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仿生机器人调研报告-句容教育.doc


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文档列表 文档介绍
中学生机器人竞赛
培训教材
(仿生机器人)
句容市行香中学
电脑制作社团

摘要:伴随着机器人技术、仿生技术、控制技术以及制造技术的进步,机器人应用领域的不断拓展。而机器人工作环境和工作任务的复杂化, 对机器人工作的灵活性、可靠性、准确性、稳定性和适应性提出了更严格的要求,传统的机器人采用轮子或履带作为移动机构已然无法满足上述要求。仿生机器人由于其高度灵活性和柔性已受到机器人学者的广泛关注和研究。本文首先由仿生学相关概念引出仿生机器人,然后对仿生机器人的基本概念及其分类进行了概述。其次按照空中仿生机器人、陆地仿生机器人和水下仿生机器人的分类方法选择仿生机器人中典型代表进行介绍,归纳和阐述了各种类型仿生机器人的特点、研究成果以及国内外的研究状况。然后对仿生机器人发展过程中的关键技术问题进行了总结分析。最后对仿生机器人的发展趋势进行了展望。
关键词:仿生机器人仿生学研究现状发展趋势
1959年,第一台工业机器人在美国诞生,开创了机器人发展的新纪元。机器人的诞生和机器人学的建立及发展,是20世纪自动控制领域最具说服力的成就,是20世纪人类科学技术进步的重大成果。近几十年,机器人技术和工业得到了前所未有的发展,各种用途的机器人相继问世,使人类的许多梦想变成了现实,机器人已从传统的制造业进入人类的各种活动领域。进入21世纪,军事作战、反恐防爆等领域大量需求无人作战武器,人类探索太空和建设航天站步伐的加快越来越依赖于智能探索机器人。
自然界在亿万年的演化过程中孕育了各种各样的生物,生物体发展了灵巧的运动机构和机敏的运动模式,这成为机器人发展取之不尽的知识源泉。1960年,美国科学家Steel J E经过长期的观察研究,创立了仿生学。它是生物科学和工程技术相结合的一门边缘学科,通过学****模仿、复制和再造生物系统的结构、功能、工作原理及控制机制,来改进现有的或创造新的机械、仪器、建筑和工艺过程。仿生学在机器人科学中的应用,推动了机器人的适应能力向非结构化、未知的环境方向发展。科学家们向生物学****创造出了众多高性能的仿生机器人。
1、仿生机器人基本概念及其分类
仿生机器人是指模仿自然界中生物的外部形状、运动原理或行为方式的系统,并且能从事生物特点工作的机器人。仿生机器人的研究是以机器人技术和仿生学的发展为基础,它的产生和存在的前提条件在于生物是经过了长期的自然选择进化而来的,在结构、功能执行、环境适应、信息处理、自主学****等诸多方面具有高度的合理性和科学性。人类通过研究、学****模仿来复制和再造某些生物特性和功能
,制造出能够代替人类从事恶劣环境下工作的仿生机器人,从而极大地提高人类对自然的适应和改造能力,产生巨大的社会经济效益。
仿生机器人作为机器人技术领域中的一个新兴的发展分支,是众多专家和学者的研究热点。对于仿生机器人的研究是多方面的,因此出现了功能、形状各异以及工作原理不同的仿生机器人,种类繁多。分类方法也不尽相同,按照仿生机器人模仿特性可划分为仿人类肢体和仿非人生物两大类;按照仿生机器人模仿的运动机理、感知机理、控制机理及能量代谢和材料组成的进行划分;按照仿生机器人的空间工作环境的不同又可划分空中仿生机器人、陆地仿生机器人和水下仿生机器人等。为便于理解和分析,本文按照第三中分类方法,具体描述各类型仿生机器人的国内外研究现状。
2、仿生机器人国内外研究现状
空中仿生机器人
空中飞行机器人即具有自主导航能力的无人驾驶飞行器。与其他类型的机器人相比较,由于空中飞行机器人活动空间广阔,不受地形限制,运动速度快等特点,在军事间谍、森林火灾预防以及灾难搜救等领域中具有广泛应用。空中机器人飞行原理一般可分为固定翼飞行、旋翼飞行和扑翼飞行三种。目前国内外广泛关注的微型飞行器侧重于扑翼机的研究,它是一种模仿鸟类或昆虫飞行的新型飞行器,在原理上不同于传统的飞机设计和气动力的研究范畴,其特点是将举升、悬停和推进功能集于一个扑翼系统,从而较少的能量可支持远距离飞行,这种类型的空中飞行机器人具备较强的机动性,在长时间无能源补给及远距离条件下,仍然能够执行任务。
机器蝙蝠
图1所示为微型蝙蝠“Micro Bat”,是最早的仿生物飞行方式的电动扑翼飞行器。首架原型机于1998年10月试飞成功,它由加州理工学院、AeroVironment和加州大学联合研制。微型蝙蝠机体骨架和机翼采用新型超强复合材料,机翼模仿蝙蝠和昆虫的翅膀,采用 MEMS 技术加工制作。配备微型电机和高能电池,通过一种轻型传动机构将微型电机的转动变换为扑翼的上下扑动。该飞行器己经发展了
4 种不同的原理样机,飞行性能最好的是第4代样机。翼展为 ,,飞行时间为6min,飞行距离为46m,扑动频率为20Hz。采用扑翼

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  • 时间2018-09-25