仿生机器人浅谈

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1、仿生机器人浅谈0232090220090440于苏显众所周知，自然界中的生物以其多彩多姿的形态!灵巧机敏的动作活跃于自然界，这中其人类灵巧的双手和可以直立行走的双足是最具灵活特性的。而非人生物的许多机能又是人类无法比拟的，如柔软的象鼻子，可以在任意管道中爬行的蛇，小巧的昆虫等。此，自然界生物的运动行为和某些机能已成为机器人学者进行机器人设计!实现其灵活控制的思考源泉，导致各类仿生机器人不断涌现,仿生机器人就是模仿自然界中生物的外部形状或某些机能的机器人系统。在人类发展的历史长河中，对仿生机械（器）的研究，都是多方面的，也就是既要发展

2、模仿人的机器人，又要发展模仿其他生物的机械（器机器人未问世之前，人们除研究制造自动偶人外，对机械动物非常感兴趣，如传说诸葛亮制造木牛流马，现代计算机先驱巴贝吉设计的鸡与羊玩具，法国著名工程师鲍堪松制造的凫水的铁鸭子等，都非常有名。几年前，科技工作者为圣地亚哥市动物制造电子机器鸟，它能模仿母兀鹰，准时给小兀鹰喂食；日本和俄罗斯制造了一种电子机器蟹，能进行深海控测，采集岩样，捕捉海底生物，进行海下电焊等作业。美国研制出一条名叫査理的机器金枪鱼，长1.32米，由2843个零件组成。通过摆动躯体和尾巴，能像真的鱼一样游动，速度为7.2千米

3、/小时。可以利用它在海下连续工作数个月，由它测绘海洋地图和检测水下污染，也可以用它来拍摄生物，因为它模仿金枪鱼惟妙惟肖。仿生机器人主要分为仿人类肢体机器人和仿非人生物机器人。仿人类肢体又可以分为仿人手臂和双足。仿非人的主要分为宏型和微型。仿人手臂型主要是研究其自由度和多自由度的关节型机器人操作臂!多指灵巧手及手臂和灵巧手的组合。仿人双足型主要是研究双足步行机器人机构。宏型仿非人生物机器人主要是研究多足步行机器人（四足，六足，八足），蛇形机器人、水下鱼形机器人等,其体积结构较大。微型仿非人生物机器人主要是研究各类昆虫型机器人，如仿尺蝮

4、虫行进方式的爬行机器人.微型机器狗、蟋彈微机器人、婵螂微机器人、蝗虫微机器人等。仿生机器人的主要特点：一是多为冗余自由度或超冗余自由度的机器人，机构复杂；二是其驱动方式有些不同于常规的关节型机器人，采用绳索或人造肌肉驱动。仿生式休系结构的思想原理：从本质上来讲，慎思式智能、反应式智能以及分布式智能，都是对生物控制逻辑和推理方式的一种借鉴和仿生，但由于客观条件的限制和需求目的的局限，它们都只是从某一个角度和方向对生物智能的一种片面的、局部的模仿。本文的仿生式体系结构就是以前述的生物控制逻辑和行为推理为基础，充分借鉴基于慎思式智能、反应

5、式智能和分布式智能等三种休系结构思想的优点与不足之处，针对目前机器人特别是未知环境下工作的移动机器人在控制休系结构方面所存在的缺点和问题，提出一种具有适应行为与进化能力的新的控制思想与理念。借鉴分布式智能的思想，在控制体系结构中引人社会式行为控制层；借鉴生物的自适应性思想，在控制休系结构中实现本代内的由慎思式行为层到反射式行为层的学习；借鉴生物的自进化性思想，在控制体系结构中实现多代间的由反射式行为层所以，仿生式体系结构共有四个行为控制层组成，即本能式行为控制层、反射式行为控制层、慎思式行为控制层和社会式行为控制层，它们并行接收来自

6、感知层的外部和内部信息，各自做出逻辑判断和反应发出控制信息到末端执行层，通过竞争和协调来调节自身并适应外部环境，从而按照目标完成工作任务。下面简单举一些例子来说明。1.模仿大象鼻子的机器人手臂这是根据大象鼻子的特点设计出来的新型仿生机器处理系统：仿生操作助手”。“仿生操作助手”由德国工程公司费斯托公司研制，它可以平稳地搬运重负载，原理在于它的每一节椎骨可以通过气囊的压缩和充气进行扩展和收缩。2.模仿壁虎的粘性机器人如果没有吸盘，机器人如何在垂直、光滑的物体（如玻璃）表面攀爬呢？而使用吸盘速度很慢，效率很低。美国斯坦福大学机械工程学教

7、授马克■库特科斯基研制了一种“粘性机器人”，其设计灵感就源自壁虎足垫上的小刚毛。壁虎足垫上长有数以百万计的小刚毛，小刚毛还拥有细微的分叉尖端，它们可以与物休表面的分子结合，产生强大的粘附力。这种粘附力可以帮助壁虎自由地在垂直.光滑的物体表面攀爬。3•机械婵螂科学家们发现，璋螂在高速运动时，每次只有三条腿着地，一边两条,一边一条，循环反复，根据这个原理，仿生学家制造出机械璋螂，它不仅每秒能够前进三米，而且平衡性非常好，能够适应各种恶劣环境，不远的将来，太空探索或排除地雷，就是它的用武之地。4•机器梭子鱼麻省理工学院的机器梭子鱼，是世界

8、上第一个能够自由游动的机器鱼。它大部分是由玻璃纤维制成的，上覆一层钢丝网，最外面是一层合成弹力纤维。尾部由弹簧状的锥形玻璃纤维线圈制成，从而使这条机器梭子鱼既坚固又灵活。一台伺服电动机为这条机器鱼提供动力。仿生机器人的主要研究问题包括