外文資料名稱：DesignofaBiomimeticSpinefortheHumanoidRobotRobota外文資料出處：IEEE/RAS-EMBSInternationalConferenceonBiomedicalRoboticsandBiomechatronicsPisa,Italy,February20-22,2006附件：1.外文資料翻譯譯文2.外文原文指導(dǎo)教師評語：簽名：年月日1仿生物脊柱的人形機(jī)器人Robota的設(shè)計洛倫佐,佛羅里特,安德里亞譚艷譯摘要：本文描述了有3個自由度的娃娃形的Robota機(jī)器人。這項(xiàng)工作強(qiáng)調(diào)人行機(jī)器人必須有人的外部特征和人機(jī)性能，其目的是為了提高人機(jī)的互動。設(shè)計一個仿人脊髓的機(jī)器人要滿足脊椎設(shè)計要符合能提供仿人形機(jī)器人能順利像人一樣前進(jìn)，側(cè)身彎曲。索引指出-仿生物脊柱，仿人形軀干1引言Robota項(xiàng)目設(shè)計了一系列的模仿具有人的特點(diǎn)的機(jī)器人12。自從1998以來，Robota設(shè)計部分是被用作研究孤獨(dú)癥孩子3，4。這些研究相比人類的特性可能在孤獨(dú)癥孩子興趣上有所相同。因此，表達(dá)人類的特征，機(jī)器人的身體特性和機(jī)器人的行為特征，在Robota的設(shè)計中有一個長期的關(guān)鍵約束。Robota當(dāng)前的模型，我們在這里(參見圖1)描述，將找到有關(guān)人類機(jī)器人作用在各種各樣的工作中的一項(xiàng)應(yīng)用，在我們的實(shí)驗(yàn)室里實(shí)施，參見56。在8中，我們提出一種機(jī)器人模型，其手臂有7個自由度，為了拓寬視野眼睛有3個自由度。在本文中我們介紹了有關(guān)節(jié)脊椎的機(jī)器人的近來發(fā)展情況，使其賦有與人類相似的運(yùn)動。我們在設(shè)計各階中都做了相關(guān)的報告，花費(fèi)了很多時間來設(shè)計解決方案。雖然在理論上可行，但在實(shí)踐中出現(xiàn)一些不符合實(shí)際的情況。盡管這比較罕見，我們相信文獻(xiàn)只趨向于對加工的最終模型進(jìn)行發(fā)表。在某些情況下，不能實(shí)行的解決方案也是有教育意義的，特別是這些方案在設(shè)計中被證明是錯誤的情況下。2產(chǎn)品現(xiàn)狀從越來越多的機(jī)器人研究來設(shè)計仿人機(jī)器人。但是，這些作品絕大多數(shù)遵循一個相對標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動方式來設(shè)計機(jī)器人的軀體。這樣的例子包括:本田機(jī)器人ASIMO9，索尼的Q-RIO10等。所有這些，一般有兩個自由度。而仿人機(jī)器人有3個自由度。但更多數(shù)的解決辦法遵循了仿生設(shè)計。比如，CLA和KENTA15、16機(jī)器人，是在東京大學(xué)開發(fā)的，它們提供兩個脊椎關(guān)節(jié)，模仿人體脊柱。人脊椎有重疊的24個腰椎。每個椎骨之間是一種減振器，不斷與骨頭相碰，每個椎骨由其持有的韌帶群。脊柱關(guān)節(jié)也稱為節(jié)點(diǎn)，椎關(guān)節(jié)連結(jié)在一起，使他們之間有靈活性。2平均運(yùn)動范圍有正負(fù)30度的屈伸，正負(fù)40度收展和30度的旋轉(zhuǎn)。圖1ROBORTA目前機(jī)樣圖2老師在演示有彎曲軀干的仿人機(jī)器人KENTA機(jī)器人的脊椎骨由10個節(jié)點(diǎn)3自由度關(guān)節(jié)組成，大體模仿人體的脊椎椎體。40個驅(qū)動器用來驅(qū)動控制脊柱(見15)。CLA機(jī)器人，脊椎關(guān)節(jié)靈活分為五層，他們隔著一層橡膠。杳與脊柱的天然橡膠的彈性變形約束和預(yù)處理一個側(cè)面，這種平衡點(diǎn)就在于垂直直線位置。8個電纜與驅(qū)動器之間有筋鎖骨和骨盆將整個脊椎連在一起(見15)。而這些在許多方面都是最好的腰桿設(shè)計，Robota適合小型機(jī)器人并不需要太多的驅(qū)動和身體的。這里也存在其他機(jī)器人，這些機(jī)器人不具有人的特點(diǎn)，例如克萊姆森大學(xué)17的各種各樣象蛇一樣的機(jī)器人的軀干(例如18，19)，這些提供有趣的解決辦法?？巳R姆森大學(xué)的大象的軀干用二自由度關(guān)節(jié)將磁盤驅(qū)動連在一起。這些磁盤驅(qū)動用電纜來驅(qū)動系統(tǒng)主干。在兩盤之間，當(dāng)軀干在一個筆直的位置中時共有4個彈簧創(chuàng)造一個平衡點(diǎn)。像蛇一樣的機(jī)器人在上面用氣動的泵驅(qū)使。機(jī)器人18的圓盤驅(qū)動每個之間由三個氣動組成。Omnitread機(jī)器人19，通過各支柱控制其不同的部分。兩個部分之間，有一個氣動和2個自由度聯(lián)合。這些機(jī)器人提供有趣味解決方案，尤其是在其驅(qū)動系統(tǒng)。然而，這些機(jī)器人被用來水平地支持一種低的裝載的結(jié)構(gòu)，因而，它們的脊梁像兩條腿一樣站立，具有人的特點(diǎn)的機(jī)器人，不被用來在高的壓縮下面工作。3圖5用萬向壓縮彈簧連接兩椎體保證其穩(wěn)定圖6用萬向壓縮彈簧連接兩椎體保證其穩(wěn)定3機(jī)械設(shè)計Robota工程的設(shè)計涉及了一系列多自由度娃娃型仿人形機(jī)器人，身體特征相似人類嬰兒。Robota的項(xiàng)目是機(jī)器人研究的一個潮流，強(qiáng)調(diào)需要一些機(jī)器人承擔(dān)人類的身體特征和容貌，以及其提案提高人體運(yùn)動學(xué)功能增強(qiáng)了人機(jī)間的互動。例如:20，21，22，23。如上面所說使用Robota機(jī)器人作為研究與兒童孤獨(dú)癥3有多項(xiàng)限制，其設(shè)計包括其規(guī)模小，重量輕，其特點(diǎn)是成本低，熟悉和審美。為了保證Robota機(jī)器人的整體美感，我們采取了參考的平均尺寸60公分的商業(yè)玩具，（見圖3）最大重量4千克。這些限制都被用作設(shè)計Robota模型，例:7個自由度手臂、3個自由度的眼睛和3個頸部自由度8，24。設(shè)計脊椎骨有下列條件被限制:1)脊椎必須足以支持負(fù)重達(dá)近2千克(見圖12)。2)脊椎骨必須足以滿足小，圓柱體直徑120毫米、高210毫米。3)重量不得超過1.2千克。4)驅(qū)動最多三個馬達(dá)，廉價和易于控制的一種控制器(袖珍型)。5)脊柱彎曲必須能夠提供每個方向角度正負(fù)40度。盡管有幾種人形脊椎的機(jī)器人，見15，16并已經(jīng)介紹，但沒有適合上列因素