仿生机器人技术简介

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 。 返 回 首 页 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 。 返 回 首 页 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 。 返 回 首 页 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 返 回 首 页 水 下 机 器 人 无 人 遥 控 潜 水 器 ， 也 称 水 下 机 器 人 。 一 种工 作 于 水 下 的 极 限 作 业 机 器 人 ， 能 潜 入 水中 代 替 人 完 成 某 些 操 作 ， 又 称 潜 水 器 。 水下 环 境 恶 劣 危 险 ， 人 的 潜 水 深 度 有 限 ， 所以 水 下 机 器 人 已 成 为 开 发 海 洋 的 重 要 工 具 。 无 人 遥 控 潜 水 器 主 要 有 ， 有 缆 遥 控 潜 水 器和 无 缆 遥 控 潜 水 器 两 种 ， 其 中 有 缆 避 控 潜水 器 又 分 为 水 中 自 航 式 、 拖 航 式 和 能 在 海底 结 构 物 上 爬 行 式 三 种 。 水 下 仿 生 机 器 人 机 器 鱼 机 器 鱼 “ 自 由 泳 ” “ 过 龙 门 ” 在 水 中 “ 戏 球 ” 自 主 地 避 开 障 碍 物 【 最 新 版 机 器 金 枪 鱼 】 如 图 所 示 ， 这 是 美 国 麻 省 理 工 学 院 最 新 款机 器 金 枪 鱼 ， 它 柔 韧 的 身 体 内 部 整 合 了 1个 发 动 机 和 6个 可 移 动 部件 ， 使 其 能 更 好 地 模 拟 真 实 金 枪 鱼 的 活 动 。 它 的 身 体 是 由 软 聚 合 体制 成 ， 该 材 料 不 会 受 到 水 的 腐 蚀 作 用 。 真 实 的 金 枪 鱼 每 秒 可 游 动自 已 体 长 10倍 的 距 离 ， 而 这 款 机 器 人 仅 能 每 秒 游 动 相 当 于 自 身 体长 的 距 离 。 【 “ 珠 宝 机 器 鱼 ” 】 如 图 所 示 ， 2005年 10月 7日 ， 一 位 儿 童 在 伦敦 水 族 馆 正 在 观 看 一 个 像 珠 宝 一 样 的 机 器 鱼 。 不 久 西 班 牙 海 岸 将 增添 4只 这 样 的 机 器 鱼 负 责 巡 逻 工 作 ， 搜 寻 水 中 的 污 染 物 质 。 这 种 机器 鱼 体 长 1.5米 （ 4.9英 尺 ） ， 目 前 这 款 由 英 国 艾 塞 克 斯 郡 大 学 设 计的 机 器 鱼 将 进 一 步 进 行 功 能 性 改 进 。 使 用 时 间 更 长 的 电 池 和 高 级 的传 感 器 将 使 每 只 机 器 人 可 在 Gijon湾 持 续 勘 测 8个 小 时 ， 能 够 自 动 上报 勘 测 位 置 的 变 化 ， 并 且 无 线 传 输 勘 测 数 据 。 【 机 器 企 鹅 】 如 图 所 示 ， 机 器 企 鹅 可 以 无 需 人 们 的 帮 助 下 在 池 塘 中 巡 游 ，但 并 不 像 真 实 企 鹅 那 样 可 以 背 身 反 向 游 动 。 机 器 企 鹅 是 由 德 国 费 斯 托 工程 公 司 设 计 制 造 ， 据 悉 ， 该 公 司 主 要 面 向 汽 车 行 业 出 售 充 气 装 置 。 机 器 企鹅 是 一 款 最 新 型 设 计 ， 充 分 结 合 了 该 公 司 的 仿 生 技 术 。 【 机 器 水 母 】 如 图 所 示 ， 德 国 费 斯 托 工 程 公 司 设 计 的 机 器 水 母 足 以 让 人们 大 吃 一 惊 ， 它 们 通 过 内 置 在 圆 顶 结 构 中 的 11个 红 外 线 发 光 二 极 管 ， 可 以彼 此 之 间 进 行 沟 通 联 系 。 该 公 司 使 用 机 器 水 母 测 试 大 规 模 工 程 故 障 是 否 可以 通 过 许 多 小 型 机 器 人 系 统 协 作 来 完 成 。 水 下 仿 生 机 器 人 的 应 用 军 用 方 面 ： 战 时 侦 察 ， 收 集 情 报 ， 探 雷 与 灭 雷 ，潜 艇 战 与 反 潜 战 ， 作 为 诱 饵 干 扰 敌 方 等 ， 同 时 也可 以 作 为 高 性 能 的 智 能 化 器 或 武 器 平 台 ， 直 接 用于 袭 击 和 破 坏 敌 方 的 港 口 、 水 下 侦 察 系 统 、 舰 船 、海 上 平 台 、 破 坏 敌 方 海 上 运 输 线 等 。 查 看 海 水 变 化 ， 定 位 并 排 除 水 雷 。 美 国 “ 水 下 龙 虾 ” 机 器 人 水 下 仿 生 机 器 人 的 应 用 美 国 海 军 的 涡 量 控 制 水 下 无 人 载 器 空 中 仿 生 机 器 人 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 。 海 湾 战 争 1991年 爆 发 了 海 湾 战 争 ， 美 军 首 先 面 对 的 一 个 问 题 就 是 要 在 茫 茫 的 沙 海中 找 到 伊 拉 克 隐 藏 的 飞 毛 腿 导 弹 发 射 器 。 如 果 用 有 人 侦 察 机 ， 就 必 须 在 大漠 上 空 往 返 飞 行 ， 长 时 间 暴 露 于 伊 拉 克 军 队 的 高 射 火 力 之 下 ， 极 其 危 险 。为 此 ， 无 人 机 成 了 美 军 空 中 侦 察 的 主 力 。 在 整 个 海 湾 战 争 期 间 ， “ 先 锋 ”无 人 机 是 美 军 使 用 最 多 的 无 人 机 种 ， 美 军 在 海 湾 地 区 共 部 署 了 6个 先 锋 无 人机 连 ， 总 共 出 动 了 522架 次 ， 飞 行 时 间 达 1640小 时 。 那 时 ， 不 论 白 天 还 是黑 夜 ， 每 天 总 有 一 架 先 锋 无 人 机 在 海 湾 上 空 飞 行 。 为 了 摧 毁 伊 军 在 沿 海 修 筑 的 坚 固 的 防 御 工 事 ， 2月 4日 密 苏 里 号 战 舰 乘 夜 驶至 近 海 区 ， 先 锋 号 无 人 机 由 它 的 甲 板 上 起 飞 ， 用 红 外 侦 察 仪 拍 摄 了 地 面 目标 的 图 像 并 传 送 给 指 挥 中 心 。 几 分 钟 后 ， 战 舰 上 的 406毫 米 的 舰 炮 开 始 轰 击目 标 ， 同 时 无 人 机 不 断 地 为 舰 炮 进 行 校 射 。 之 后 威 斯 康 星 号 战 舰 接 替 了 密苏 里 号 ， 如 此 连 续 炮 轰 了 三 天 ， 使 伊 军 的 炮 兵 阵 地 、 雷 达 网 、 指 挥 通 信 枢纽 遭 到 彻 底 破 坏 。 在 海 湾 战 争 期 间 ， 仅 从 两 艘 战 列 舰 上 起 飞 的 先 锋 无 人 机就 有 151架 次 ， 飞 行 了 530多 个 小 时 ， 完 成 了 目 标 搜 索 、 战 场 警 戒 、 海 上 拦截 及 海 军 炮 火 支 援 等 任 务 。 在 海 湾 战 争 中 ， 先 锋 无 人 机 成 了 美 国 陆 军 部 队 的 开 路 先 锋 。 它 为 陆 军 第 7军进 行 空 中 侦 察 ， 拍 摄 了 大 量 的 伊 军 坦 克 、 指 挥 中 心 、 及 导 弹 发 射 阵 地 的 图像 ， 并 传 送 给 直 升 机 部 队 ， 接 着 美 军 就 出 动 “ 阿 帕 奇 ” 攻 击 型 直 升 机 对 目标 进 行 攻 击 ， 必 要 时 还 可 呼 唤 炮 兵 部 队 进 行 火 力 支 援 。 先 锋 机 的 生 存 能 力很 强 ， 在 319架 次 的 飞 行 中 ， 仅 有 一 架 被 击 中 ， 有 4 5架 由 于 电 磁 干 扰 而失 事 。 除 美 军 外 ， 英 、 法 、 加 拿 大 也 都 出 动 了 无 人 机 。 如 法 国 的 “ 幼 鹿 ” 师 装 备有 一 个 “ 马 尔 特 ” 无 人 机 排 。 当 法 军 深 入 伊 境 内 作 战 时 ， 首 先 派 无 人 机 侦察 敌 情 ， 根 据 侦 察 到 的 情 况 ， 法 军 躲 过 了 伊 军 的 坦 克 及 炮 兵 阵 地 。 空 中 仿 生 机 器 人 举 例 美 国 机 器 蝇 法 国 机 器 鸟 返回首页 机 器 苍 蝇 的 体 重 只 有 六 十 毫 克 ， 翼 展也 仅 仅 有 三 厘 米 ， 它 是 典 型 的 仿 生 学产 品 ， 其 飞 行 运 动 原 理 和 真 的 苍 蝇 非常 相 似 ， 在 哈 佛 大 学 完 成 了 它 的 首 飞 。当 机 器 人 学 家 第 一 次 看 到 他 们 的 作 品开 始 运 动 和 具 有 “ 生 命 ” 时 ， 没 有 其他 比 在 此 时 更 具 有 价 值 的 时 刻 了 。 而罗 伯 特 伍 德 ， 就 在 一 年 前 的 此 时 ， 当罗 伯 特 伍 德 的 第 一 双 人 工 翅 膀 展 翅 飞翔 的 时 候 ， 这 种 初 为 人 父 般 的 骄 傲 来临 了 。事 情 源 于 罗 伯 特 伍 德 在 坚 持 薄 翼 式 机器 人 ， 它 使 用 两 个 绷 紧 的 钢 丝 。 接 下来 罗 伯 特 伍 德 接 通 了 外 部 电 源 。 使 用几 毫 秒 碳 纤 维 作 为 翅 膀 ， 大 约 有 15毫 米 的 长 度 ， 它 每 秒 可 以 来 回 扑 扇 120次 ，就 像 一 个 实 际 的 昆 虫 在 来 回 扑 扇 着 翅膀 。 苍 蝇 机 器 人 沿 着 由 电 线 定 好 的 轨道 直 线 起 飞 。 据 罗 伯 特 伍 德 所 知 ， 这是 首 次 能 够 飞 行 的 昆 虫 般 大 小 的 机 器人 。 1返 回 机 器 鸟 是 一 种 外 形 酷 似 鹰 的 遥 控 飞 行器 ， 希 望 它 能 在 机 场 上 吓 跑 其 他 鸟 类 ，防 止 事 故 发 生 。 但 其 效 果 有 待 时 间 检验 。GreenX这 是 一 种 名 为 GreenX的 机 器 鸟 ， 外 形酷 似 鹰 ， 地 面 人 员 像 遥 控 飞 机 一 样 指挥 机 器 鸟 的 飞 行 。 它 们 可 以 在 空 中 滑翔 、 俯 冲 或 者 急 速 扇 动 翅 膀 ， 鸟 类 的所 有 动 作 ， 机 器 鸟 都 能 完 成 。返 回 仍 然 是 一 个 挑 战 要 达 到 稳 定 、 自 由 地 飞 行 ， 需 要 缩 小 并 安 装 个 装 置 ： 传 感 器 、 控制 器 和 电 源 。 目 前 ， 一 些 实 验 室 和 公 司 共 同 在 开 发 一 套 灵 感 来 自 于 生物 知 觉 的 系 统 ， 即 可 以 控 制 机 器 人 自 身 飞 行 姿 态 和 简 单 动 作 的 传 感 器 。我 的 前 任 导 师 费 林 受 其 启 发 ， 在 伯 克 利 加 利 福 尼 亚 大 学 微 型 系 统 仿 生实 验 室 发 明 了 能 够 探 测 视 野 的 陀 螺 仪 和 传 感 器 。 在 华 盛 顿 特 区 的 ， 已 经 研 制 出 重 量 小 于 克 的 视 觉 传 感 器 ， 以 协 助 飞 行 机器 人 导 航 。 苍 蝇 可 以 实 现 所 谓 “ 眼 跳 ” 的 跳 跃 飞 行 ， 因 为 它 有 一 个 迅 速 反 应的 神 经 系 统 。 在 苍 蝇 体 内 ， 神 经 冲 动 无 须 通 过 中 枢 神 经 系 统 ， 而 是 直接 由 内 部 反 馈 传 感 器 控 制 飞 行 肌 。 我 们 目 前 正 在 研 究 可 行 的 办 法 来 效仿 这 一 系 统 ， 即 让 一 些 姿 态 传 感 器 来 辨 别 方 向 并 直 接 控 制 执 行 机 构 。 而 如 何 将 电 源 放 置 在 机 器 人 上 是 我 们 面 临 的 又 一 挑 战 。 安 装 在 苍蝇 机 器 人 上 的 电 池 虽 然 体 积 极 小 ， 但 所 需 的 能 量 密 度 很 高 ， 当 今 最 好的 缩 小 版 锂 电 池 重 约 毫 克 ， 占 飞 行 机 器 人 重 量 的 一 半 ， 可 以 飞 行 分 钟 。 为 了 延 长 飞 行 时 间 ， 我 们 不 得 不 增 加 电 池 的 能 量 密 度 ， 可 能 在 机 器 人 背 部 安 装 微 型 太 阳 能 电 池 板 或 将 机 器 人 机 翼 的 振 动 转 换成 电 能 。 现 在 ， 我 们 已 把 注 意 力 转 向 低 功 耗 和 分 散 控 制 算 法 上 。 其 次 ， 开 始 考 虑 借 助 大 自 然 的 力 量 。 令 人 惊 叹 地 是 ， 自 然 界 中 的 昆 虫 在 完 成 某 项 任 务 的 过 程 中 ， 仅 仅 使 用了 简 单 的 法 则 和 最 小 限 度 的 沟 通 ， 比 如 白 蚁 能 搭 建 一 个 超 出 其 自 身 体积 数 百 万 倍 的 结 构 。 为 此 我 们 相 信 ， 研 究 和 模 仿 昆 虫 的 行 为 ， 可 以 帮助 我 们 改 进 算 法 ， 我 们 的 机 器 人 最 终 可 以 被 用 来 作 为 工 具 ， 由 成 群 的简 单 机 器 人 去 完 成 复 杂 的 任 务 。 尽 管 是 一 些 基 本 的 控 制 算 法 ， 我 们 仍 然 期 待 微 型 机 器 人 作 为 一 个特 定 的 移 动 传 感 器 网 络 ， 能 扮 演 和 履 行 各 种 各 样 的 角 色 ， 包 括 搜 索 与救 援 、 危 险 环 境 中 的 监 测 、 完 成 侦 察 任 务 乃 至 行 星 探 测 等 。 我 们 预 测 ：在 微 型 机 器 人 机 翼 上 安 装 智 能 传 感 器 不 再 是 一 个 遥 远 的 梦 ， 一 个 完 全自 主 的 昆 虫 机 器 人 年 内 将 在 实 验 室 条 件 下 飞 翔 。 届 时 ， 人 们 将 看 到这 些 机 器 人 在 我 们 的 日 常 生 活 中 出 现 。 令 人 惊 叹 地 是 ， 自 然 界 中 的 昆虫 在 完 成 某 项 任 务 的 过 程 中 ， 仅 仅 使 用 了 简 单 的 法 则 和 最 小 限 度 的 沟通 ， 比 如 白 蚁 能 搭 建 一 个 超 出 其 自 身 体 积 数 百 万 倍 的 结 构 。 为 此 我 们相 信 ， 研 究 和 模 仿 昆 虫 的 行 为 ， 可 以 帮 助 我 们 改 进 算 法 ， 我 们 的 机 器人 最 终 可 以 被 用 来 作 为 工 具 ， 由 成 群 的 简 单 机 器 人 去 完 成 复 杂 的 任 务 。 尽 管 是 一 些 基 本 的 控 制 算 法 ， 我 们 仍 然 期 待 微 型 机 器 人 作 为 一 个特 定 的 移 动 传 感 器 网 络 ， 能 扮 演 和 履 行 各 种 各 样 的 角 色 ， 包 括 搜 索 与 救 援 、 危 险 环 境 中 的 监 测 、 完 成 侦 察 任 务 乃 至 行 星 探 测 等 。 我 们 预 测 ：在 微 型 机 器 人 机 翼 上 安 装 智 能 传 感 器 不 再 是 一 个 遥 远 的 梦 ， 一 个 完 全自 主 的 昆 虫 机 器 人 年 内 将 在 实 验 室 条 件 下 飞 翔 。 届 时 ， 人 们 将 看 到这 些 机 器 人 在 我 们 的 日 常 生 活 中 出 现 。 地 面 仿 生 机 器 人 蛇 形 机 器 人 爬 壁 机 器 人 机 器 狗 机 器 人 返 回 蛇 形 机 器 人 返 回 英 国 伦 敦 大 学 的 计 算 机 专 家 目 前 正 在 开 发 一 种 低成 本 的 军 事 侦 察 机 器 人 ， 这 种 无 轮 的 蛇 形 机 器 人拥 有 一 套 根 据 “ 适 者 生 存 ” 法 则 开 发 的 智 能 软 件 ，可 以 帮 助 它 在 战 场 上 受 伤 或 损 坏 关 键 “ 肌 肉 ” 的部 位 进 化 ， 不 会 影 响 它 继 续 前 进 。 研 究 人 员 还 为它 设 计 了 可 传 送 高 质 量 图 像 和 声 音 的 变 形 天 线 。据 8月 21日 出 版 的 新 科 学 家 杂 志 报 道 ， 这 种 蛇型 机 器 人 是 由 一 根 根 类 似 椎 骨 的 标 准 组 件 环 环 相扣 而 成 ， 每 根 椎 骨 上 有 三 条 单 独 的 “ 肌 肉 ” ， 这些 “ 肌 肉 ” 由 一 种 叫 做 镍 钛 诺 的 金 属 丝 制 成 ， 这种 非 磁 性 合 金 具 有 形 状 记 忆 的 特 殊 功 能 ， 当 有 电流 通 过 时 ， 镍 钛 诺 的 晶 体 结 构 会 收 缩 ， 一 旦 断 电 ，它 又 能 恢 复 到 以 前 的 形 状 。 研 究 人 员 将 蛇 形 机 器人 的 部 分 “ 肌 肉 ” 接 上 电 源 ， 以 使 其 朝 特 定 的 方向 移 动 。 切 断 电 流 后 ， “ 肌 肉 ” 反 弹 ， 机 器 人 就会 跳 动 着 前 进 。 研 究 人 员 说 ， 使 机 器 人 像 蛇 一 样 扭 动 前 行 的 程 序 设 计非 常 简 单 ， 但 是 要 确 保 其 “ 肌 肉 ” 受 伤 后 还 能 移 动 就需 要 动 动 脑 筋 了 。 研 究 小 组 负 责 人 彼 得 本 特 利 根 据“ 适 者 生 存 ” 的 遗 传 法 则 设 计 了 一 套 软 件 ， 帮 助 蛇 形机 器 人 不 断 进 化 ， 进 行 自 我 完 善 。 这 套 程 序 特 别 之 处就 在 于 20条 数 字 染 色 体 ， 每 条 染 色 体 都 有 一 个 任 意 的起 始 二 进 制 数 字 与 一 条 “ 肌 肉 ” 相 对 应 ， 1代 表 “ 肌肉 ” 活 化 ， 0代 表 “ 肌 肉 ” 僵 滞 ， 这 样 ， “ 肌 肉 ” 的活 化 与 僵 滞 就 进 入 一 个 循 环 状 态 。 由 于 不 同 的 染 色 体决 定 着 蛇 形 机 器 人 不 同 的 运 动 方 式 ， 根 据 机 器 人 需 要前 进 的 距 离 远 近 ， “ 适 者 生 存 ” 法 则 将 对 所 有 的 染 色体 进 行 测 试 ， 测 试 情 况 最 好 的 两 条 染 色 体 被 保 存 下 来 ，剩 余 的 则 重 新 混 合 在 一 起 ， 或 使 其 随 意 变 异 。 然 后 研究 人 员 将 测 试 过 程 再 次 重 复 ， 这 样 经 过 好 几 代 演 化 ，使 染 色 体 控 制 的 “ 肌 肉 ” 达 到 最 终 的 稳 定 表 现 状 态 。 爬 壁 机 器 人 返回首页 NINJA 基 于 范 德 华 力 的 仿 生 壁 虎 脚 掌 吸 附 式(干 性 粘 剂 -人 造 仿 生 壁 虎 脚 ) 大 量 的 微 精 细 刚 毛 保 证 了 壁 虎 脚 掌 与 接触 面 的 充 分 接 触 ， 从 而 产 生 强 大 的 黏 附 力 人 工 智 能 机 器 狗 “ 爱 宝 ” （ Aibo） 索 尼 公 司 最 新 推 出 的 新 一 代 人 工 智 能机 器 狗 “ 爱 宝 ” （ Aibo） ， 借 鉴 了 美国 畅 销 玩 具 “ 跳 舞 鸡 ” Elmo（ Chicken Dance Elmo） 的 “ 聪 明 ” 和 “ 可 爱 ”（ 新 型 “ 爱 宝 ” 狗 也 能 像 “ 跳 舞 鸡 ”一 样 跟 着 音 乐 节 奏 而 “ 翩 翩 起 舞 ” ） 。新 一 代 “ 爱 宝 ” 机 器 狗 能 够 与 MP3 、WAV 和 Windows Media 文 件 格 式 兼 容 。索 尼 公 司 在 1999年 ， 将 第 一 代 人 工 智能 机 器 狗 “ 爱 宝 ” 首 次 推 向 市 场 。 宠 物 “ 小 狗 ” 的 主 人 们 可 以 通 过 个 人 计 算机 ， 在 无 线 环 境 下 完 成 控 制 、 编 程 以 及 导航 操 作 。 而 软 件 系 统 的 更 新 改 进 ， 加 快 了机 器 狗 爱 宝 “ 头 脑 ” 的 反 应 时 间 ， 使 它 能够 更 好 地 执 行 主 人 们 的 声 音 指 令 ， 索 尼 公司 如 此 表 示 。 新 一 代 “ 爱 宝 ” 还 装 有 一 个与 微 软 公 司 Outlook 软 件 兼 容 的 日 程 安 排程 序 ， 因 此 ， 这 只 机 器 狗 可 以 及 时 地 提 醒它 的 主 人 们 ， 不 要 忘 记 约 会 的 时 间 。 由 于 增 加 了 “ 视 频 摄 像 ” （ video-recording ） 功 能 ， 新 一 代 “ 爱 宝 ”机 器 狗 现 在 还 能 够 行 使 “ 看 门 狗 ” 的职 责 ， 来 做 为 “ 看 守 ” 使 用 。 当 屋 子的 主 人 不 在 家 时 ， “ 爱 宝 ” 可 以 自 动捕 捉 拍 摄 室 内 所 有 的 运 动 画 面 （ 例 如移 动 的 物 体 或 陌 生 人 ） 。 此 外 ， “ 爱宝 ” 的 眼 部 装 有 CMOS 照 相 机 ， 使 得 这只 “ 小 狗 ” 能 够 拍 摄 照 片 ， 并 将 拍 摄到 的 图 像 照 片 通 过 电 子 邮 件 传 送 到 主人 们 的 计 算 机 里 或 手 机 里 。 最 成 功 的 四 足 机 器 人 BigDog 仿 人 机 器 人 模 仿 人 的 形 态 和 行 为 而 设 计 制 造 的 机 器 人 就 是 仿人 机 器 人 ， 一 般 分 别 或 同 时 具 有 仿 人 的 四 肢 和 头 部 。中 国 科 技 大 学 陈 小 平 教 授 介 绍 ， 机 器 人 一 般 根 据 不同 应 用 需 求 被 设 计 成 不 同 形 状 ， 如 运 用 于 工 业 的 机械 臂 、 轮 椅 机 器 人 、 步 行 机 器 人 等 。 而 仿 人 机 器 人研 究 集 机 械 ， 电 子 ， 计 算 机 ， 材 料 ， 传 感 器 ， 控 制技 术 等 多 门 科 学 于 一 体 ， 代 表 着 一 个 国 家 的 高 科 技发 展 水 平 。 从 机 器 人 技 术 和 人 工 智 能 的 研 究 现 状 来看 ， 要 完 全 实 现 高 智 能 ， 高 灵 活 性 的 仿 人 机 器 人 还有 很 长 的 路 要 走 ， 而 且 ， 人 类 对 自 身 也 没 有 彻 底 地了 解 ， 这 些 都 限 制 了 仿 人 机 器 人 的 发 展 返回首页 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 。 返 回 TMSUK04 T5 http:/www.tmsuk.co.jp/jap/index.html 遠端操控1993年1月開発 1996年1月開発 1997年開発 1999年開発T5 2000年開発TMSUK04-2 株式会社 危険地域（工事現場災害現場） 滅火! 2000年 前 后 ， 日 本 SONY、 丰 田 、 本 田 、 富 士 通 等 公司 开 发 并 展 示 了 一 系 列 类 人 型 机 器 人 产 品 ， 具 备 了 较 高的 水 平 。 SDR-4X(Sony Dream Robot) http:/www.watch.impress.co.jp/pc/docs/2002/0320/sony.htm1994 P1 ASIMO SDR 2000P31997 P2PS: Prototype =原形 ASIMO= short for Advanced Step in Innovative Mobility 1996公開發表震撼機械人學界! 1988年 国 防 科 技 大 学 研 制 成 功 了 六 关 节 平 面 运 动 型 双足 步 行 机 器 人 。 2000年 ， 我 国 第 一 台 类 人 型 机 器 人 在 国 防 科 大 研 制 成功 。 目 前 ， 国 内 也 有 较 成 熟 的 类 人 型 机 器 人 产 品 。 Nao机 器 人 法 国 Aldebaran-Robotics 公 司 的 产 品 。 RoboCup机 器 人 世 界 杯 的 标 准 平 台 组 比 赛 用 机 器 人 。 有 视 觉 、 听 觉 和 姿 态 传 感 ， 能 感 知 外 部 环 境 和 自 身 姿态 。 它 可 在 Linux、 微 软 或 MacOS 等 多 种 平 台 上 编 程 开发 。 价 格 约 为 十 多 万 人 民 币 。 机 器 人 综 合 特 性 参 数 ：体 型 特 征 ：身 高 ： 58公 分体 重 ： 4.3 Kg身 体 类 型 ： 工 业 塑 料能 耗 ： 电 源 ： AC 90-230 V/DC 24 V电 池 容 量 ： 充 电 后 使 用 45min， 可 反 复 使 用400次 以 上 。自 由 度 ： 共 计 25 自 由 度头 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 体 ：扬 声 器 ： 2 只 扬 声 器扩 音 器 ： 4 只 话 筒视 觉 ： 2 只 CMOS数 字 摄 像 头 声 纳 Nao的 躯 干 上 安 装 了 两对 超 声 波 发 射 器 和 接 收 器 ，这 样 ， Nao就 可 以 了 解 到 周围 是 否 有 障 碍 物 以 及 障 碍 物的 数 量 。 红 外 传 感 器 安 装 在 Nao眼 睛 里 的红 外 线 发 射 器 和 接 收 器 可以 使 Nao连 接 至 其 周 围 的物 体 ， 作 为 远 程 控 制 。（ 直 线 传 输 ） 碰 撞 传 感 器 如 果 障 碍 物 过 低 而 无 法 被胸 前 的 探 测 器 探 测 到 （ 例 如 台阶 、 地 上 的 物 体 等 ） ， 那 么 位于 Nao脚 尖 的 机 械 碰 撞 传 感 器会 首 先 碰 触 到 障 碍 物 并 把 这 一信 息 传 送 给 Nao。 这 样 ， Nao就可 以 试 着 绕 开 这 个 障 碍 物 。 电 容 式 传 感 器 Nao的 头 顶 上 配 备 了 一 个电 容 式 传 感 器 。 这 样 ， 可 以通 过 触 摸 向 Nao传 递 信 息 。例 如 ， 要 责 备 Nao时 ， 可 以简 单 按 几 下 。 NAO的 通 信 与 交 流 方 式 Nao可 以 通 过 红 外 线 进 行 远 程 控 制 。 Nao也可 以 通 过 Wi-Fi来 连 接 无 线 ， Nao还 可 以 通 过 语 音识 别 进 行 进 行 简 单 的 命 令 接 收 和 交 流 。 机 器 人 相 扑 比 赛 最 近 日 本 举 行 了 第 五 届 ROBO-ONE机 器 人 相 扑大 会 ， 2月 1日 总 决 赛 结 束 。 这 次 大 会 在 日 本 科学 未 来 馆 举 行 ， 共 有 129台 机 器 人 申 请 参 赛 ， 最终 有 101台 机 器 人 在 擂 台 上 一 决 胜 负 。 用 两 足 步行 机 器 人 进 行 相 扑 比 赛 ， 对 机 器 人 的 动 作 协 调性 、 平 衡 能 力 都 是 极 大 的 考 验 ， 当 然 多 数 参 赛选 手 都 专 门 针 对 比 赛 进 行 了 优 化 。 生 物 机 器 人 生 物 机 器 人 是 指 利 用 动 物 体 的 运 动 机 能 !动 力 供应 体 制 从 动 物 运 动 的 感 受 传 入 或 神 经 支 配 入 手 实 现 对动 物 的 运 动 和 某 些 行 为 的 人 为 控 制 从 而 利 用 动物 特 长 代 替 人 类 完 成 人 所 不 能 和 人 所 不 敢 的 特殊 任 务 利 用 生 物 控 制 技 术 研 制 生 物 机 器 人 始 于 上 世 纪90年 代 是 电 子 信 息 技 术 !微 制 造 技 术 和 生 物 科 学 高 度 发展 与 相 互 融 合 的 产 物 是 目 前 科 技 发 展 最 活跃 的 领 域 之 一 。 返回首页 生 物 机 器 人 的 研 制 展 望 生 物 机 器 人 与 一 般 的 工 业 机 器 人 仿 生 机 器 人 相 比 有 许 多 突 出 的 优 点 和 它 们 无 法 比 拟 的 优 越 性 ， 但是 由 于 受 到 生 物 学 神 经 学 技 术 控 制 技 术 通 讯 技 术传 感 技 术 以 及 数 学 方 法 等 相 关 学 科 发 展 的 制 约 。 至 今 基 本 上 仍 处 于 实 验 室 研 制 的 阶 段 尤 其 是 在 克服 ， 生 物 疲 劳 性 适 应 性 以 及 可 靠 实 现 预 期 运 动 行为 等 方 面 还 不 是 十 分 理 想 ， 离 实 际 应 用 还 有 相 当长 的 一 段 距 离 。 此 外 生 物 机 器 人 也 不 应 仅 局 限 于控 制 生 物 的 运 动 行 为 还 应 该 研 究 如 何 通 过 生 物 的视 觉 !触 觉 和 听 觉 来 为 人 类 服 务 。 根 据 目 前 国 内 外研 究 现 状 未 来 生 物 机 器 人 的 主 攻 方 向 笔 者 认 为 应包 括 以 下 几 方 面 。 生 物 学 和 神 经 学 的 发 展 科 学 家 们 在 研 究 生 物 运 动 行 为 过 程 中 发 现 在 生 物 体 内 植 入 电 极 后 即 使 生 物 可 存 活 较 长 时 间 但 在 多 次 重 复 刺 激 后 生 物 就 会 产 生 疲 劳 效 应和 适 应 性 这 不 利 于 执 行 长 线 任 务 如 在 蟑 螂 体 内 植 入 电 极 后 控 制 蟑 螂 沿 直 线 方 向行 走 时 常 常 会 在 后 期 发 生 蟑 螂 走 偏 现 象 另 外 在 控 制 老 鼠 运 动 行 为 时 科 学 家 们 发 现 老 鼠 出 于 对 危 险 的 本 能 在 某种 条 件 下 必 须 加 大 刺 激 强 度 才 能 令 老 鼠 实 现 某 种 运 动 行 为 有 时 即 使 加 大 刺 激 强 度 也 无 法 达 到 预 期目 标 这 些 事 实 表 明 人 们 对 生 物 运 动 行 为 的 机 理 了 解 得 还 不 十 分 透 彻 还 需 要进 一 步 探 索 生 物 运 动 系 统 的 神 经 控 制 网 络 深 入 研 究 生 物 运 动 的 调 控 机 理 相 信 随 着 生 物 学 和 神 经 学 的 发 展 科 学 家会 找 到 更 有 效 的 控 制 策 略 从 而 实 现 生 物 运 动 行 为 的 可 靠 控 制 技 术 和 集 成 技 术 的 发 展 受 生 物 体 态 和 生 物 负 重 能 力 的 限 制 控 制 生 物 运 动行 为 的 微 控 制 器 有 严 格 的 尺 寸 和 重 量 要 求 在 有 限的 设 计 空 间 内 需 要 集 刺 激 发 生 器 !传 感 器 !微 型 摄 像机 和 电 源 等 元 器 件 于 一 体 在 制 备 和 植 入 微 电 极 时 要 求 与 神 经 纤 维 接 触 良 好而 与 周 围 组 织 绝 缘 这 些 严 格 的 要 求 必 须 得 有 高 度 发 展 的 技 术 和 集 成技 术 作 为 基 础 这 为 技 术 的 发 展 提 出 了 新 的 课 题 控 制 技 术 和 软 件 技 术 的 发 展 可 靠 实 现 生 物 的 运 动 行 为 需 要 有 更 复 杂 更精 确 的 控 制 方 法 和 简 约 有 效 的 控 制 算 法 。对 生 物 大 脑 中 多 个 记 录 电 极 产 生 的 大 量 信息 要 做 到 可 视 并 实 时 进 行 分 析 识 别 和 处 理 。 如 在 试 验 猴 子 思 维 控 制 机 械 手 臂 的 运 动 时在 猴 脑 中 植 入 了 片 电 极 为 了 实 现 更 复 杂 的控 制 运 动 行 为 。 科 学 家 们 还 计 划 在 猴 的 大脑 中 植 入 多 达 片 的 记 录 电 极 如 此 巨 大 的 信 息 量 的 处 理 需 要 先 进 的 计 算 机 技 术 和 软 件支 持 。 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 。 返 回 首 页 机 械 手 在 现 今 的 生 活 上 ,科 技 日 新 月 益 的 进 展 之 下 ,机 械 人 手 臂 与 有 人 类 的 手臂 最 大 区 别 就 在 于 灵 活 度 与 耐 力 度 。 也 就 是 机 械 手 的 最 大 优 势 可 以 重复 的 做 同 一 动 作 在 机 械 正 常 情 况 下 永 远 也 不 会 觉 得 累 ！ 机 械 手 臂 的 应用 也 将 会 越 来 越 广 泛 ,机 械 手 是 近 几 十 年 发 展 起 来 的 一 种 高 科 技 自 动 生产 设 备 ， 作 业 的 准 确 性 和 环 境 中 完 成 作 业 的 能 力 。 工 业 机 械 手 机 器 人的 一 个 重 要 分 支 。 种 类 ， 按 驱 动 方 式 可 分 为 液 压 式 、 气 动 式 、 电 动 式 、 机 械 式 。 特 点 是可 以 通 过 编 程 来 完 机 械 手 (12张 ) 成 各 种 预 期 的 作 业 ， 构 造 和 性 能 上 兼 有 人 和 机 械 手 机 器 各 自 的 优 点返 回 东 京 机 器 手 i机 器 手 卡 门 机 械 臂 返 回 机 械 手 应 用 领 域 工 业 制 造 领 域 ： 主 要 让 机 器 人 在 机 械 制 造 业 中 代 替 人 完 成 大 批 量 、 高 质 量 要 求 的 工 作 ， 如 汽 车 制 造 、舰 船 制 造 及 某 些 家 电 产 品 （ 电 视 机 、 电 冰 箱 、 洗 衣 机 ） 的 制 造 等 。 化 工 等 行 业 自 动 化生 产 线 中 的 点 焊 、 弧 焊 、 喷 漆 、 切 割 、 电 子 装 配 及 物 流 系 统 的 搬 运 、 包 装 等 工 作 ， 也有 部 分 是 由 机 器 人 完 成 的 。 军 事 领 域 ： 主 要 让 机 器 人 执 行 一 些 自 动 的 侦 察 与 控 制 任 务 ， 尤 其 是 一 些 相 对 较 为 危 险 的 任 务 ， 比如 ， 无 人 侦 察 机 、 拆 除 炸 弹 的 机 器 人 及 扫 雷 机 器 人 等 。 机 器 人 还 可 以 代 替 士 兵 去 完 成那 些 不 太 复 杂 的 工 程 及 后 勤 任 务 ， 从 而 使 战 士 从 繁 重 的 工 作 中 解 脱 出 来 ， 去 从 事 更 加重 要 的 工 作 。 娱 乐 领 域 ： 机 器 人 在 娱 乐 领 域 的 应 用 十 分 广 泛 ， 比 如 ， 机 器 人 足 球 大 赛 、 机 器 人 弹 钢 琴 和 机 器 人宠 物 等 。 医 疗 领 域 ： 机 器 人 主 要 用 来 辅 助 护 士 进 行 一 些 日 常 的 工 作 ， 比 如 ， 帮 助 医 生 运 送 用 药 品 及 自 动 监测 病 房 内 的 空 气 质 量 ， 等 等 。 宜 用 机 器 人 还 可 以 协 助 医 生 完 成 一 些 难 度 较 高 的 手 术 ，例 如 ， 眼 部 手 术 、 脑 部 手 术 等 。 美 国 还 发 明 了 一 种 可 以 进 入 人 体 血 管 的 微 型 机 器 人 ，帮 助 医 生 在 病 人 的 血 管 内 灭 杀 病 毒 。 返 回 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 返 回 仿 生 微 型 机 器 人 国 内 外 研 究 情 况日 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 为 期 3年 6000万 英 镑 “ 毫 微 米 技 术 开 发 计 划 ”美 国 蚂 蚁 微 型 机 器 人 、 苍 蝇 微 型 机 器 人中 国 主 要 集 中 在 高 校 比 如 上 交 的 六 足 微 小 型 仿 蟑 螂 机 器 人返 回 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 返 回 蜜 蜂 蟑 螂 机 器 人 返 回 首 页 沙 漠 蚂 蚁 蚂 蚁 化 学 导 航 返 回 终 结 者 返 回 人 造 肌 肉 人 造 肌 肉 机 械 臂 人 造 肌 肉 机 器 人 返 回 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 返 回 首 页