際探索中,由于月球與火星表面重力加速度大大低于地球,跳躍機器人可以越過數倍甚至數十倍于自身尺寸的障礙物,因此在外星探索中有著廣泛的應用前景。越障是跳躍機器人的一個主要功能,目前,國內外對機器人越障性能方面的研究較少。近年來,機器人研究者們正試圖研制能夠很好地體現(xiàn)動物運動原理的機構模型,目前除了Raibert和Ze

6、glin共同研制的Uniroo以及Hyon研制的Kenken能夠成功跳躍以外,還沒發(fā)現(xiàn)有其它成功案例。1.2?足式機器人步足式仿生機器人是機器人研究領域最先研究的對象之一,近十幾年,隨著計算機等硬件設備的發(fā)展和設計領域的創(chuàng)新,各國對足式機器人的研究明顯增多。足式步行機器人可以在不平坦、未知的環(huán)境中行走,并承擔某些危險工作,且動作敏捷、適應能力強,可以高度自主自治。因此,多足步行機器人在軍事、航天、工業(yè)等領域都有廣泛的應用前景。多足步行機器人不僅具有獨立行走、承載等功能,在到達目的地后,每條腿還可以作為

7、機械手臂進行相關操作。地球上近一半的地面不能為傳統(tǒng)的輪式或履帶車輛所到達,而多足式動物卻可以在這些地面上行走。足式步行機器人的研究已成為機器人學中一個引人注目的熱點。由于足式機器人的立足點是離散的點,可以在可能到達的地面上選擇最優(yōu)的支撐點,足式機器人對崎嶇路面也具有很好的適應能力,因此足式機器人受到各國研究人員的普遍重視。各國先后有許多典型的足式試驗機器人先后問世,比較著名的是日本東京工業(yè)大學的泰坦?型,德國的四足機器人BISAM,上海交通大學的四足機器人JTUWM-ó,華中科技大學研發(fā)的/4+20多

8、足步行機器人。很多學者在仿人機器人雙足動步行方面也做了大量研究工作。如:早稻田大學的/WABIAN0、東京大學的H6和H7、本田公司的P系列和ASIMO。為了獲得足式移動機器人的最大移動靈活性和環(huán)境適應性,Dr.Wu和Pro.fFukuda在2000年首次提出并研制了一種具有包括雙足步行、四足步行在內的多種移動方式的/類人猿型機器人0,并且研究了步行方式的轉換運動控制問題。2002年,SONY公司在開發(fā)出的四足玩具機器人/AIBO0基礎上,研制了具有雙足