仿生机器人的研究综述

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1、仿生机器人的研究综述摘 要:介绍了国内外仿生机器人的最新发展动态。归纳和阐述了各种类型仿生机器人的特点及研究成果,分析了仿生机器人的发展趋势。关键词:仿生机器人;研究成果;发展趋势机器人一词的出现和世界上第一台工业机器人的问世都是近几十年的事。然而人们对机器人的幻想与追求却已有3000多年的历史。人类希望制造一种像人一样的机器,以便代替人类完成各种工作。西周时期,中国的能工巧匠偃师就研制出了能歌善舞的伶人,这是中国最早记载的机器人,体现了中国劳动人民的聪明智慧。1738年,法国天才技师杰克#戴#瓦

2、克逊发明了一只机器鸭,它会嘎嘎叫,会游泳和喝水,还会进食和排泄。瓦克逊的本意是想把生物的功能加以机械化而进行医学上的分析。1893年摩尔制造了/蒸汽人0,/蒸汽人0靠蒸汽驱动双腿沿圆周走动。进入20世纪后,机器人的研究与开发得到了更多人的关心与支持,一些适用化的机器人相继问世,1927年美国西屋公司工程师温兹利制造了第一个机器人/电报箱0,并在纽约举行的世界博览会上展出。1959年第一台工业机器人(可编程、圆坐标)在美国诞生,开创了机器人发展的新纪元。随着计算机技术和人工智能技术的飞速发展,使机器

3、人在功能和技术层次上有了很大的提高,移动机器人和机器人的视觉和触觉等技术就是典型的代表。由于这些技术的发展,推动了机器人概念的延伸。20世纪,将具有感觉、思考、决策和动作能力的系统称为智能机器人,这是一个概括的、含义广泛的概念。这一概念不但指导了机器人技术的研究和应用,而且又赋予了机器人技术向深广发展的巨大空间,地面机器人、微小型机器人、水下机器人、空中机器人等各种用途的机器人相继问世,许多梦想成为了现实。仿生机器人是指模仿生物、从事生物特点工作的机器人。仿生机器人是机器人技术领域中一个新兴的发展

4、分支,是当前机器人领域的研究热点。过去、现在甚至未来,对仿生机器人的研究,都是多方面的。近些年,国内外有诸多学者开始对仿生机器人进行深入细致的研究。仿生机器人的种类有很多种,有天上飞的,地上走的,甚至还有水里游的。而地上走的,根据行走方式的不同,还可以分为跳跃机器人、轮式机器人、足式机器人以及爬行机器人等。下面,笔者将具体描述各类型机器人的发展现状及成果。1 仿生机器人的研究现状1.1 跳跃机器人仿生跳跃机器人涉及仿生学、机械学和控制学等多学科交叉,具有许多目前科技发展水平难以逾越的技术难点,研制

5、难度大。对这种机器人进行研究的最初目的是模拟袋鼠、麻雀等动物的骨骼机构和运动方法。随着对这种机器人研究的深入,这种技术可以被用来研究运动员的跳高、跳远、跳水、蹦床和体操等运动,从而提高运动员的成绩。此外,在星际探索中,由于月球与火星表面重力加速度大大低于地球,跳跃机器人可以越过数倍甚至数十倍于自身尺寸的障碍物,因此在外星探索中有着广泛的应用前景。越障是跳跃机器人的一个主要功能,目前,国内外对机器人越障性能方面的研究较少。近年来,机器人研究者们正试图研制能够很好地体现动物运动原理的机构模型,目前除了

6、Raibert和Zeglin共同研制的Uniroo以及Hyon研制的Kenken能够成功跳跃以外,还没发现有其它成功案例。1.2 足式机器人步足式仿生机器人是机器人研究领域最先研究的对象之一,近十几年,随着计算机等硬件设备的发展和设计领域的创新,各国对足式机器人的研究明显增多。足式步行机器人可以在不平坦、未知的环境中行走,并承担某些危险工作,且动作敏捷、适应能力强,可以高度自主自治。因此,多足步行机器人在军事、航天、工业等领域都有广泛的应用前景。多足步行机器人不仅具有独立行走、承载等功能,在到达目

7、的地后,每条腿还可以作为机械手臂进行相关操作。地球上近一半的地面不能为传统的轮式或履带车辆所到达,而多足式动物却可以在这些地面上行走。足式步行机器人的研究已成为机器人学中一个引人注目的热点。由于足式机器人的立足点是离散的点,可以在可能到达的地面上选择最优的支撑点,足式机器人对崎岖路面也具有很好的适应能力,因此足式机器人受到各国研究人员的普遍重视。各国先后有许多典型的足式试验机器人先后问世,比较著名的是日本东京工业大学的泰坦Ø型,德国的四足机器人BISAM,上海交通大学的四足机器人JTUWM-Ó,华

8、中科技大学研发的/4+20多足步行机器人。很多学者在仿人机器人双足动步行方面也做了大量研究工作。如:早稻田大学的/WABIAN0、东京大学的H6和H7、本田公司的P系列和ASIMO。为了获得足式移动机器人的最大移动灵活性和环境适应性,Dr.Wu和Pro.fFukuda在2000年首次提出并研制了一种具有包括双足步行、四足步行在内的多种移动方式的/类人猿型机器人0,并且研究了步行方式的转换运动控制问题。2002年,SONY公司在开发出的四足玩具机器人/AIBO0基础上,研制了具有双足