仿生机器人论文

2018-12-17 15:50

仿生学的意义

随着社会的发展,时代的进步,大家对机器人一词已不再陌生。机器人已进入了各行各业的领域,在制造与生产方面为人类做出了巨大的贡献。而仿生机器人,作为机器人世界最有魅力的一块,也成为了21世纪最有前景的研究项目之一。

可是,仿生机器人究竟意义何在?所谓的前景,又面向何方?这却是大多人心里的疑惑。我们不得不承认,相对于工厂里那些简单到连只手臂都不大像的机器人,仿生机器人确实显得华而不实,不管怎么比,它的实际用处似乎都远远逊于工业机器人。就如繁琐的双脚远不如轮子来的实用,只有两个大关节的手臂远没有多关节机械臂来得灵活。那么,为何还有如此之多的科学家,愿意贡献自己毕生精力,去研究一个最终连站立都困难的机器人呢?

这其实得从几个方面来解释。首先,大家心里都必须承认,仿生机器人比普通机器人要来的有趣,它不单单是一件机械,更是一种极美艺术。而我们人类天生就对美的东西有一种追求,这就不难解释为什么许多人更愿意研究用处不大的仿生机器人。这不是为了某种目的,纯粹兴趣使然。若你单单只为追求简单实用,那我们人类社会里又何须有文学,何须有艺术,干脆单一到一个数字化的世界算了。

其次,研究仿生机器人是我们最终造出近人机器人一个必不可少的过程。它不但是技术与经验的累积,也是新思想与新理念的摇篮。例如,现在科学家们就提出,充分借鉴基于慎思式智能、反应式智能和分布式智能等三种体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体系结构方面所存在的缺点和问题,应思考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,在控制体系

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向本能式行为层的进化。

其次,仿生机器人有它本身无可替代的价值。例如飞行机器人即具有自主导航能力的无人驾驶飞行器,这类机器人活动空间广阔、运动速度快,居高临下不受地形限制. 在军事、森林火灾以及灾难搜救中,前景极好. 其飞行原理分为:固定翼飞行、旋翼飞行和扑翼飞行. 固定翼技术已经成熟,其翼展200mm以下不足以产生足够的升力. 目前国内外广泛关注的微型飞行器侧重于扑翼机的研究. 它模仿鸟类或昆虫的扑翼飞行原理,故被称为“人工昆虫”. 其特点是将举升、悬停和推进功能集于一个扑翼系统,可以用很小的能量做长距离飞行,同时具有较强的机动性,适合于长时间无能源补给及远距离条件下执行任务。像“机器苍蝇”. 其身高不到30mm, 翼展25mm,翼振频率150Hz,重量只有100mg,是真正的迷你型. 苍蝇是所有飞虫中飞行最稳定,机动性最强的一种. 由于苍蝇运动的复杂性,机器苍蝇用4只翅膀代替了苍蝇的翅膀. 每只翅膀需要的功率为8mW,且相对躯体可以实现两个方向的转动,转动的角度为140°和90°. 通过装在机器苍蝇头部的微型传感器与摄像机,可以将拍摄到的照片传回. 它的用途非常广泛,不仅能够充当间谍角色,用于军事上的侦察和间谍工作,在不为人察觉的情况下收集情报,还可以用来在灾难中搜寻废墟中的人员。再如美国宇航局(NASA)喷气推进实验室于2002年12月研制成功的机器蜘蛛Sp ider2pot,装有一对可以用来探测障碍的天线,且拥有异常灵活的腿. 它们能跨越障碍,攀登岩石,探访靠轮子滚动前进的机器人无法抵达的区域.凭借它们娇小的身材,机器蜘蛛一类微型仿生机器人非常适合勘探彗星、小行星等小型天体. 在国际空间站上它们可以充当维护员,及时发现空气泄漏等意外故障。跟航天有关的,还有2001年美国科学家Kelllar Autumn等经过对壁虎脚掌的研究,认为壁虎等爬壁生物能够在各种表面无障碍地运动,其脚掌与接触面之间的接触力是分子间作用力,该接触力的大小在分子间作用力作用范围内 . 基于分子间作用力的吸附机制,与真空吸附和磁吸附相比在

航天领域有着显而易见的优势. 例如,在人造卫星表面工作的小型机器人,与卫星表面的吸附连接不能依靠负压吸附(没有大气压) ,也不能依靠磁力吸附(卫星上有大量电磁敏感设备) ,而如果能够研制出像壁虎那样基于分子间作用力吸附的机器人脚掌,那么这种机器人的实现就简单多了. 美国加州大学伯克利分校和iRobot公司等都在进行仿壁虎机器人的研究. 图5是加州大学伯克利分校Robert Full等人研制的能在干燥环境下实现壁面爬行的仿壁虎机器人的样机. 国内的南京航空航天大学仿生结构与材料防护研究所也在进行与仿壁虎机器人相关的研究,目前已经取得了一些进展. 目前世界上关于仿壁虎机器人的研制还处在初步阶段,真正实现类似壁虎的全空间无障碍运动的机器人还需要时间.但是不管怎么说,它们,都是工业机器人所不能取代的。

最后,仿生机器人的终端,人形机器人将会最大程度的造福人类。显然,当前工业机器人应用最为广泛,一些典型品种如焊接、装配、喷漆、搬运机器人等,从事专门劳动的机器人太过单一。当仿生机器人的研究登堂入室后,机器人便能真正的走出工厂,进入百姓家中,广泛应用于生活、娱乐和教育中。真正作为电影里的服务型机器人,细腻而人性化的服务于人类。

这边是仿生机器人的意义,随着科技发展。仿生机器人作为机器人家族中的重要成员,具有高度的生活性和柔性,还具有高度的易复制性。这就决定了21世纪必将出现更多的仿生机器人种类,仿生机器人也将得到更深层次的发展。


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