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蛇形机器人
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尺蠖机器人
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爬壁机器人
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仿人机器人
• 仿人肢体型 • 仿人双足型
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日本双足机器人
• 日本本田和大阪大学联合研制的P1,P2,P3 型仿人步行机器人。 • 在P3基础上研制了ASIMO智能机器人 （1.2m,43kg,)爬楼梯，6km/h奔跑，声音 识别，通过头部照相机捕捉画面识别人类 各种手势和10种脸型。
仿生机器人技术简介
• • • • • • 定义 分类 特点 国内外研究情况 目前存在难题 发展方向
仿生机器人定义
• 模仿自然界中生物的外形、运动原理或行 为方式的系统，能从事生物特点工作的机 器人。
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按照所模仿对象进行分类
• 仿人，包括仿人的机械臂和仿人步行。 • 仿生物。 • 生物机器人。
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蟑螂机器人
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机器蝇
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机器鸟
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机械手
• 国外先进机械手 • 哈工大灵巧手 • 北航灵巧手
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东京机器手
i机器手
卡门机械臂
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日本灵巧手
• 4指，各三个关节，全手共14个自由度。
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仿生微型机器人
• 仿生微型机器人定义 • 国内外研究投入情况 • 发展方向
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仿生微型机器人国内外研究情况
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生物机器人
• 即活体生物的人工控制。
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仿生机器人发展方向
• 结构微型化—用于小型管道的检测等 • 可重构机器人（模块化和可重组）--军事侦察、 灾害现场调查 • 实用性—服务型机器人 • 仿生机器人群—机器人生产线、无人作战机群 • 新型仿生原理机器人—运动机理的建模、生物行 为方式的研究。 • 智能化：非结构环境下具有普遍实用意义的自主 步态规划生成及控制。
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CPG单元
CPG神经元结构图
CPG网络
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舵机驱动爬壁机器人
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CPG在仿生机器人中的应用实例
• 鱼形机器人---国防科大，由两个神经元和简单连 接关系组成，其振荡的收敛速度，幅度和频率分 别由动力学方程中的三个参数独立控制，该系统 能够对启动、停止和直线巡游等动作进行良好控 制。 • 蛇形机器人---中科院，构建了蛇形机器人CPG网 络模型，通过动力学仿真验证了该CPG网络对蜿 蜒运动控制的有效性，并仿真验证了转弯控制。
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仿生机器人特点
• 多为冗余自由度或超冗余自由度的机器人， 机构复杂。 • 其驱动方式不同于常规的关节型机器人， 通常采用绳索、人造肌肉或形状记忆合金 等驱动。
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仿生机器人国内外研究情况
• • • • • 水下仿生机器人 空中仿生机器人 地面仿生机器人 仿人机器人 生物机器人
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水下仿生机器人—北航
水下仿生机器鱼—日本
水下仿生机器鱼—日本
水下仿生机器人—美国
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空中仿生机器人
• 定义 • 举例
空中仿生机器人定义
• 具有自主导航能力，无人驾驶的飞行器。
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空中仿生机器人举例
• 美国机器蝇 • 法国机器鸟
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地面仿生机器人
• 蛇形机器人 • 爬壁机器人 • 仿尺蠖机器人
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ASIMO
终结者
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人造肌肉
人造肌肉机械臂
人造肌肉机器人
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亟待解决的难题
• • • • • • 体积重量过大 平台承载能力不强 视觉研究不成熟 步行敏捷性不强 控制方法控制算法需要改进 供能续航问题
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蛇
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SMA驱动
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日本
通产省“微型机械十年计划”（93年开始） 经费250亿日元 体积＜1立方cm 零件尺寸100微米以下 用 于核电站管道维护和人体疾病治疗
德国
美国 中国
为期3年 6000万英镑 “毫微米技术开发计划”
蚂蚁微型机器人、苍蝇微型机器人
主要集中在高校 比如上交的六足微小型仿蟑螂机器人
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仿生微型机器人发展方向
• • • • 微型能源 微驱动和控制技术 纳米级尺寸的发展 新型仿生原理机器人
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蜜蜂
沙漠蚂蚁
蚂蚁化学导航
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CPG在仿生机器人技术中的应用
• CPG（central pattern generator),生物利用CPG振荡网络 的自激行为产生有节律的协调运动。 • 基于CPG原理的运动控制是新兴的机器人运动控制方法。 • 基于CPG网络的特点，可以作为机器人运动的底层控制器。 • 目前已经实现了运用Labview完成CPG神经网络模型的软 件实现，并应用于舵机驱动爬壁机器人的运动控制。 • 在仿生机器人中的应用实例。
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CPG网络的特点
• 可以在缺乏高层命令和外部反馈的情况下 自动产生稳定的节律信号，而反馈信号和 高层命令又可以对CPG的行为进行调节。 • 通过相位锁定，可以产生多种稳定、自然 的相位关系，实现不同的运动模式。 • 易于和输入信号或物理系统耦合，使节律 行为在整个系统中传导。 • 结构简单，具有很强的适应性。