1、仿生機(jī)器人,仿生學(xué),定義：仿生學(xué)（bionics ）是指模仿生物建造技術(shù)裝置的科學(xué)，它是在上世紀(jì)中期才出現(xiàn)的一門新的邊緣科學(xué)。仿生學(xué)研究生物體的結(jié)構(gòu)、功能和工作原理，并將這些原理移植于工程技術(shù)之中，發(fā)明性能優(yōu)越的儀器、裝置和機(jī)器，創(chuàng)造新技術(shù)。從仿生學(xué)的誕生、發(fā)展，到現(xiàn)在短短幾十年的時間內(nèi)，它的研究成果已經(jīng)非常可觀。仿生學(xué)的問世開辟了獨(dú)特的技術(shù)發(fā)展道路，也就是向生物界索取藍(lán)圖的道路，它大大開闊了人們的眼界，顯示了極強(qiáng)的生命力。,仿生機(jī)器人技術(shù)簡介,定義 分類 特點(diǎn) 國內(nèi)外研究情況 目前存在難題 發(fā)展方向,仿生機(jī)器人定義,模仿自然界中生物的外形、運(yùn)動原理或行為方式的系統(tǒng)，能從事生物特點(diǎn)工作的機(jī)器人

2、。,返回首頁,按照所模仿對象進(jìn)行分類,仿人，包括仿人的機(jī)械臂和仿人步行。 仿生物。 生物機(jī)器人。,返回首頁,仿生機(jī)器人特點(diǎn),多為冗余自由度或超冗余自由度的機(jī)器人，機(jī)構(gòu)復(fù)雜。 其驅(qū)動方式不同于常規(guī)的關(guān)節(jié)型機(jī)器人，通常采用繩索、人造肌肉或形狀記憶合金等驅(qū)動。,返回首頁,仿生機(jī)器人國內(nèi)外研究情況,水下仿生機(jī)器人 空中仿生機(jī)器人 地面仿生機(jī)器人 仿人機(jī)器人 生物機(jī)器人,返回首頁,仿生機(jī)械海下,水下仿生機(jī)器人北航,水下仿生機(jī)器魚日本,水下仿生機(jī)器魚日本,Underwater-Wanda,Power Supply:NiCd Batteries+17 V Dynamic: Purpose: Swimming

3、,John Kumph iRobot,/wanda.htm,Ariel,iRobot /ariel.htm,Sensor: Motor position, foot contact, pressure (underwater), flow (underwater), compass, inclinometer, metal detectors Power Supply:22 NiCd cells Cost:$50000(materials only) Dynamic: Purpose:mine

4、sweeping,水下仿生機(jī)器人美國,返回首頁,空中仿生機(jī)器人,定義 舉例,空中仿生機(jī)器人定義,具有自主導(dǎo)航能力，無人駕駛的飛行器。,返回,空中仿生機(jī)器人舉例,美國機(jī)器蠅 法國機(jī)器鳥,返回首頁,地面仿生機(jī)器人,返回,蛇形機(jī)器人,返回,蒼龍、號機(jī),Shigeo Hirose TITech http:/mozu.mes.titech.ac.jp/hirohome.html,Sensor: (CCD x2+Microphone) Power Supply:DC12V Battery Dynamic: Motor 72W x1+17W x2 Purpose: Saviour,爬壁機(jī)器人,NINJA,D

5、ynamic:A VM (Valve-regulated Multiple) suction pad Purpose:清洗窗戶! 高速道路牆壁檢查! Avi: 1,Shigeo Hirose TITech http:/mozu.mes.titech.ac.jp/hirohome.html,TITAN-VIII (Roller-Walker),Sensor:Potentiometer for each joint Power Supply: DC 30 to 48v (for motors) DC 5v, +-15v (for drivers) Cost: 24years , 40persons

6、 Dynamic: TITechDriver Ver. 2 Purpose: Rescue(VII) ,Load(VIII) Avi: move,Shigeo Hirose TITech http:/mozu.mes.titech.ac.jp/hirohome.html,Rocker Bogie Sole,Stiquito,Power Supply:9V battery Cost:$10 Dynamic: Nitinol Wires(記憶金屬) Purpose: Muscle wire Avi: 1、2,James M. Conrad (Research Triangle Park ) Jon

7、athan W. Mills (Indiana University) /robotics/colony.html,返回首頁,最成功的四足機(jī)器人BigDog,仿人機(jī)器人,仿人肢體型 仿人雙足型,返回首頁,日本雙足機(jī)器人,日本本田和大阪大學(xué)聯(lián)合研制的P1,P2,P3型仿人步行機(jī)器人。 在P3基礎(chǔ)上研制了ASIMO智能機(jī)器人（1.2m,43kg,)爬樓梯，6km/h奔跑，聲音識別，通過頭部照相機(jī)捕捉畫面識別人類各種手勢和10種臉型。,返回,TMSUK04 T5,http:/www.tmsuk.co.jp/jap/index.html,遠(yuǎn)端 操控,19

8、93年1月開発 1996年1月開発 1997年開発 TMSUK04 1999年開発,T5 2000年開発,TMSUK04-2,株式會社,危険地域（工事現(xiàn)場災(zāi)害現(xiàn)場）,滅火!,2000年前后，日本SONY、豐田、本田、富士通等公司開發(fā)并展示了一系列類人型機(jī)器人產(chǎn)品，具備了較高的水平。,SDR-4X(Sony Dream Robot),http:/www.watch.impress.co.jp/pc/docs/2002/0320/sony.htm,1994 P1,ASIMO SDR,2000P3,1997 P2,PS: Prototype =原形 ASIMO= short for Advanced

9、 Step in Innovative Mobility,1996公開發(fā)表 震撼 機(jī)械人學(xué)界!, 1988年國防科技大學(xué)研制成功了六關(guān)節(jié)平面運(yùn)動型雙足步行機(jī)器人。 2000年，我國第一臺類人型機(jī)器人在國防科大研制成功。,目前，國內(nèi)也有較成熟的類人型機(jī)器人產(chǎn)品。,Nao機(jī)器人 法國Aldebaran-Robotics 公司的產(chǎn)品。 RoboCup機(jī)器人世界杯的標(biāo)準(zhǔn)平臺組比賽用機(jī)器人。 有視覺、聽覺和姿態(tài)傳感，能感知外部環(huán)境和自身姿態(tài)。 它可在 Linux、微軟或 MacOS 等多種平臺上編程開發(fā)。 價格約為十多萬人民幣。,機(jī)器人綜合特性參數(shù)： 體型特征： 身 高：58公分 體 重：4.3 Kg

10、身體類型：工業(yè)塑料 能耗： 電 源：AC 90-230 V/DC 24 V 電池容量：充電后使用45min，可反復(fù)使用400次以上。 自由度：共計25 自由度 頭 部：2 自由度 手 臂：5 自由度 * 2 只 骨 盆：1 自由度 腿 部：5 自由度 * 2 只 手： 1 自由度 * 2 只 多媒體： 揚(yáng)聲器：2 只揚(yáng)聲器 擴(kuò)音器： 4 只話筒 視 覺：2 只CMOS數(shù)字?jǐn)z像頭,處理器配置及編程環(huán)境 x86 AMD Geode 500 Mhz 嵌入式 CPU， 256 MB SDRAM / 2 GB Flash memory，嵌入Linux 操作系統(tǒng)。 可以通過行為編輯軟件Choregraph

11、e，使用C+語言編程，或是通過一個豐富的應(yīng)用程序接口（API），使用不同腳本語言來編程。 編輯好的程序通過網(wǎng)絡(luò)接口下載并執(zhí)行。,各種傳感器 壓力傳感器（FSR） Nao的每只腳上配備有四個壓力傳感器（FSR），傳感器的值用來確定每只腳壓力中心的位置，并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，讓Nao更好地保持平衡。,NAO的硬件部分,聲納 Nao的軀干上安裝了兩對超聲波發(fā)射器和接收器，這樣，Nao就可以了解到周圍是否有障礙物以及障礙物的數(shù)量。,紅外傳感器 安裝在Nao眼睛里的紅外線發(fā)射器和接收器可以使Nao連接至其周圍的物體，作為遠(yuǎn)程控制。（直線傳輸）,攝像頭 Nao配備有兩個CMOS 攝像頭，規(guī)格640 x480，每

12、秒最多能捕獲30個圖像。第一個攝像頭位于前額，看向前方。另一個位于嘴部，觀察其附近的環(huán)境。,麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器 NAO的腦袋中裝備有4個全方位的麥克風(fēng)，在兩個耳朵部位裝備有兩個立體聲的揚(yáng)聲器。,碰撞傳感器 如果障礙物過低而無法被胸前的探測器探測到（例如臺階、地上的物體等），那么位于Nao腳尖的機(jī)械碰撞傳感器會首先碰觸到障礙物并把這一信息傳送給Nao。這樣，Nao就可以試著繞開這個障礙物。,電容式傳感器 Nao的頭頂上配備了一個電容式傳感器。這樣，可以通過觸摸向Nao傳遞信息。例如，要責(zé)備Nao時，可以簡單按幾下。,陀螺儀傳感器 陀螺儀傳感器可以感知物體所處的機(jī)械狀態(tài)，從而輔助NAO更好地保持身體的

13、平衡，并且可以使NAO跌倒了自動站起來。,NAO的通信與交流方式 Nao可以通過紅外線進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。Nao也可以通過Wi-Fi來連接無線，Nao還可以通過語音識別進(jìn)行進(jìn)行簡單的命令接收和交流。,生物機(jī)器人,即活體生物的人工控制。,返回首頁,仿生機(jī)器人發(fā)展方向,結(jié)構(gòu)微型化用于小型管道的檢測等 可重構(gòu)機(jī)器人（模塊化和可重組）-軍事偵察、災(zāi)害現(xiàn)場調(diào)查 實(shí)用性服務(wù)型機(jī)器人 仿生機(jī)器人群機(jī)器人生產(chǎn)線、無人作戰(zhàn)機(jī)群 新型仿生原理機(jī)器人運(yùn)動機(jī)理的建模、生物行為方式的研究。 智能化：非結(jié)構(gòu)環(huán)境下具有普遍實(shí)用意義的自主步態(tài)規(guī)劃生成及控制。,返回首頁,蟑螂機(jī)器人,返回首頁,機(jī)器蠅,返回,機(jī)器鳥,返回,機(jī)械手,國外

14、先進(jìn)機(jī)械手 哈工大靈巧手 北航靈巧手,返回,東京機(jī)器手,i機(jī)器手,卡門機(jī)械臂,返回,日本靈巧手,4指，各三個關(guān)節(jié)，全手共14個自由度。,返回,仿生微型機(jī)器人,仿生微型機(jī)器人定義 國內(nèi)外研究投入情況 發(fā)展方向,返回,仿生微型機(jī)器人國內(nèi)外研究情況,返回,仿生微型機(jī)器人發(fā)展方向,微型能源 微驅(qū)動和控制技術(shù) 納米級尺寸的發(fā)展 新型仿生原理機(jī)器人,返回,蜜蜂,沙漠螞蟻,螞蟻化學(xué)導(dǎo)航,返回,CPG在仿生機(jī)器人技術(shù)中的應(yīng)用,CPG（central pattern generator),生物利用CPG振蕩網(wǎng)絡(luò)的自激行為產(chǎn)生有節(jié)律的協(xié)調(diào)運(yùn)動。 基于CPG原理的運(yùn)動控制是新興的機(jī)器人運(yùn)動控制方法。 基于CPG網(wǎng)絡(luò)

15、的特點(diǎn)，可以作為機(jī)器人運(yùn)動的底層控制器。 目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了運(yùn)用Labview完成CPG神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的軟件實(shí)現(xiàn)，并應(yīng)用于舵機(jī)驅(qū)動爬壁機(jī)器人的運(yùn)動控制。 在仿生機(jī)器人中的應(yīng)用實(shí)例。,返回,CPG網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn),可以在缺乏高層命令和外部反饋的情況下自動產(chǎn)生穩(wěn)定的節(jié)律信號，而反饋信號和高層命令又可以對CPG的行為進(jìn)行調(diào)節(jié)。 通過相位鎖定，可以產(chǎn)生多種穩(wěn)定、自然的相位關(guān)系，實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動模式。 易于和輸入信號或物理系統(tǒng)耦合，使節(jié)律行為在整個系統(tǒng)中傳導(dǎo)。 結(jié)構(gòu)簡單，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。,返回,CPG單元,CPG神經(jīng)元結(jié)構(gòu)圖,CPG網(wǎng)絡(luò),返回,舵機(jī)驅(qū)動爬壁機(jī)器人,返回,CPG在仿生機(jī)器人中的應(yīng)用實(shí)例,魚形機(jī)器人-國防科大，由兩個神經(jīng)元和簡單連接關(guān)系組成，其振蕩的收斂速