1、機(jī)電控制基礎(chǔ)與實(shí)踐,（意義，特征，結(jié)構(gòu)，問(wèn)題） 王田苗 丑武勝 北京航空航天大學(xué) 機(jī)器人研究所,探索生物學(xué)、仿生學(xué)、新材料、智能控制等方面深刻機(jī)理。 開(kāi)展多學(xué)科交叉領(lǐng)域的技術(shù)研究，通過(guò)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)、傳感器技術(shù)、伺服控制、人工智能、計(jì)算機(jī)科學(xué)等技術(shù)發(fā)展。 從事繁重勞動(dòng)、危險(xiǎn)作業(yè)、延伸人類(lèi)大腦與四肢、醫(yī)療康復(fù)等，服務(wù)于社會(huì)。,研究意義 手腳，撲翼，游動(dòng)，蠕動(dòng),什么是微小型仿生機(jī)器人技術(shù)？ 沒(méi)有嚴(yán)格定義 模仿自然界動(dòng)物與人的行為，基于微小型機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，研究機(jī)構(gòu)、感知、控制與交互的機(jī)器人技術(shù)。 微小型，尺寸相對(duì)較小，低功耗，高性能，微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 仿生，模仿自然界動(dòng)物與人 機(jī)器人，幫助

2、人類(lèi)完成搬運(yùn)、焊接、裝配等任務(wù)的可編程控制機(jī)械裝置或系統(tǒng)，希望具備感知、規(guī)劃、控制、交互的功能,定義,發(fā)展趨勢(shì) 仿生 多樣 應(yīng)用,日本京都大學(xué)研制的 蛇形搜救機(jī)器人“莫伊拉”,仿生機(jī)構(gòu),日本東京工業(yè)大學(xué)研制的 廢墟搜索機(jī)器人,(1) 蛇形機(jī)器人機(jī)構(gòu)研究,生物蛇研究,蛇的肌肉骨骼 簡(jiǎn)化模型,蛇的肌肉骨骼 結(jié)構(gòu),生物蛇,蛇形機(jī)器人單自由度關(guān)節(jié)模塊,關(guān)節(jié)模塊設(shè)計(jì),相鄰關(guān)節(jié)模塊連接示意圖,蛇形機(jī)器人機(jī)構(gòu)的構(gòu)成,（2）蛇形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方法研究 蛇可以做多種動(dòng)作來(lái)適應(yīng)它所處的環(huán)境，但大體上可分為四種步態(tài)： 蜿蜒運(yùn)動(dòng) 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 伸縮運(yùn)動(dòng) 側(cè)向運(yùn)動(dòng),蜿蜒運(yùn)動(dòng),生物蛇的蜿蜒運(yùn)動(dòng),直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),生物蛇的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),伸

3、縮運(yùn)動(dòng),生物蛇的伸縮運(yùn)動(dòng),側(cè)向運(yùn)動(dòng),生物蛇的側(cè)向運(yùn)動(dòng),蛇形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)示意圖,平面蜿蜒運(yùn)動(dòng) 平面蜿蜒運(yùn)動(dòng)是通過(guò)控制關(guān)節(jié)模塊水平軸的關(guān)節(jié)保持直線(xiàn)，而垂直軸的關(guān)節(jié)呈正弦變化產(chǎn)生；采用的算法公式為：,(b)側(cè)向運(yùn)動(dòng) 側(cè)向運(yùn)動(dòng)是控制關(guān)節(jié)模塊的垂直軸（yaw軸）的關(guān)節(jié)和水平軸（pitch軸）的關(guān)節(jié)都呈正弦變化，兩個(gè)曲線(xiàn)之間有一個(gè)相位差；采用的算法公式為：,(c)伸縮運(yùn)動(dòng) 伸縮運(yùn)動(dòng)方式可以通過(guò)控制它的垂直軸（yaw軸）的關(guān)節(jié)保持直線(xiàn)，而水平軸（pitch軸）的關(guān)節(jié)呈正弦變化實(shí)現(xiàn)。它在垂直面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，適合穿越狹小的管道。,(d)翻滾運(yùn)動(dòng) 翻滾運(yùn)動(dòng)是控制關(guān)節(jié)模塊的垂直軸的關(guān)節(jié)和水平軸的關(guān)節(jié)變化，采用的算法公式為：

4、,（3）分布式控制系統(tǒng)和微型嵌入式控制器的研究,蛇形機(jī)器人原理樣機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),(a)原理樣機(jī)控制系統(tǒng),蛇形機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),主控單元,執(zhí)行 單元,CAN總線(xiàn),執(zhí)行 單元,執(zhí)行 單元,. ,執(zhí)行 單元,執(zhí)行 單元,執(zhí)行 單元,監(jiān)控系統(tǒng),機(jī)器人 控制系統(tǒng),(b)分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),已應(yīng)用在: 擬人機(jī)器人 星球探測(cè)機(jī)器人,(c)微型嵌入式控制器的研究,特點(diǎn)：模塊化 體積小 功能全 功耗低 現(xiàn)場(chǎng)可編程,（4）地面特征識(shí)別技術(shù)的研究,傳感裝置安裝示意圖,底面,識(shí)別平坦的硬地面、軟土、沙地,(5)基于GPS的蛇形機(jī)器人定位方法的研究,對(duì)于用于野外工作的蛇形機(jī)器人，定位是個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題?；贕PS的定位方法

5、是目前應(yīng)用最廣的方法。目前實(shí)驗(yàn)定位精度 15米 我們?cè)谔剿鲬?yīng)用我國(guó)的北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)進(jìn)行定位的方案。,（6）應(yīng)用研究,監(jiān)控站,操作臺(tái),監(jiān)視器,傳 感 器,蛇形機(jī)器人,作業(yè)單元,蛇形機(jī)器人作業(yè)系統(tǒng)框圖,應(yīng)用,車(chē)底探查實(shí)驗(yàn),結(jié)合國(guó)家反恐防暴的需求,理論方法問(wèn)題，仿生靜態(tài)與動(dòng)態(tài)模型，復(fù)雜模型計(jì)算方法，基于傳感器變結(jié)構(gòu)方法，往往是非線(xiàn)性、非定常問(wèn)題， 多自由度靈巧機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)，冗余與柔性，高效驅(qū)動(dòng)裝置， 感知與模式識(shí)別技術(shù)，內(nèi)部姿態(tài)，外部環(huán)境，距離、力覺(jué)、觸覺(jué)等，特別是視覺(jué)問(wèn)題， 嵌入式控制技術(shù)：微小型硬件平臺(tái)，高可靠性軟件系統(tǒng)，高性能實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)技術(shù)，基于傳感器的群體行為智能控制技術(shù)， 人機(jī)交互技術(shù)，通訊，時(shí)延，臨境與虛擬現(xiàn)實(shí)， 微小型機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、加工、裝配， 微、仿、多、遙、網(wǎng),關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)性研究 方向,主要介紹了微小型仿生技術(shù)與機(jī)器人基本內(nèi)涵、研究意義、關(guān)鍵技術(shù)、發(fā)展趨勢(shì)。 嵌入式芯片、微機(jī)電系統(tǒng)、新材