1、仿生感知與先進(jìn)機(jī)器人技術(shù)機(jī)電工程學(xué)院機(jī)電控制及自動化系1第第1 1章章 仿生學(xué)系統(tǒng)概論仿生學(xué)系統(tǒng)概論仿生機(jī)械學(xué)的含義仿生機(jī)械學(xué)的研究動向機(jī)器人技術(shù)概述機(jī)器人的發(fā)展2一、仿生機(jī)械學(xué)的含義仿生學(xué)：模仿生物系統(tǒng)的原理以建造技術(shù)系統(tǒng)，或者使人造技術(shù)系統(tǒng)具有生物系統(tǒng)特征或類似特征的科學(xué)。仿生學(xué)(bionics)這一名詞是由生物學(xué)(biology)和電子學(xué)electronics)結(jié)合而產(chǎn)生的新名詞，實際上它是源出于希臘語中表示生命單位的bion一詞。3仿生學(xué)的研究對象研究生命的結(jié)構(gòu)、能量轉(zhuǎn)換和信息流動的過程，并利用電子、機(jī)械技術(shù)對這些過程進(jìn)行模擬，從而改善現(xiàn)有的和創(chuàng)造出嶄新的現(xiàn)代技術(shù)裝置。仿生學(xué)已成為現(xiàn)代

2、技術(shù)發(fā)明的重要途徑之一。“生物原型，新技術(shù)的鑰匙”這句著名格言，恰當(dāng)?shù)孛枋隽爽F(xiàn)代創(chuàng)造發(fā)明的這一重要途徑。4生活中生活中的的仿生學(xué)仿生學(xué)鳳蓬草鳳蓬草 輪子輪子 魚尾魚尾 船櫓船櫓 人眼晶狀體人眼晶狀體 透鏡透鏡 生物電生物電 電池電池 鳥鳥 飛機(jī)飛機(jī)56例如，人的細(xì)胞有例如，人的細(xì)胞有100150億個神經(jīng)元，但億個神經(jīng)元，但每小時約有每小時約有1000個神經(jīng)元發(fā)生障礙，一年之個神經(jīng)元發(fā)生障礙，一年之內(nèi)就差不多有內(nèi)就差不多有900萬個神經(jīng)元喪失機(jī)能。然萬個神經(jīng)元喪失機(jī)能。然而，令人驚嘆的是，大腦并沒有因此而喪失而，令人驚嘆的是，大腦并沒有因此而喪失其各種機(jī)能。可是，電子計算機(jī)卻不行，只其各種機(jī)能。

3、可是，電子計算機(jī)卻不行，只要其中任何一個元件損壞或發(fā)生故障，便會要其中任何一個元件損壞或發(fā)生故障，便會影響整個系統(tǒng)的工作性能。極而言之，在許影響整個系統(tǒng)的工作性能。極而言之，在許多方面，電子計算機(jī)甚至不及昆蟲的區(qū)區(qū)之多方面，電子計算機(jī)甚至不及昆蟲的區(qū)區(qū)之腦。螳螂能在腦。螳螂能在0.05秒的一瞬間，計算出飛掠秒的一瞬間，計算出飛掠眼前的小昆蟲的速度、方向和距離，這是大眼前的小昆蟲的速度、方向和距離，這是大型電子跟蹤系統(tǒng)所望塵莫及的。型電子跟蹤系統(tǒng)所望塵莫及的。仿生學(xué)的研究通過對人腦機(jī)制(欲望、感情、睡眠、學(xué)習(xí)和記憶等)的研究，出現(xiàn)了利用計算機(jī)的教育系統(tǒng)、人工神經(jīng)元、電子腦，制造與人腦能力相同的信

4、息處理系統(tǒng)人工腦通過研究生物眼模型和視覺機(jī)制(如人眼、蛙眼、貓眼、鷹眼和蟹眼等)，研制視網(wǎng)膜、文字讀取裝置、盲人假眼及應(yīng)用于機(jī)器人的人工眼；通過對生物聽覺模型和機(jī)制的研究(如人耳、蝙蝠和海豚、鯨魚等的聽覺器官)，開發(fā)了精密雷達(dá)、水中聲納和聲音識別裝置等；通過研究有關(guān)肌肉收縮的物理化學(xué)機(jī)制及其在運(yùn)動神經(jīng)指揮下的動作機(jī)制，研制了人工肌肉、電子假手、機(jī)械手、人力放大器、自動機(jī)，并在這基礎(chǔ)上制造接近人類智能的機(jī)械等。7在科技史上，借助生物獲得發(fā)明創(chuàng)造的例子不勝枚舉青蛙的眼睛跟蹤導(dǎo)彈的“電子蛙眼”；烏龜殼小提琴； 企鵝 越野汽車；蜂鳥 直升飛機(jī)；魚鰓 人造魚鰓吸氧器；蛇的紅外線定位器-夜視鏡；螢火蟲冷光

5、源；云杉圓錐形電視塔；袋鼠“跳躍式”極地汽車；蚊子測向器；水母風(fēng)暴預(yù)警器； 沙蟹制圖機(jī)；鱷魚眼淚-海水淡化器；鯨魚脊背-水下破冰船等等；草履蟲帶幾千只小螺旋槳的潛水艇。89實際上它是一門涉及廣闊領(lǐng)域的綜合性的邊緣學(xué)科，若以電子學(xué)為中心來考慮，就構(gòu)成仿生電子學(xué)(bioelectronics)，若以機(jī)械學(xué)為中心來考慮，則構(gòu)成了仿生機(jī)械學(xué)(biomechanisms)。仿生機(jī)械從其構(gòu)詞成分來看，它應(yīng)該是指添加有人類智能的一類機(jī)械。為區(qū)別起見，可把傳統(tǒng)的機(jī)械稱之為一般機(jī)械。表11列出一般機(jī)械與人類能力的比較，可以看出在物理和機(jī)械機(jī)能方面，一般機(jī)械較為優(yōu)越，但在智能方面卻比人類要顯得特別低劣。因此，若把

6、人機(jī)結(jié)合起來，就有可能使一般機(jī)械進(jìn)化到仿生機(jī)械。10生物體生物體生物模型生物模型數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型技術(shù)模型技術(shù)模型技術(shù)裝置技術(shù)裝置 仿生學(xué)的研究方法仿生學(xué)的研究方法圖圖1-1 仿生學(xué)的研究方法仿生學(xué)的研究方法 仿生技法仿生技法仿生技法的核心是研究對象(問題)與生物系統(tǒng)相關(guān)問題的類比。這一技法實施大體分為(1)根據(jù)生產(chǎn)實際提出技術(shù)問題，選擇性地研究生物體的某些結(jié)構(gòu)和功能，簡化所得的生物資料，擇其有益內(nèi)容，得到一個生物模型。(2)對生物資料進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，抽象出其內(nèi)在聯(lián)系，建立數(shù)學(xué)模型。(3)采用電子、化學(xué)、機(jī)械等技術(shù)手段。根據(jù)數(shù)學(xué)模型，最終實現(xiàn)對生物系統(tǒng)的工程模擬。1213上述三個過程可以用框圖來表

7、示。見圖上述三個過程可以用框圖來表示。見圖11。圖圖1-2 仿生技法構(gòu)成圖仿生技法構(gòu)成圖仿生創(chuàng)新的幾種主要思路向生物索取技術(shù)原理，不僅具有令人陶醉和神往的光輝前景，而且所涉獵的內(nèi)容也相當(dāng)廣泛。事實上，人類從仿生學(xué)的角度所作發(fā)明的例子是很多的。例如從鳥類想到飛機(jī)、從蝙蝠想到雷達(dá)、從執(zhí)獨想到坦克、從石龍子想到偽裝色、從飛鼠想到降落傘、從烏賊想到推進(jìn)器、從蝎子想到皮下注射、從鮑魚想到吸盤、從貝殼想到建筑等等。如通過對蜜蜂筑巢的研究，人們模仿蜂巢已制造出自重輕、強(qiáng)度高的烽巢夾層結(jié)構(gòu)(在B52轟炸機(jī)上就采用這種結(jié)構(gòu))。但如果再研究蜜蜂的定向能力、蜂群信息的傳遞方式等，則可獲得另外的有益啟示。再如，從蜂蜜

8、的久藏而不變質(zhì)是否能找到一種食品保鮮的新方法?，F(xiàn)在甚至有人在研究蜂群的組織分工，以期在管理學(xué)上有所借鑒。根據(jù)仿生學(xué)的研究成果，向生物索取技術(shù)原理大致有如下幾個方面：141信息仿生主要是通過研究、模擬生物的感覺(包括視覺、聽覺、嗅覺、觸覺)，智能以及信息貯存、提取、傳輸?shù)确矫娴臋C(jī)理，構(gòu)思和研制新的信息系統(tǒng)。馬薩諸塞理工學(xué)院的研究者根據(jù)蛙眼的視覺功能，研制成功了蟲檢測儀器模型；斯坦福研究所的研究者模擬貓腦視覺領(lǐng)域中的直線“檢測器”，研制了用來對機(jī)器人眼送來的信息進(jìn)行處理的特殊計算機(jī)；狗鼻子素以靈敏著稱，它能感覺200萬種物質(zhì)和不同濃度的氣味，嗅覺比人靈敏一萬倍。現(xiàn)在，人們以不同物質(zhì)的氣味對紫外線的

9、選擇性吸收為信息，研制成了“電子警犬”，用它來作檢測，其靈敏度甚至可達(dá)狗鼻子的1000倍。152，控制仿生主要通過研究模擬生物的體內(nèi)穩(wěn)態(tài)(反饋調(diào)控)、運(yùn)動控制、動物的定向與導(dǎo)航、生態(tài)系統(tǒng)的漲落及人機(jī)系統(tǒng)的功能原理，來構(gòu)思和研制新的控制系統(tǒng)。例如，人們根據(jù)蜜蜂的復(fù)眼能夠利用偏振光導(dǎo)航的原理，發(fā)明了用于航空和航海的非磁性“儲光天文羅盤”。這種羅盤對于不能使用磁羅盤的高緯度地區(qū)，顯示出了極大的優(yōu)越性。人們還根據(jù)昆蟲揖翅導(dǎo)航的原理，研制成功了一種振動陀螺儀，廣泛應(yīng)用于高速飛行的火箭和飛機(jī)上。163力學(xué)仿生主要通過研究模擬生物的機(jī)械原理以及結(jié)構(gòu)力學(xué)和流體力學(xué)的原理，構(gòu)思和研究新的系統(tǒng)(包括機(jī)器、裝置、力

10、學(xué)結(jié)構(gòu)以及人工臟器等)。例如，人體的大多數(shù)肌肉都是以“領(lǐng)頑肌”的形式成對地排列的。這種利用兩個產(chǎn)生拉力的“單向力裝置”組成的雙向運(yùn)動機(jī)械系統(tǒng)，遠(yuǎn)比工程技術(shù)上慣用的一個推拉“雙向動力裝置”組織的系統(tǒng)優(yōu)越得多。對額頑肌的模擬，圓滿地解決了各種“機(jī)器人”、“步行機(jī)”等的行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計。此外，人們還根據(jù)魚類、鳥類的身體形狀的流體力學(xué)特性，研制了各種各樣的船舶和空間飛行物；根據(jù)蛋殼、烏龜殼、貝殼等彎曲表面，發(fā)明了建筑物上的酶殼結(jié)構(gòu)。174，化學(xué)仿生主要是通過研究模擬生物酶的催化作用、生物的化學(xué)合成、選擇性膜和能量轉(zhuǎn)換等，來構(gòu)思和創(chuàng)造高效催化劑等化學(xué)產(chǎn)品、化學(xué)工藝以及新材料、新能源等。例如，人們?yōu)橛钪骘w船

11、設(shè)計的所謂“宇宙綠洲”生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)，就是通過模擬生物“電池”、光合作用轉(zhuǎn)換的原理以及自然生態(tài)系統(tǒng)所創(chuàng)造出的。此外，在通過化學(xué)途徑的人工模擬酶、人工模擬生物固氯、人上模擬光合作用等方面，也正在醞釀著新的重要突破。185技術(shù)仿生在隧道工程中得到廣泛使用的“構(gòu)質(zhì)施工法”也是以生物為老師作出的發(fā)明。1820年，英國要在泰晤士河底建造隧道，由于土質(zhì)條件很差，用傳統(tǒng)的支護(hù)開挖法，因河底松軟、滲水而易塌方，施工極為困難，工程師布臺內(nèi)感到一籌莫展。一天，他在室外無意中發(fā)現(xiàn)有只蠕蟲在其外殼保護(hù)下使勁地往堅硬的橡樹皮里鉆。這使他恍然大悟：河下施工也可以象這種小蟲找個保護(hù)殼用空心鋼柱打入河底，以此為“構(gòu)盾”，邊掘進(jìn)

12、邊延伸，在構(gòu)盾的保護(hù)下進(jìn)行施工，此即“構(gòu)盾施工法”。196原理仿生蘇聯(lián)科學(xué)院動物研究所研究了地球上許多動物的運(yùn)動后，模仿其運(yùn)動原理設(shè)計研制了各種新穎的交通工具：按蜘蛛的爬行原理設(shè)計出軍用越野車；根據(jù)蛇的爬行原理設(shè)計并改善了履帶車的噪聲；利用企鵝奔跑的原理設(shè)計了雪地汽車；甚至還準(zhǔn)備參照袋鼠的運(yùn)動方式來設(shè)計一種可以跳越障礙的越野車。20211生物材料力學(xué)和機(jī)械力學(xué)它以骨或軟組織(肌肉、皮膚及與交通事故有關(guān)的腦組織等)作為對象，通過模型實驗方法，測定其應(yīng)力、變形特性，求出應(yīng)力分布規(guī)律。此外，還可根據(jù)骨骼、肌肉系統(tǒng)力學(xué)的研究，對骨和肌肉的相互作用等進(jìn)行分析，目前，已發(fā)表了關(guān)于腦殼、脊椎骨、骨盆、髖關(guān)節(jié)

13、、膝關(guān)節(jié)等許多研究論文。另外，生物的形態(tài)通過億萬年的進(jìn)化，往往具有最優(yōu)的評價函數(shù)，例如人體骨骼系統(tǒng)具有最少材料、最大強(qiáng)度的構(gòu)造形態(tài)。這些最優(yōu)評價函致是物質(zhì)的數(shù)量和能量消耗量的函數(shù)，所以按這種最優(yōu)論的觀點來學(xué)習(xí)、模擬建造工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是很有價值的。二、仿生機(jī)械學(xué)的研究動向222生物流體力學(xué)它主要涉及生物體的循環(huán)系統(tǒng)。雖然很早就有人把動脈中的脈動波作為彈性管中的波動傳播問題進(jìn)行處理分析，已有血流動力學(xué)的專著出版，但是這部分仍有許多問題未解決，特別是因為它的研究與心血管疾病關(guān)系十分密切，所以已成為一門很受關(guān)注的學(xué)科。233生物運(yùn)動學(xué)生物的運(yùn)動十分復(fù)雜，因為它與骨骼和肌肉的力學(xué)現(xiàn)象、感覺反饋及中樞控制牽

14、連在一起。雖然各種動物的運(yùn)動或人體各種器官的運(yùn)動測定與分析都是重要的基礎(chǔ)研究，但是在仿生機(jī)械學(xué)中，特別重視人體上肢運(yùn)動及步行姿態(tài)的測定與分析，因為人體上肢運(yùn)動機(jī)能非常復(fù)雜，而下膠運(yùn)動分析對動力學(xué)研究十分典型。另外，若能從包含有力學(xué)問題的綜合觀點對復(fù)雜的動作和作業(yè)進(jìn)行分析，對下述的康復(fù)工程研究將有很大幫助。244生物運(yùn)動能量學(xué)如同生物形態(tài)存在最優(yōu)性一樣，節(jié)約能量消耗量也被認(rèn)為是生物中的基本原理之一。從運(yùn)動能量消耗最優(yōu)性的觀點對生物體的運(yùn)動形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能等進(jìn)行分析、研究，特別是對有關(guān)能量的傳遞與變換的研究，是很有意義的。5康復(fù)工程學(xué)在與仿生機(jī)械學(xué)有關(guān)的康復(fù)工程學(xué)科中，包括有如動力假肢、電動車椅子

15、、病殘者用環(huán)境控制系統(tǒng)等。它沙及多種學(xué)科與技術(shù)，例如對于動力假肢，只有在解決了材料、能源、控制方式、信號反饋與精密機(jī)械等各種問題之后才能完成，而且這些裝置還要作為一種人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行評價、實用，所以它們通往實用化的道路是很嚴(yán)格的。256機(jī)器人工程學(xué)它是把生物學(xué)的知識應(yīng)用于工程領(lǐng)域的種典型例子，其目的是為用于工業(yè)中的省力化，以及在宇宙、海洋、原子能生產(chǎn)、災(zāi)害時等異常環(huán)境中幫助人類進(jìn)行作業(yè)。機(jī)器人不僅要具有移動功能的人造手足，而且還要有感覺反饋功能及人工智能。目前，關(guān)于人造手、步行機(jī)械、三維物體或聲音的類型識別等的研究都在積極進(jìn)行。26三、機(jī)器人技術(shù)概述機(jī)器人的組成機(jī)器人這個名稱最早出現(xiàn)于19世紀(jì)，但

16、是直到本世紀(jì)50年代后期，機(jī)器人才從科學(xué)幻想中解放出來，進(jìn)入了科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。那時，在市場上出現(xiàn)了兩種工業(yè)機(jī)器人，一種取名為Unimate(萬能自動機(jī)械)，一種取名為Versatran(通用搬運(yùn)機(jī)械)，并構(gòu)成為今天機(jī)器人發(fā)展的基型。一般說來，可以從兩個角度對機(jī)器人進(jìn)行定義。若從工程角度，認(rèn)為它是屬于一種自動機(jī)械，具有對環(huán)境的通用性和適應(yīng)性，操作程序易變，且可實現(xiàn)獨立的隨意的運(yùn)動。若從仿生學(xué)的角度，則認(rèn)為已是具有近似人類相當(dāng)部分功能的機(jī)械，它能執(zhí)行與人類似的動作，且具有類似人的某種智能，如記憶、再現(xiàn)、邏輯運(yùn)算、學(xué)習(xí)、判斷、感知等。27機(jī)器人的組成可包括硬件和軟件兩大部分。從著重于對生物機(jī)能模擬的觀

17、點，高級機(jī)器人的典型硬件結(jié)構(gòu)可用圖1.1表示。28為了要使機(jī)器人能夠從事復(fù)雜的工作，執(zhí)行與人相似的一些動作，必須要使它的機(jī)構(gòu)和功能都具有很大的靈活性，即是不僅要有像生物運(yùn)動器官那種高性能的硬件，而且還要有能對運(yùn)動器官進(jìn)行巧妙控制的軟件，把硬件和軟件很好地配合起來。機(jī)器人的軟件，是人工智能研究的主要實際目標(biāo)，其最根本問題有：(1)問題求解(對策)。指機(jī)器人能按人事先給定的條件和目標(biāo)，通過定理證明和啟發(fā)按索的方法，制定計劃，求解問題。(2)環(huán)境了解。指機(jī)器人能通過各種信息傳感器對周圍環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，掌握外界情況，并建立環(huán)境模型。(3)知識表達(dá)。這是人工智能的一個關(guān)鍵問題。指機(jī)器能記憶工作環(huán)境的狀態(tài)和

18、規(guī)律，以及自己的經(jīng)驗等知識，并能自由地運(yùn)用。29(4)自然語言處理。指機(jī)器人能理解和接受人發(fā)出命令的語言系統(tǒng)，并可用這種語言進(jìn)行對話。(5)動作控制。指機(jī)器人能按人所給予的任務(wù)要求；對機(jī)械手、足進(jìn)行運(yùn)動控制。綜合上述，可用圖1.2表示。圖圖1.2高級機(jī)器人的軟件高級機(jī)器人的軟件 人；人； 一環(huán)境；一環(huán)境；1一知識一知識(事實和規(guī)則、假說、外界棋型事實和規(guī)則、假說、外界棋型)；2一自然語言處理；一自然語言處理；3一問題對策一問題對策4一運(yùn)動控制；一運(yùn)動控制； 5一輸入信息分析；一輸入信息分析； 6一效果器一效果器 ； 7一感覺器一感覺器30四、機(jī)器人的發(fā)展第一代機(jī)器人，是使用存儲器、程序控制的自

19、動機(jī)，也即從60年代初期問世、目前能夠在工業(yè)部門使用的重復(fù)型機(jī)器人，常稱為工業(yè)機(jī)器人。它的動作包括示教、存儲、再現(xiàn)和操作四個步序。這種機(jī)器人的典型代表就是Unimate和Versatran兩種，他們的系統(tǒng)組成大致如圖1.3所示。圖圖1.3工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成機(jī)械手部機(jī)械手部 控制部控制部 人類人類1手臂；手臂；2手抓；手抓；3傳感器；傳感器；4驅(qū)動器驅(qū)動器5控制器；控制器；6存儲器；存儲器；7示教器示教器31第二代機(jī)器人，是指具有某些感覺功能的機(jī)器人，屬于一種過渡性類型。第三代機(jī)器人，是具有感覺識別又有某些思維功能，并有這些功能控制動作的智能機(jī)器人具有與人類相類似智能的自動

20、機(jī)械。它的發(fā)展主要開始于70年代。已成為開拓高級自動化的課題，并著手應(yīng)用到生產(chǎn)實際中。圖圖1.4 智能機(jī)器人的控制系統(tǒng)智能機(jī)器人的控制系統(tǒng)1一操作人員；一操作人員；2指令處理與判斷裝置；指令處理與判斷裝置；3一驅(qū)動機(jī)構(gòu)；一驅(qū)動機(jī)構(gòu)；4一工作對象；一工作對象；5一傳感器；一傳感器；6識別裝置識別裝置32從對機(jī)器人的研究內(nèi)容來看，其發(fā)展動向主要有下列幾個方面：(1)重視傳感器的研究，以使機(jī)器人具有視覺、觸覺和聽覺等功能。(2)新型伺服機(jī)構(gòu)的研究(3)人工智能的研究(4)微型計算機(jī)在機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用的研究33近些年來，這些研究與超大規(guī)模集成電路、半導(dǎo)體傳感器等現(xiàn)代機(jī)械電子技術(shù)相結(jié)合，有著很大發(fā)展，從而

21、形成了一門新興的邊緣學(xué)科康復(fù)工程學(xué)。一般來說，應(yīng)用工程技術(shù)來幫助殘疾人代償已失去的功能，大致可劃分為兩個范疇：一個是屬于系統(tǒng)工程的范疇，它是通過改變或重新建立新的生活環(huán)境條件，使有功能障礙的患者得到適應(yīng)和方便；另一個就是屬于康復(fù)工程的范疇，它是通過綜合應(yīng)用精密機(jī)械、現(xiàn)代控制和信息處理等技術(shù)來設(shè)計高性能的器械，并確立機(jī)器和人之間的信息傳遞手段，起到代償功能的作用。特別是由于高級自動化課題中機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，開拓了機(jī)器人在康復(fù)工程領(lǐng)域中應(yīng)用的廣闊前景，將給殘疾人帶來更多的福音?？祻?fù)工程與假肢技術(shù)康復(fù)工程與假肢技術(shù)34根據(jù)對功能障礙代償?shù)哪康牟煌?，可把代償器械分為兩大類：一類是直接安裝于人體上進(jìn)行代

22、償失去功能的器械，如各種假肢、輔助裝具等，另一類是裝設(shè)于人體外、且構(gòu)成獨立系統(tǒng)的、起間接代償功能的器械，如各種環(huán)境控制裝置、醫(yī)療機(jī)械手、機(jī)器人、移動機(jī)械等。但是，不論是哪一種代償器械，都要使殘疾人自身能夠進(jìn)行操作，所以器械的動作指令必須利用殘疾人殘存的機(jī)能。目前，可實際有效地利用的殘存機(jī)能大致有下列三種：(1)人體的機(jī)械運(yùn)動位移。如利用身體某一部分運(yùn)動所產(chǎn)生的動作位移和某一部位肌肉收縮所產(chǎn)生的膨起位移等，這是一種基本的方法。(2)人體的肌肉表面動作電位。肌肉電位是人體的一種生物電，利用這種生物電作為控制信號源已有較大的發(fā)展。(3)呼氣壓力、聲音信號等。雖然采用聲音作為輸入信號尚處于開發(fā)階段，但

23、它已成為一種新的發(fā)展方向，是研究醫(yī)療機(jī)器人的一個重要課題。35運(yùn)動自由度的配置、結(jié)構(gòu)的輕量和小型化、以及操作方便、可靠性高，是研制直接代償器械的主要問題。直接代償?shù)钠餍抵苯哟鷥數(shù)钠餍祱D圖1-5全臀電動因手的研究系統(tǒng)全臀電動因手的研究系統(tǒng)17自由度電動假手；自由度電動假手；2 手套、臂筒；手套、臂筒；3微型計算機(jī)；微型計算機(jī)；4肌電控制；肌電控制；5電源；電源；6人比和電動假手的運(yùn)動分析；人比和電動假手的運(yùn)動分析；7聲音控制聲音控制36圖圖1-6 肌電控制前臂假手傳動與控制系統(tǒng)肌電控制前臂假手傳動與控制系統(tǒng)(a)傳動系統(tǒng)；傳動系統(tǒng)；(b)控制電路控制電路I一伸肌；一伸?。?一屈肌一屈肌1一電極；一電極；2放大；放大；3一整流濾波；一整流濾波；4一閾值電路；一閾值電路；5一欠壓保護(hù)；一欠壓保護(hù)；6電子開關(guān)；電子開關(guān)；7一電動機(jī)一電動機(jī)3738圖圖1-7 多自由度假手肌電控制信號系統(tǒng)組成多自由度假手肌電控制