仿生機器人分析-共73頁課件

1、 仿生機器人仿生學定義：仿生學（bionics ）是指模仿生物建造技術(shù)裝置的科學，它是在上世紀中期才出現(xiàn)的一門新的邊緣科學。仿生學研究生物體的結(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、裝置和機器，創(chuàng)造新技術(shù)。從仿生學的誕生、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。仿生學的問世開辟了獨特的技術(shù)發(fā)展道路，也就是向生物界索取藍圖的道路，它大大開闊了人們的眼界，顯示了極強的生命力。 仿生機器人技術(shù)簡介定義分類特點國內(nèi)外研究情況目前存在難題發(fā)展方向 仿生機器人定義模仿自然界中生物的外形、運動原理或行為方式的系統(tǒng)，能從事生物特點工作的機器人。返回首頁按照所

2、模仿對象進行分類仿人，包括仿人的機械臂和仿人步行。仿生物。生物機器人。返回首頁仿生機器人特點多為冗余自由度或超冗余自由度的機器人，機構(gòu)復雜。其驅(qū)動方式不同于常規(guī)的關(guān)節(jié)型機器人，通常采用繩索、人造肌肉或形狀記憶合金等驅(qū)動。返回首頁仿生機器人國內(nèi)外研究情況水下仿生機器人空中仿生機器人地面仿生機器人仿人機器人生物機器人返回首頁仿生機械海下水下仿生機器人北航水下仿生機器魚日本水下仿生機器魚日本 Underwater-WandaPower Supply:NiCd Batteries+17 VDynamic:Purpose: SwimmingJohn Kumph iRobotrobosapiens.mit

3、.edu/wanda.htmArieliR/ariel.htmSensor: Motor position, foot contact, pressure (underwater), flow (underwater), compass, inclinometer, metal detectorsPower Supply:22 NiCd cells Cost:$50000(materials only) Dynamic:Purpose:mine sweeping水下仿生機器人美國返回首頁空中仿生機器人定義舉例空中仿生機器人定義具有自主導航能力，無人

4、駕駛的飛行器。返回空中仿生機器人舉例美國機器蠅法國機器鳥返回首頁地面仿生機器人返回蛇形機器人返回 蒼龍、號機 Shigeo Hirose TITechmozu.mes.titech.ac.jp/hirohome.htmlSensor: (CCD x2+Microphone)Power Supply:DC12V BatteryDynamic: Motor 72W x1+17W x2Purpose: Saviour爬壁機器人NINJADynamic:A VM (Valve-regulated Multiple) suction pad Purpose:清洗窗戶! 高速道路牆壁檢查!Avi: 1Sh

5、igeo HiroseTITechmozu.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 , 40personsDynamic: TITechDriver Ver. 2Purpose: Rescue(VII) ,Load(VIII)Avi: moveShigeo HiroseTITechmozu

6、.mes.titech.ac.jp/hirohome.htmlRocker Bogie Sole StiquitoPower Supply:9V batteryCost:$10Dynamic: Nitinol Wires(記憶金屬)Purpose: Muscle wireAvi: 1、2James M. Conrad(Research Triangle Park )Jonathan W. Mills(Indiana University)/robotics/colony.html返回首頁最成功的四足機器人BigDog仿人機器人仿人肢體型仿人雙足型返回首頁日本雙足機器

7、人日本本田和大阪大學聯(lián)合研制的P1,P2,P3型仿人步行機器人。在P3基礎上研制了ASIMO智能機器人（1.2m,43kg,)爬樓梯，6km/h奔跑，聲音識別，通過頭部照相機捕捉畫面識別人類各種手勢和10種臉型。返回TMSUK04 T5 tmsuk.co.jp/jap/index.html遠端操控1993年1月開発 2019年1月開発 2019年開発 TMSUK04 2019年開発T5 2000年開発TMSUK04-2 株式會社 危険地域（工事現(xiàn)場災害現(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器人產(chǎn)品，具備了較高的水平。 SDR-4X(Son

8、y Dream Robot)watch.impress.co.jp/pc/docs/2019/0320/sony.htm1994 P1ASIMO SDR 2000P32019 P2PS: Prototype =原形 ASIMO= short for Advanced Step in Innovative Mobility 2019公開發(fā)表震撼機械人學界! 1988年國防科技大學研制成功了六關(guān)節(jié)平面運動型雙足步行機器人。2000年，我國第一臺類人型機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器人產(chǎn)品。 Nao機器人法國Aldebaran-Robotics 公司的產(chǎn)品。RoboCup機

9、器人世界杯的標準平臺組比賽用機器人。 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。機器人綜合特性參數(shù)：體型特征：身 高：58公分體 重：4.3 Kg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：揚聲器：2 只揚聲器擴音器： 4 只話筒視 覺：2 只CMOS數(shù)字攝像頭處理

10、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)?？梢酝ㄟ^行為編輯軟件Choregraphe，使用C+語言編程，或是通過一個豐富的應用程序接口（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，并進行適當調(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

11、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。麥克風和揚聲器 NAO的腦袋中裝備有4個全方位的麥克風，在兩個耳朵部位裝備有兩個立體聲的揚聲器。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

12、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械狀態(tài)，從而輔助NAO更好地保持身體的平衡，并且可以使NAO跌倒了自動站起來。NAO的通信與交流方式 Nao可以通過紅外線進行遠程控制。Nao也可以通過Wi-Fi來連接無線，Nao還可以通過語音識別進行進行簡單的命令接收和交流。生物機器人即活體生物的人工控制。返回首頁仿生機器人發(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)機器人（模塊化和可重組）-軍事偵察、災害現(xiàn)場調(diào)查實用性服務型機器人仿生機器人群機器人生產(chǎn)線、無人作戰(zhàn)機群新型仿生原理機器人運動

13、機理的建模、生物行為方式的研究。智能化：非結(jié)構(gòu)環(huán)境下具有普遍實用意義的自主步態(tài)規(guī)劃生成及控制。返回首頁蟑螂機器人返回首頁機器蠅返回機器鳥返回機械手國外先進機械手哈工大靈巧手北航靈巧手返回東京機器手i機器手卡門機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。返回仿生微型機器人仿生微型機器人定義國內(nèi)外研究投入情況發(fā)展方向返回仿生微型機器人國內(nèi)外研究情況日本通產(chǎn)省“微型機械十年計劃”（93年開始）經(jīng)費250億日元 體積1立方cm 零件尺寸100微米以下 用于核電站管道維護和人體疾病治療德國為期3年 6000萬英鎊 “毫微米技術(shù)開發(fā)計劃”美國螞蟻微型機器人、蒼蠅微型機器人中國主要集中在高校

14、比如上交的六足微小型仿蟑螂機器人返回仿生微型機器人發(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)展新型仿生原理機器人返回蜜蜂沙漠螞蟻螞蟻化學導航返回CPG在仿生機器人技術(shù)中的應用CPG（central pattern generator),生物利用CPG振蕩網(wǎng)絡的自激行為產(chǎn)生有節(jié)律的協(xié)調(diào)運動。基于CPG原理的運動控制是新興的機器人運動控制方法?；贑PG網(wǎng)絡的特點，可以作為機器人運動的底層控制器。目前已經(jīng)實現(xiàn)了運用Labview完成CPG神經(jīng)網(wǎng)絡模型的軟件實現(xiàn)，并應用于舵機驅(qū)動爬壁機器人的運動控制。在仿生機器人中的應用實例。返回CPG網(wǎng)絡的特點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，實現(xiàn)不同的運動模式。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。結(jié)構(gòu)簡單，具有很強的適應性。返回CPG單元CPG神經(jīng)元結(jié)構(gòu)圖CPG網(wǎng)絡返回舵機驅(qū)動爬壁機器人返回CPG在仿生機器人中的應用實例魚形機器人-國防科大，由兩個神經(jīng)元和簡單