课程设计说明书
学生姓名:王超学号：1015070229 学院:机械工程学院
班级: 机械102班
题目: 慧鱼组合机器人的组装设计
指导教师：陈国君苏天一职称: 副教授 2013 年 12 月 23 日
目录
1．引言 1
1.1内容摘要 1
1.2 慧鱼机器人 2
1.3 走进实验室 3
1.4 按键式传感器 3
1.5 设计工作原理 4
1.6慧鱼模型操作规程 5
2. 仿生机器人6
2.1仿生机器人迈克仿真示意图 6
2.2仿生机器人迈克仿真程序图示 6
2.3仿生机器人结构简图7
3. 移动机器人8
3.1 移动机器人基础模型8
3.2 移动机器人仿真图8
3.3移动机器人结构简图9
3.4移动机器人仿真程序框图10
4.工业机器人10
4.1工业机器人仿真图11
4.2业机器人结构简图11
4.3工业机器人仿真程序12
5.寻光机器人14
5.1寻光机器人仿真模型14
5.2连线图和结构简图15
慧鱼组合机器人的组装设计
摘要：慧鱼创意组合模型是一种技术含量很高的工程技术类拼装模型，是展示科学原理和技术过程的理想教具。本设计是以德国慧鱼创意积木所组成的仿生模拟机器人为其基本架构，透过圈形式人机介面LLWin，经由智慧型微电脑介面板去驱动机器人，使机器人细部动作很容易达到我们需求，进而取代以往由硬体描述语言所驱动架构，通过慧鱼模型的组装，程序的编制，任务的完成，阐述机械机构之间的配合关系，各种传感器的安装和使用，以及软件程序的编制思维，实现对伺服电机，电磁线圈的控制,不但操作简易，更可使我们了解机械运作的原理。
关键词：慧鱼组合模型；机器人；传感器；机械原理；
引言
由于机器人的发展和快速广泛的被使用，可知科学家对于机器人的功能也相提高，除了超强的逻辑运算、记忆能力及具备类似的自我思考能力，另外在机器人的外表及内部结构，科学家更希望能模仿人类。对于外在资讯的选集，也透过各种感应器，企图达到类似人类各种触觉的功能，选集了外在环境的资讯，一旦外在环境起了改变，机器人一定要能随着变化，做出该有的反应动作，更新自己的资料库，达到类似人类学习的功能。
1.慧鱼机器人简介
1.1 课程内容与实验目的
本项目课程以德国慧鱼公司生产的机电产品模型为对象，学生通过装配机电设备模型，对设备进行较为细致的观察和分析，从而完成综合性的设计训练过程。虽然用模型学生可装配出各种各样的产品，但学生学习的重点是选定其中一个产品进行分析研究；对产品进行编程运行，检验其功能、性能等效果；初步掌握开发、设计一个产品的有关过程；学习查阅资料，为自己的设计和分析提供理论依据。加强实践教学，培养学生的动手能力，在一定程度上改变工科教学重理论教学，轻实践环节的现状，使学生生动活泼地进行学习，较全面地掌握各类机械机构，机电一体化机构、计算机编程等基本知识。
本课程的任务是，在简明扼要的介绍各类装置之后，对指定装置进行测绘，学生完成所有零件图、部件图、最后完成总装图设计。根据学生的能力，还可进行相关的改进设计、动画设计等。在设计过程中，学生还可接触到机械装备的控制、驱动、传动的技术，学习机械制造中的工艺、工装、测量等知识。
1.2 慧鱼模型
1964年，慧鱼创意组合模型（fischertechnik）诞生于德国，是技术含量很高的工程技术类智趣拼装模型，是展示科学原理和技术过程的理想教具，也是体现世界最先进教育理念的学具，为创新教育和创新实验提供了最佳的载体。慧鱼创意组合模型的主要部件采用优质尼龙塑胶制造，尺寸精确，不易磨损，可以保证反复拆装的同时不影响模型结合的精确度；构件的工业燕尾槽专利设计使六面都可拼接，独特的设计可实现随心所欲的组合和扩充。
1.3 慧鱼模型背景及构成
机器人这个词，第一次出现在Carel Capek 1923年的小说《Golem》（有生命的假人）中，这个人造的主人公因其高超的本领代替了人。
上个世纪的三四十年代，机器人多少更像一种自动机器。以至于今天，当我们回顾人们曾用闪光灯作为机器人的眼睛从而使其具有人类特点的种种尝试，总会让人忍俊不禁。
这些机器几乎没有什么“智能化”或者“灵活性”可言。随着控制学对机器人技术的影响日益深刻，机器人的设计也伴随电子电路的出现而越发接近现实了。直到今天，机器人的智能化仍然是许多公司、科研院所和高等学校不断研究和探索的重要课题。
自动化控制理论（Cybernetics）为解决这一问题带来了生机。“自动化控制”一词来源于希腊语(Kybernetes)。原意指的是希腊轮船上领航员，其任务是指挥航行方向并绘制到达目的地的航行路线。
无疑，自动化控制理论本来是要使机器人变聪明。但是如何实现呢？我们先用一个启发式实验进行说明。我们可能都观察过飞蛾趋光的特点，飞蛾找到光源，向那里飞去，即使非常近的距离，也绝不会拍打到光源。显然飞蛾之所以能够这样做，是因为它发觉光源，划出路线然后再向其扑去。这本领是基于这种昆虫自身具备的机敏的行为模式。
现在我们将上述能力应用到一个技术系统中。先用光学传感器探测到光源，马达执行动作，这样，我们必须在发现信号和执行信号之间建立一个合理的连接，即程序。
20世纪50年代，一位名叫沃特格雷(Walter Grey)的英国人将上述引人思考的实验付诸于实践。借助于几个简单的传感器，马达和电路，他创作出多种自动化动物，可以准确模仿出飞蛾的动作。左图所示的是“自动”海龟的复制品，展示在华盛顿的史密森博物馆里。
鉴于上述的奇思妙想，我们也要为我们的机器人建立起类似的行为并用程序来和机器人进行交流。
慧鱼创意组合模型体现不同学科知识点的各种组合包，不仅可以应用于中小学各个年级学科教学、还可以用于大学不同专业以及研究生工程实验和技术创新活动，现在以清华大学、上海交通大学为代表的一批高校建立的慧鱼创新实验室就是利用慧鱼模型组合包系列建立的工程技术实验室，是创新教育的一个全新平台。通过慧鱼模型的使用，不仅可以让我们的
孩子将多学科多领域的综合知识融会贯通于实践过程中，更重要的是培养了他们的创新意识和创新能力。
创新是一个民族进步的灵魂，而慧鱼创意组合模型就是我们期待的创新教育的理想学具！慧鱼模型就是利用“六面可拼接体”这种开放的零件，来构建或者模拟现实发挥你的创意，来完成机电一体化的工业设计为主的模型组建，现在慧鱼模型在中国有众多的高校以及职业学校在使用，并且越来越受到大家的关注。相信慧鱼会成为中国创新教育的理想教具。
1.4 机械构件
1.六面拼接体六面拼接体的 6 个面各有 U 形槽或凸出的小方块,二者是相互配
合的。通过U形槽和小方块的相互拼接,可以实现构件之间的互连。由于这些构件是六面体,因此接合的角度一般为0°或90°。如果需要其他角度的连接,有专用的楔形体可供使用,这些楔形体提供的角度有7.5°,15°,30°,60°等。
2.齿轮,齿轮轴与齿条。慧鱼模型提供的齿轮种类比较多,其中普通外齿合齿轮还
可用作蜗轮。
3.蜗轮,蜗杆和螺旋传动。慧鱼模型提供的蜗轮蜗杆形式多样, 除蜗轮外, 所有
的外啮合齿轮也都可用作蜗轮。小尺寸蜗杆还可以用作螺旋传动的蜗杆。
4.导轨与连杆。慧鱼模型提供了多种长度的塑料或金属杆件,可用作导轨,连杆和传动轴等。
5.万向节,齿轮箱。万向节用于和塑料传动轴配合以传递扭矩。齿轮箱用于和电动机相连接,起减速器的作用。
6.链条和履带。链条由链节连接而成,在链条上安装履带板后,就成为履带(输送带) 。链轮可以用齿轮代替。
此外慧鱼模型还提供了大量其他的构件, 很好的扩展了模型的功能。
1.5 电气构件
1.电动机与灯泡。慧鱼模型提供的电动机有普通迷你电动机和大功率电动机两种, 提供的灯泡也有普通灯泡和聚光灯泡两种,可根据实际需要选用。
2.小型开关的工作原理。小型开关上有 3 个针脚:0 针脚和 1 针脚形成一个常
闭开关；0 针脚和 2 针脚形成一个常开开关；当按键 3 被压下时,小型开关的通断状态改变,电脑接口板检测到数字信号“1”或“0”,利用这个原理,小型开关可以用作运动部件的限位开关。在模型中还提供了一种特殊的脉冲齿轮, 该齿轮有4个齿, 使用该齿轮和小型开关配合,可以对运动件的运行位置进行精确定位。将脉冲齿轮与电动机相连,电动机每转动一圈,脉冲齿轮将小型开关按下4次,通过检测小型开关被按下的次数,即可实现精确定位。
3.光敏传感器的工作原理。光敏传感器用于检测光源强度,当光线足够强时,传感器内部的电路闭合,接口板上检测到数字信号“1” ,否则检测到数字信号“0”。光敏传感器也可以用作限位开关。同时,由于深色物体吸收光线,而浅色物体反射光线,光敏传感器还可以用来鉴别深色和浅色物体。
4.磁敏传感器的工作原理磁敏传感器用于检测环境的磁场强度, 当磁场强度达到一定值后, 传感器内部的电路闭合,接口板上检测到数字信号“1” ,否则检测到数字信号“0”。
5.热敏传感器的工作原理热敏传感器是一个模拟信号传感器,其电阻的阻值随温度上升而减小。
1.6 气动构件
慧鱼模型的气动构件使用一个小型空气压缩机作为气源, 压缩空气通过气管, 弯头, 气阀,气缸等部件来传递动力,可模拟液压系统。
1.7 应用范围
慧鱼创意组合模型主要有组合包、培训模型、工业模型三大系列，涵盖了机械、电子、控制、气动、汽车技术、能源技术和机器人技术等领域和高新学科，利用工业标准的基本构件（机械元件/电气元件/气动元件），辅以传感器、控制器、执行器和软件的配合，运用设计构思和实验分析，可以实现任何技术过程的还原，更可以实现工业生产和大型机械设备操作的模拟，从而为实验教学、科研创新和生产流水线可行性论证提供了可能，世界知名的德国西门子、德国宝马、美国IBM等一大批著名公司都采用慧鱼模型来论证生产流水线。
1.8 慧鱼机器人的发展前景
1964年伟大的阿图.费舍尔先生为送给孩子一份有意义的生日礼物而发明了“六面可拼接体”，从那时候起，慧鱼创意组合模型以其牢固的拼接方式，良好的拓展性，丰富的知识性和趣味性日益博得广大欧美青少年乃至成人广泛的认可和钟爱，并建立庞大的慧鱼迷俱乐部。
四十年的实践教学表明：“慧鱼创意组合模型”发挥着极其重要的作用。在美国,被PLTW（Project Lead The Way-非营利官方机构，即专为培训全国的中小学教师及学生）作为工程、项目教学实践和基础性研究的首选产品；在马来西亚，被列为政府采购的必备教具；在中国，作为“世界银行高等教育发展项目”的2002、2003年度中标产品，慧鱼正日益为广大中国教育界人士接受和认可。
“创新教育的理想学具”作为广大用户和各方面的创新教育专家所给予我们的评价和期许，将更加激励着我们扛起创新教育的旗帜积极探索中国创新教育有效的实施途径，用我们优秀的产品和理念，用我们慧鱼人的赤诚谱写中国创新教育的崭新篇章。
慧鱼创意组合模型的主要部件采用优质尼龙塑胶制造，尺寸精确，不易磨损，可以保证反复拆装的同时不影响模型结合的精确度；构件的工业燕尾槽专利设计使六面都可拼接，独特的设计可实现随心所欲的组合和扩充。
1964年，慧鱼创意组合模型（fischertechnik）诞生于德国，是技术含量很高的工程技术类智趣拼装模型，是展示科学原理和技术过程的理想教具，也是体现世界最先进教育理念的学具，为创新教育和创新实验提供了最佳的载体。
1.9慧鱼机器人类型
一、慧鱼机器人组合包5种，每种各两个组合包。分别为：移动机器人组合包、仿生机器人组合包、气动机器人组合包、实验机器人组合包、工业机器人组合包。
二、慧鱼成品模型3种，分别为：三自由度机械手、双工作台流水线、带传送带的冲床。
三、慧鱼工业模型：柔性加工流水线1套。
2.移动机器人
2.1 发展背景
但是我们为什么需要可移动机器人？让我们试着将“虚拟的飞蛾”的动作应用到技术装置上。首先，一个很简单的例子就是寻光。我们将一个光条粘在地上作为光源，把传感器面朝下并排放在一起，而非面向前。这样，如果是在仓库，移动机器人就会从中找到自己的行进路线。沿着这条线，还有一些特殊的信息采集点，如条形码，将引导机器人进行下一步的动作，比方说到达这些点时，抓取和放下货盘。事实上，这样的机器人系统到今天已经存在了。在很多大医院里，通常需要走很远的路来运送日常所需的消耗品，比如被单枕套等，让护理人员运输这些物资无疑是既耗时、耗财又费力的事情。当然，也大大减少了对病人照顾的时间。
最近今年里，科学家们开始研究另一种本质上非常相近的动作形式，走或跑。开发出的机器人具备了用腿移动的能力。由布鲁塞尔皇家军事研究院研制的电气气动步行机器人“阿基里斯”（Achille）就是一个六足步行机器人的典型。头上和六条腿上分别都配备了照相机，阿基里斯能够机械的对提起或放下的障碍（物体或者坑）能够机械的做出反应。这种步行机器人能运用到各个地方，比如轮轨式车辆不可能通过的坎坷或松软的地带，它翻越障碍，攀爬楼梯，跨越壕沟进入诸如核电站、煤矿隧道等危险地带作业或者进行营救。显而易见，移动机器人在现代社会可以扮演非常重要的角色。
2.2 机械部分设计
动力源的选择：电动机械传动装置的确定：齿轮传动；
机械执行部件的设计：行走机构；
控制部分硬件选型：接口电路板及PLC 接口板；
行程开关：控制部分软件的编制(LLWin.3.0 软件)
设计的主要参数：(1)双边单独驱动；(2)驱动方式：电机驱动；(3)运动参数：移动范围：线长；移动速度:v(mPs)：根据工作要求定；回转范围:0°~360°；
2.3 工作原理
电动机通过齿轮传动，带动车轮转动。同时有一个四齿齿轮与车轮相连，同时齿轮与一个极限开关相连，因此，当带轮转动一圈便会有4个脉冲产生并传向主板，从而控制电动机的运行。改变机器人的前进方向。
3.仿生机器人
3.1 摘要
在仿生学原理的基础上,对双足步行机器人步态的行走原理和稳定性进行了分析。采用慧鱼仿生机器人包搭接出双足步行机器人,进行了一系列步行的实验。并对机器人腿部机构中的足端轨迹进行了仿真与分析。结果表明该机器人能够严格按步态进行行走,实现诸如直线、转弯、躲避障碍物等行走功能,具有较好的机动性。
3.2 机械部分设计
动力源的选择：电动
机械传动装置的确定：齿轮传动;蜗轮蜗杆传动；
机械执行部件的设计：行走机构；
控制部分硬件选型：接口电路板及PLC 接口板;行程开关；
控制部分软件的编制(LLWin.3.0 软件)；
设计的主要参数：
(1)双边单独驱动；
(2)驱动方式：电机驱动；
(3)运动参数：移动范围:线长；移动速度:v(mPs)：根据工作要求定；回转范围：0°~360°。
3.3 工作原理
电动机将电能转换为机械能，并通过齿轮传动，使得贯穿于机器人的长轴转动，从而带
动位于长轴上的蜗杆转动，通过涡轮蜗杆传动使得与涡轮相连的曲轴转动，而连杆机构再将曲轴的转动转换为机器人腿部的移动。
通过不同程序的驱动可以使两个电动机的运行情况不同，从而完成机器人的不同运动。
机器人头部有运动传感器，在机器人运动到极限位置时，有相关部件按下传感器的开关，通过主板的识别可以改变电动机的运转，从而达到极限位置的处理。
4.工业机器人
4.1 机械部分设计
动力源的选择：气动
机械传动装置的确定：齿轮传动；蜗轮蜗杆传动;螺旋传动；杆组机构传动；
机械执行部件的设计：机械手控制部分硬件选型：接口电路板及PLC 接口板；行程开关及脉冲计数装置；
控制部分软件的编制(LLWin.3.0 软件)设计的主要参数:
(1)自由度：F=1；
(2)驱动方式：电机驱动；
(3)抓重：0.25kg；
(4)运动参数：回转范围:0°~180°；回转速度：15/s；
4.2工作原理
电动机将动力通过齿轮，蜗轮蜗杆机构传递给机械手臂，再通过杆机构实现手臂的开合实现机器人的夹紧和松开。同时另一电动机通过螺旋机构的传递，实现手臂的转动，从而实现手臂的搬运动作。位于手臂下方的极位开关在手臂达到极限位置后闭合，从而达到位置确定的目的。
5.灯光机器人
5.1 机械部分设计
动力源的选择：电动；
机械传动装置的确定：齿轮传动；
机械执行部件的设计：行走机构；
控制部分硬件选型：接口电路板及PLC 接口板；行程开关及脉冲计数装置；
控制部分软件的编制(LLWin.3.0 软件)；
设计的主要参数:
(1)双边单独驱动；
(2)驱动方式:电机驱动；
(3)运动参数:
移动范围:线长；
移动速度:v(mPs)，根据工作要求定；
回转范围:0°~360°。
5.2 工作原理
电动机通过齿轮传动带动带轮转动，从而达到机器人的行走。同时有一个四齿齿轮与带轮相连，同时齿轮与一个极限开关相连，因此，当带轮转动一圈便会有4个脉冲产生并传向主板，从而控制电动机的运行。
5.3 系统线路图
图1
图2
6. 总结
慧鱼机器人课程设计是机械类各专业学生学习工程材料及机械制造基础等课程必不可少的选修课，它对于培养我们的动手能力有很大的意义。而且可以使我们了解机械的基础知识了，和现代机器人技术。作为机械专业的一名学生，学好理论知识固然重要，但动手能力也是至关重要，现在的很多大学生，特别是来自城市的同学，平时自己动手的机会少，动手的能力差，很难适应以后社会对全面人才的需求。而这么课程设计为我们这些理工科的学生带来了实际锻炼的机会，让我们走出课堂，在各种各样的小零件中，自己动手，自己发挥，亲身体验，这些对我们的帮助是巨大的。感谢学校为我们提供这样的机会，同时也感谢辛苦带领和指导我们学习的老师们。
随着计算机技术和人工智能技术的飞速发展，使机器人在功能和技术层次上有了很大的提高，移动机器人和机器人的视觉和触觉等技术就是典型的代表。由于这些技术的发展，推动了机器人概念的延伸。80年代，将具有感觉、思考、决策和动作能力的系统称为智能机器人，这是一个概括的、含义广泛的概念。这一概念不但指导了机器人技术的研究和应用，而且又赋予了机器人技术向深广发展的巨大空间，水下机器人、空间机器人、空中机器人、地面机器人、微小型机器人等各种用途的机器人相继问世，许多梦想成为了现实。将机器人的技术（如传感技术、智能技术、控制技术等）
扩散和渗透到各个领域形成了各式各样的新机器——机器人化机器。当前与信息技术
的交互和融合又产生了“软件机器人”、“网络机器人”的名称，这也说明了机器人所具有的创新活力。
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仿生机器人关键技术 “仿生机器人”是指模仿生物、从事生物特点工作的机器人。，涉及到机械设计、计算机、传感器、自动控制、人机交互、仿生学等多个学科。因此，机器人领域中需要研究的问题非常多。主要研究问题包括以下五个方面： 1 建模问题 仿生机器人的运动具有高度的灵活性和适应性。其一般都是冗余度或超冗余度机器人，结构复杂，运动学和动力学模型与常规机器人有很大差别，且复杂程度更大。为此，研究建模问题，实现机构的可控化是研究仿生机器人的关键问题之一。 2 控制优化问题 机器人的自由度越多，机构越复杂，必将导致控制系统的复杂化。复杂巨系统的实现不能全靠子系统的堆积，要做到整体大于组分之和，同时要研究高效优化的控制算法才能使系统具有实时处理能力。 3 信息融合问题 在仿生机器人的设计开发中，为实现对不同物体和未知环境的感知，都装备有一定量的传感器。多传感器的信息融合技术是实现其具有一定智能的关键。信息融合技术把分布在不同位置的多个同类或不同类的传感器所提供的局部环境的不完整信息加以综合，消除多传感器信息之间可能存在的冗余和矛盾，从而提高系统决策、规划、反应的快速性和正确性。 4 机构设计问题 合理的机构设计是仿生机器人实现的基础。生物的形态经过千百万年的进化，其结构特征极具合理性，而要用机械来完全仿制生物体几乎是不可能的，只有在充分研究生物肌体结构和运动特性的基础上提取其精髓进行简化，才能开发全方位关节机构和简单关节组成高灵活性的机器人机构。 5 微传感和微驱动问题 微型仿生机器人有些已不是传统常规机器人的按比例缩小，它的开发涉及到电磁、机械、热、光、化学、生物等多学科。对于微型仿生机器人的制造，需要解决一些工程上的问题，如动力源、驱动方式、传感集成控制以及同外界的通讯等。实现微传感和微驱动的一个关键技术是机电光一体结合的微加工技术。同时，在设计时必须考虑到尺寸效应、新材料、新、工艺等问题。
第36卷第6期 上海师范大学学报(自然科学版)Vol.36,No.6 2007年12月 Journal of Shanghai Nor mal University(Natural Sciences)2007,Dec. 仿生机器人的研究现状及其发展方向 王丽慧,周 华 (上海师范大学机械与电子工程学院,上海201418) 摘 要:随着机器人智能化技术的进步,机器人应用领域的拓展,仿生机器人的研究正在引起世界各国研究者的关注.主要对仿生机器人的国内外研究状况进行了综述并对其未来的发展趋势作了展望. 关键词:仿生机器人;研究现状;发展方向 中图分类号:TP24 文献标识码:A 文章编号:100025137(2007)0620058205 人们对机器人的幻想与追求已有3000多年的历史,人类希望制造一种像人一样的机器,以便代替人类完成各种工作.1959年,第一台工业机器人在美国诞生,近几十年,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.随着机器人工作环境和工作任务的复杂化,要求机器人具有更高的运动灵活性和在特殊未知环境的适应性,机器人简单的轮子和履带的移动机构已不能适应多变复杂的环境要求.在仿生技术、控制技术和制造技术不断发展的今天,仿人及仿生物机器人相继被研制出来,仿生机器人已经成为机器人家族中的重要成员. 1 仿生机器人的基本概念 仿生机器人就是模仿自然界中生物的外部形状、运动原理和行为方式的系统,能从事生物特点工作的机器人.仿生机器人的类型很多,主要为仿人、仿生物和生物机器人3大类.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,通常采用绳索、人造肌肉或形状记忆合金等驱动. 2 仿生机器人的国内外研究现状 2.1 水下仿生机器人 水下机器人由于其所处的特殊环境,在机构设计上比陆地机器人难度大.在水下深度控制、深水压力、线路绝缘处理及防漏、驱动原理、周围模糊环境的识别等诸多方面的设计均需考虑.以往的水下机器人采用的都是鱼雷状的外形,用涡轮机驱动,具有坚硬的外壳以抵抗水压.由于传统的操纵与推进装置的体积大、重量大、效率低、噪音大和机动性差等问题一直限制了微小型无人水下探测器和自主式水下机器人的发展.鱼类在水下的行进速度很快,金枪鱼速度可达105k m/h,而人类最快的潜艇速度只有84km/h.所以鱼的综合能力是人类目前所使用的传统推进和控制装置所无法比拟的,鱼类的推进方式已成为人们研制新型高速、低噪音、机动灵活的柔体潜水器模仿的对象.仿鱼推进器效率可达到70%～ 收稿日期:2007209222 基金项目:上海师范大学理工科校级项目(SK200733). 作者简介:王丽慧(1972-),女,上海师范大学机械与电子工程学院副教授.
仿生机器人的研究综述 华明亚 （上海大学机电工程与自动化学院，上海200072） 摘要：在人类认识世界和改造世界的过程中，存在人类无法到达的地方和可能危及人类生命的特殊场合，如星球探测、深海探测、减灾救援和反恐活动等，而仿生机器人为解决上述问题提供了一条有效途径。随着机器人技术和仿生学的发展，仿生机器人的研究正受到学者们的普遍关注。在对仿生机器人进行分类的基础上，从地面仿生机器人、水下仿生机器人以及空中仿生机器人3个方而简要介绍了国内外典型仿生机器人的研究进展，并介绍其发展趋势。 关键词：仿生机器人；机器人运动；发展趋势； Research review on bionic robot Hua Mingya (School of mechanical engineering and automation, Shanghai University, Shanghai 200072, China) Abstract:: In the human understanding and transforming the world in the process, the existence of human beings can not reach the place and special occasions may endanger human life, such as planetary exploration, deep sea exploration,disaster relief and anti terrorist activities, and bionic robot provides an effective way for solving the above problems. With the development of robot technology and bionic, bionic robot research has received wide attention of scholars. In the classification based on bionic robot, bionic robot, bionic robot from air groundbionic robot, underwater 3 party and briefly introduced the research progress oftypical bionic robot at home and abroad, and introduces its development trend. Key words: Bionic robot; robot movement; development trend; 1 机器人的研究现状 1.1 机器人国外研究现状 由于仿生机器人所具有的灵巧动作对于人类的生产和科学研究活动有着极大的帮助，所以，自80年代中期以来，机器人科学家们就开始了有关仿生机器人的研究。 自1983年以来，美国Robotics Research Corporation以拟人臂组合化为设想，基于系列关节研制出K-1607等系列7自由度拟人单臂和K/ B 2017双臂一体机器人，其单臂K/ B 2017已用于空间站实验。
仿生四足机器人的研究：回顾与展望 摘要：本文侧重于仿生四足机器人。在这一领域的主要挑战是如何设计高动力性和高负载能力的仿生四足机器人。本文首先介绍了仿生四足机器人，尤其是具有里程碑意义的四足机器人的历史。然后回顾了仿生四足机器人驱动模式的现代技术。随后，描述了四足机器人的发展趋势。基于仿生四足机器人的技术现状，简要回顾了四足机器人的技术难点。又介绍了山东大学研制的液压四足机器人。最后是总结和展望未来的四足机器人。 一、导言 代替人类在复杂和危险的环境中工作的移动机器人的需求引起越来越多的关注，如煤矿井下，核电站，以及打击恐怖主义的战争。一般移动机器人可分为三种类型：空中机器人，水下机器人和地面机器人。地面机器人的开发主要是运用轨道或轮子。轮式和履带式机器人可以在平整地面工作，但大多数是无法在凹凸不平的地面上工作。换句话说，现有的地面机器人只能在部分地面工作。与轮式和履带式机器人相比，腿式机器人有可能适应更为广泛的地形，就像如同有腿的动物，几乎可以行走在所有的地形。例如，羚羊具有很强的运动能力，即便在高度复杂的环境中也一样。因此，近些年人们积极地投入腿式机器人的研究中。腿式机器人可以去动物能够到达的地方，应该要构建并运用于实际。尽管机器人技术领域取得了巨大成就，腿式机器人仍然远远落后于它们的仿生学 [1，2]。 基于机械结构，腿式机器人可分为步行机器人和爬行机器人。与爬行动物的机器人相比，步行机器人几乎与躯干垂直的腿被认为更适应载重。步行机器人可以有效地承受更大的载重。具有联合执行机构的步行机器人具有良好的行走速度和运输能力。因此，基于哺乳类动物的仿生机器人的研究已成为机器人领域的重要发展方向。 现已有一、二、三、四甚至更多条腿的腿式机器人。最普遍的是具有高效率步态和稳定性能的偶数条腿的腿式机器人[3]。在腿式机器人中，四足机器人具
目录 摘要 (2) 1 目前仿生机器人的发展状况 (2) 2 预测未来仿生机器人的发展 (2) 2.1 群体型机器人 (2) 2.2 多环境适应型机器人 (3) 2.3 学习型机器人 (3) 3 结语 (3) 参考文献 (4)
论仿生机器人未来的几种可能发展 摘要:自然界在长期的演化中孕育出了各种各样的生物，而这些生物都具有神奇的结构和功能，能够在复杂多变的环境中生存下去，因此，通过研究，学习，模仿来复制和再造某些生物特性和功能将极大的提高人类对自然的适应和改造能力。从20世纪60年代开始仿生学诞生，到现在短短的几十年时间，在这方面的研究成果已经非常可观，大到军事小到日常生活，我们已经可以处处见其身影了。那么未来的仿生机器人又会往什么方向发展呢？该文将对未来仿生机器人的几种可能的发展趋势，包含群体型机器人，多环境适应型机器人以及学习型机器人进行分析。 关键词：群体型机器人多环境适应型机器人学习型机器人 1 目前仿生机器人的发展状况 仿生学发展到现在已经延伸到很多领域，机器人学就是其主要的结合和应用领域之一。仿生学在机器人上的应用可以分为五个方面，它们分别是：结构仿生，材料仿生，功能仿生，控制仿生以及群体仿生。而且目前世界上的仿生机器人已经涉及海陆空各个领域，并且在各个领域上的发展都已经达到盛况空前地步。而在仿人机器人方面也在不断的突破中。 但是，目前的仿生机器人大多都是独立的一个个体，也就是彼此之间并没有什么联系。然而就目前的机器人技术水平而言，单机器人在信息的获取，处理以及控制能力等方面都是有限的，对于复杂的工作任务及多变的工作环境，单机器人更显不足。所以，当前的仿生机器人虽然已经发展到一定的高度，可是，它们本身还是存在不少的局限性的。 为了改善日前机器人存在的不足，新的技术手段已经成为了一种必须。在未来的日子里，新型机器人的性能将大幅度的提高，它们将会一步步的取代现有的机器人。 2 预测未来仿生机器人的发展 2.1 群体型机器人 在自然界中有着众多不是独立生存的生物，他们靠着一门属于自己的社交语言和其他的个体组成一个集体一起生活，并借着集体的力量去完成个体很难或者无法办到的事情，比如生活中常见的蚂蚁和蜜蜂，它们的强大我们都是已经有着切身体会的了。所以，如果我们能够借鉴生物间的这种生存方式去制造群体型的机器人，那么，在机器人这条道路上我们将会有一个质的飞跃，看到另一片新的天地。 那么群体型机器人比单个机器人的优势体现在哪里呢？首先，由于群体机器人彼此之间会有信息的交流和互动，那么，单个个体的结构和性能复杂程度将会得到大大的降低，因为它们可以通过群体的协调来弥补掉这些不足。其次，群体型机器人在执行任务的时候完成任务的概率要比单个机器人大很多，同时还能够减少完成任务的时间，提高任务的效率，这些，都是我们一直以来所要追求的。再者，群体型机器人通过彼此之间的联系，可以达到预测未知状况的目的，这样的一种能力对于完成任务来说有着举足轻重的作用。所以，群体型机器人在未来的机器人发展中是一种必然的趋势。
毕业设计（论文）仿生蜘蛛机器人的设计与研究 姓名：寇艳虎 学号： 专业：机械工程与自动化 系别：机械与电气工程系 指导教师：孔繁征 2021年4月
摘要 本文总结了背景和目标,仿生蜘蛛机器人的简单介绍。通过研究机器人的六足仿生的运动,这种设计已确定脚结构,使用3自由度的分析实现向前运动,把运动的机器人。想象的组件和装配映射仿生蜘蛛机器人以与相关部件的检查,确保机械设计的可行性都包含在总设计。 关键词：仿生；机器人；机构
ABSTRACT The paper has summarized the background and the goal of its topic and has made the simple introduction of the bionic hexapod robot. Through the research of the motion of the six feet of the robot, This design has determined the foot structure，using the analysis of 3 degrees of freedom realizes the forward motion and turning motion of the robot . Picturing of the component and assembly mapping of the bionic hexapod robot as well as the inspection of related parts which ensures the feasibility of the machinery design are both included in the total design. KEYWORDS：bionics ；hexapod robot ；machinery
学号1210111188 论文题目仿生机器人的研究进展及发展趋势学生姓名颛孙鹏 院别机械工程学院 专业班级12机自（3）班 指导教师周妍
仿生机器人的研究进展及其发展趋势 摘要：随着机器人智能化技术的进步，机器人应用领域的拓展,仿生机器人的研究正在引起世界各国研究者的关注。主要对仿生机器人的国内外研究状况进行了综述并对其未来的发展趋势作了展望。 关键词：仿生机器人；研究现状；发展方向 人们对机器人的幻想与追求已有3000多年的历史，人类希望制造一种像人一样的机器，以便代替人类完成各种工作。1959年,第一台工业机器人在美国诞生，近几十年，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。随着机器人工作环境和工作任务的复杂化，要求机器人具有更高的运动灵活性和在特殊未知环境的适应性，机器人简单的轮子和履带的移动机构已不能适应多变复杂的环境要求。在仿生技术、控制技术和制造技术不断发展的今天，仿人及仿生物机器人相继被研制出来，仿生机器人已经成为机器人家族中的重要成员。 1 仿生机器人的基本概念 仿生机器人就是模仿自然界中生物的外部形状、运动原理和行为方式的系统,能从事生物特点工作的机器人。仿生机器人的类型很多,主要为仿人、仿生物和生物机器人3大类。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,通常采用绳索、人造肌肉或形状记忆合金等驱动。 2 仿生机器人的国内外研究现状 2.1 水下仿生机器人 水下机器人由于其所处的特殊环境，在机构设计上比陆地机器人难度大。在水下深度控制、深水压力、线路绝缘处理及防漏、驱动原理、周围模糊环境的识别等诸多方面的设计均需考虑。以往的水下机器人采用的都是鱼雷状的外形，用涡轮机驱动，具有坚硬的外壳以抵抗水压。由于传统的操纵与推进装置的体积大、重量大、效率低、噪音大和机动性差等问题一直限制了微小型无人水下探测器和自主式水下机器人的发展。鱼类在水下的行进速度很快，金枪鱼速度可达105km/h，而人类最快的潜艇速度只有84km/h。所以鱼的综合能力是人类目前所使用的传统推进和控制装置所无法比拟的，鱼类的推进方式已成为人们研制新型高速、低噪音、机动灵活的柔体潜水器模仿的对象。仿鱼推进器效率可达到70%～90%，与水的相对速度比螺旋桨推进器小得多，有效地解决了噪音问题。美国麻省理工学院和日本都研制出了仿鱼机器人。在国内，中科院沈阳自动化研究所和北京航空航天大学机器人研究所已研制了机器鱼样机。
仿生机器人概述 一、仿生机器人的定义 简单来说，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。从本质上来讲,所谓“仿生机器人”就是指利用各种机、电、液、光等各种无机元器件和有机功能体相配合所组建起来的在运动机理和行为方式、感知模式和信息处理、控制协调和计算推理、能量代谢和材料结构等多方面具有高级生命形态特征从而可以在未知的非结构化环境下精确地、灵活地、可靠地、高效地完成各种复杂任务的机器人系统.（摘自《仿生机器人的研究》许宏岩,付宜利,王树国,刘建国著） 二、对仿生机器人的理解 仿生机器人是一个很宏大的概念，字面上讲任何模仿自然界生物的机器都可以称之为仿生机器人。但是根据诸多文献的定义，现在人们倾向于将第四代及之后的机器人称之为仿生机器人，也就是2000年之后产生的机器人。我认为这样界定的根据在于第四代机器人具有了完备的感知能力和面对简单问题时的处理能力，如现在的两足机器人能够根据地形的变化自行调整行走模式，从容的绕开障碍物并且保持重心平衡，而这是以前的机器人所无法实现的。所以我们认为这时的机器人初步具有了人的智力，可以与生物的智能相比拟，是仿生机器人。 三、仿生机器人的产生前提与发展动力 生物在经过了千百万年的进化之后,由于遗传和变异的原因,已经形成了从执行方式、感知方式、控制方式,一直到信息加工处理方式、组织方式等诸多方面的优势和长处.仿生机器人这门学科产生和存在的前提就在于,生物经过了长期的自然选择进化而来,在结构、功能执行、信息处理、环境适应、自主学习等多方面具有高度的合理性、科学性和进步性.而非结构化的、未知的工作环境、复杂的精巧的高难度的工作任务和对于高精确度、高灵活性、高可靠性、高鲁棒性、高智能性的目标需求则是仿生机器人提出和发展的客观动力.（摘自《仿生机器人的研究》许宏岩,付宜利,王树国,刘建国著） 生物在漫长的进化过程中演变出的无比精巧、合理的结构，是目前人类所有的理论和技术都无法达到的。任何由人类设计的堪称完美的结构，放到自然界的生物面前，都相形见绌。因此，研究现成的最优化、最完美的生物体就成为人类设计机械最廉价、最可靠的范本，由此诞生了仿生学这一专门的学科，而仿生机器人则是机械与仿生学两者结合的最佳产物。这也是仿生机器人产生的前提与发展的动力。 四、仿生机器人的现状
《学科前沿》论文 浅谈仿生机器人的发展 机器人技术作为一门新兴学科，在工业飞速发展的今天扮演着非常重要的作用，而其发展与机械电子、机电一体化、控制原理等多学科的发展息息相关。仿生机器人作为机器人领域的一大分支，可以说是本世纪一个不可忽视的领域，也将是机器人日后发展的大方向。 仿生学是20世纪60年代出现的一门综合性边缘学科,它由生命科学与工程技术科学相互渗透、相互结合而成。它在精密雷达、水中
声纳、导弹制导等许多应用领域中都功不可没。仿生学将有关生物学原理应用到对工程系统的研究与设计中,尤其对当今日益发展的机器人科学起到了巨大的推动作用。当代机器人研究的领域已经从结构环境下的定点作业中走出来,向航空航天、星际探索、军事侦察攻击、水下地下管道、疾病检查治疗、抢险救灾等非结构环境下的自主作业方面发展.未来的机器人将在人类不能或难以到达的已知或未知环境里为人类工作。人们要求机器人不仅适应原来结构化的、已知的环境,更要适应未来发展中的非结构化的、未知的环。除了传统的设计方法,人们也把目光对准了生物界,力求从丰富多彩的动植物身上获得灵感,将它们的运动机理和行为方式运用到对机器人运动机理和控制的研究中,这就是仿生学在机器人科学中的应用。这一应用已经成为机器人研究领域的热点之一,势必推动机器人研究的蓬勃展。 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。仿生机器人的类型很多,按其模仿特性分为仿人类肢体和仿非人生物两大类。由于仿生机器人所具有的灵巧动作对于人类的生产和科学研究活动有着极大的帮助,所以,自80年代中期以来,机器人科学家们就开始了有关仿生机器人的研究。仿人型步行机器人是目前机器人技术的前沿课题,是具有挑战性的技术难题之一。日本本田公司和大阪大学联合推出的P2和P9型仿人步行机器人代表了当今世界的最高水平。仿非人生物机器人的研究近二十年来一直是一个非常活跃的
仿生机器人的应用及发展 1、仿生机器人发展概述 首先，模仿某些昆虫而制造出来的机器人并非简单。比如，国外有的科学家观察发现，蚂蚁的大脑很小，视力极差，但它的导航能力高超：当蚂蚁发现食物源后回去召唤同伴时，是把这一食物的映像始终存储在它的大脑里，并利用大脑里的映像与眼前真实的景像相匹配的方法，循原路返回。科学家认为，模仿蚂蚁这一功能，可使机器人在陌生的环境中具有高超的探路能力。 其次，不论何时，对仿生机械（器）的研究，都是多方面的，也就是既要发展模仿人的机器人，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。 在机器人向智能机器人发展的时程中，就有人提出“反对机器人必须先会思考才能做事”的观点，并认为，用许多简单的机器人也可以完成复杂的任务。20世纪90年代初，美国麻省理工学院的教授布鲁克斯在学生的帮助下，制造出一批蚊型机器人，取名昆虫机器人，这些小东西的习惯和蟑螂十分相近。它们不会思考，只能按照人编制的程序动作。 几年前，科技工作者为圣地亚哥市动物园制造电子机器鸟，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查理的机器金枪鱼，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/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。有的科学家正在设计金枪鱼潜艇，其实就是金枪鱼机器人，行驶速度可达20节，是名副其实的水下游动机器。它的灵活性远远高于现有的潜艇，几乎可以达到水下任何区域，由人遥控，它可轻而易举地进入海底深处的海沟和洞穴，悄悄地溜进敌方的港口，进行侦察而不被发觉。作为军用侦察和科学探索工具，其发展和应用的前景十分广阔。 同样，研究制造昆虫机器人，其前景也是非常美好的。例如，有人研制一种有弹性腿的机器昆虫，大小只有一张信用卡的1/3左右，可以像蟋蟀一样轻松地跳过障碍，一小时几乎可前进37米。这种机器昆虫最特殊的地方是突破了“牵动关节必须加发动机”的观念。发明家用的新方法是：由铅、锆、钛等金属条构成一个双压电晶片调节器。当充电时，调节器弯曲，充完电了它又弹回原状，反复充电，它就成了振动条。在振动条上装有昆虫肢体，振动条振动就成了机器昆虫
项目研究报告 ——小型仿生六足探测机器人 一、课题背景： 仿生运动模式的多足步行机器人具有优越的越障能力，它集仿生学原理、机构学理论、自动控制原理与技术、计算机软件开发技术、传感器检测技术和电机驱动技术于一体。 不论在何种地面上行走，仿生六足机器人的运动都具有灵活性与变化性，但其精确控制的难度很大，需要有良好的控制策略与精密的轨迹规划，这些都是很好的研究题材。 二、项目创新点： 作为简单的关节型伺服机构，仿生六足机器人能够实现实时避障，合理规划行走路线。 简单的关节型机器人伺服系统不仅具有可批量制造的条件，作为今后机器人群系统的基本组成，也可以作为探索复杂伺服机构的研究对象。 三、研究内容： 1.仿生学原理分析： 仿生式六足机器人，顾名思义，六足机器人在我们理想架构中，我们借鉴了自然界昆虫的运动原理。 足是昆虫的运动器官。昆虫有3对足，在前胸、中胸和后胸各有一对，我们相应地称为前足、中足和后足。每个足由基节、转节、腿节、胫节、跗节和前跗节几部分组成。基节是足最基部的一节，多粗短。转节常与腿节紧密相连而不活动。腿节是最长最粗的一节。第四节叫胫节，一般比较细长，长着成排的刺。第五节叫跗节，一般由2-5个亚节组成﹔为的是便于行走。在最末节的端部还长着两个又硬又尖的爪，可以用它们来抓住物体。 行走是以三条腿为一组进行的，即一侧的前、后足与另一侧的中足为一组。这样就形成了一个三角形支架结构，当这三条腿放在地面并向后蹬时，另外三条腿即抬起向前准备替换。 前足用爪固定物体后拉动虫体向前，中足用来支持并举起所属一侧的身体，后足则推动虫体前进，同时使虫体转向。 这种行走方式使昆虫可以随时随地停息下来，因为重心总是落在三角支架之内。并不是所有成虫都用六条腿来行走，有些昆虫由于前足发生了特化，有了其他功用或退化，行走就主要靠中、后足来完成了。 大家最为熟悉的要算螳螂了，我们常可看到螳螂一对钳子般的前足高举在胸前，而由后面四条足支撑地面行走。
仿生机器人现状
仿生机器人现状 1.仿生学Bionics 研究生物系统的结构和性质以为工程技术提供新的设计思想及工作原理的科学。仿生学一词是1960年由美国JE斯蒂尔根据拉丁字“bios”(“生命方式”的意思)和字尾“nic”(“具有……的性质”的意思)构成的。他认为“仿生学是研究以模仿生物系统的方式、或是以具有生物系统特征的方式、或是以类似于生物系统方式工作的系统的科学”。尽管人类在文明进化中不断从生物界受到新的启示，但仿生学的诞生，一般以1960年全美第一届仿生学讨论会的召开为标志。 仿生学的研究范围主要包括﹕ 1.力学仿生，研究并模仿生物体大体结构与精细结构的静力学性质，以及生物体 各组成部分在体内相对运动和生物体在环境中运动的动力学性质。例如，建筑上模仿贝壳修造的大跨度薄壳建筑，模仿股骨结构建造的立柱，既消除应力特别集中的区域，又可用最少的建材承受最大的载荷。 2.分子仿生，研究与模拟生物体中脢的催化作用、生物膜的选择性、通透性、生 物大分子或其类似物的分析和合成等。例如，在搞清森林害虫舞毒蛾性引诱激素的化学结构后，合成了一种类似有机化合物，在田间捕虫笼中用千万分之一微克，便可诱杀雄虫。 3.能量仿生，研究与模仿生物电器官、生物发光、肌肉直接把化学能转换成机械 能等生物体中的能量转换过程。 4.信息与控制仿生，研究与模拟感觉器官、神经元与神经网络、以及高级中枢的 智能活动等方面生物体中的信息处理过程。例如根据象鼻虫视动反应制成的“自相关测速仪”可测定飞机着陆速度。根据鲎复眼视网膜侧抑制网络的工作原理，研制成功可增强图像轮廓、提高反差、从而有助于模糊目标检测的一些装置。此外，它还研究与模拟体内稳态，运动控制、动物的定向与导航等生物系统中的控制机制，以及人-机系统的仿生学方面。 5.某些文献中，把分子仿生与能量仿生的部分内容称为化学仿生，而把信息和控 制仿生的部分内容称为神经仿生。 仿生学的范围很广，信息与控制仿生是一个主要领域。一方面由于自动化向智能控制发展的需要，另一方面是由于生物科学已发展到这样一个阶段，使研究大脑已成为对神经科学最大的挑战。人工智能和智能机器人研究的仿生学方面──生物模式识别的研究，大
前言 随着仿生学与机器人技术的飞速发展，仿生机器人已日益成为机器人领域的研究热点。仿生学将有关生物学原理应用到对工程系统的研究与设计中，尤其对当今日益发展的机器人科学起到了巨大的推动作用[3]。当代机器人研究的领域已经从结构环境下的定点作业中走出来，向航空航天、星际探索、海洋探索、水下洞穴探索、军事侦察、军事攻击、军事防御、水下地下管道探测与维修、疾病检查治疗、抢险救灾等非结构环境下的自主作业方面发展，未来的机器人将在人类不能或难以到达的已知或未知环境里工作。人们要求机器人不仅要适应原来结构化的、己知的环境，更要适应未来发展中的非结构化的、未知的环境。除了传统的设计方法，人们也把目光对准了生物界，力求从丰富多彩的动植物身上获得灵感，将它们的运动机理和行为方式运用到对机器人运动机理和控制的研究中，这就是仿生学在机器人科学中的应用。 本文结合当前仿生机器人的研究现状与未来发展方向，以慧鱼机器人模型为平台制作对机械本体结构、传动系统，控制系统的软件编程进行了系统设计及介绍。现对研究和实验当中取得的主要成果总结如下： 1．通过对甲虫六条腿的结构与功能的研究，设计了六足仿生机器人的足的结构，实现了机器人的结构仿生。 2．在对仿生模型的结构仿生与运动仿生分析的基础上，确定了采用慧鱼ROBO接口板作为控制器。 3．利用慧鱼ROBO接口板实现了电机和微动的控制，从而对机器人进行运动控制。 4．根据三角步态原理，设计了前进、后退以及转弯等不同运动状态。并对机器人进行了运动分析，得出了一般的结论。 5．以慧鱼公司开发的编程软件：ROBO PRO，对机器人进行软件编程，使它按规定的路线运动，实现对其运动的控制。 本次毕业设计的目的和意义是综合运用大学四年里所学到的基础理论知识达到设计目的并提高自己分析问题和解决问题的能力，提高机械控制系统设计、操纵机构的设计能力及运用PRO/E设计软件的建模能力，并增强自身的动手能力与计算机编程能力。 本课题的研究前景十分广阔。例如，可以通过对海蟹的研究，进行仿生设计，制造出海陆两用的仿生机器人，建立基于环境适应行为的智能运动控制策略。在此基础上，为未来智能化近海两栖作战新概念武器结构设计与分析提供新方法。 对于跟踪国际先进军事技术，建立新型作战武器有重要意义。同时，开展对海的
仿生机器人探秘 经过数十亿年的进化和自然选择，自然界的生物为人类的创新提供了天然的宝库，令人不得不惊叹大自然的鬼斧神工，感受到生命进化演变的魅力。 几千年来，人类从大自然的杰作里获得了取之不竭的灵感：鸽子滑翔在半空，工程师由此发明了木质自动平衡飞行器；看见黄蜂筑巢，四大发明之一的造纸术由此诞生；因模仿生物的结构和形态而获得优良性能的建筑和艺术品更是数不胜数。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。 如今的仿生学，不仅仅局限于传统机械、化学、建筑学等，而融入了很多现代元素，是一门生命科学、物质科学、数学与力学、信息科学、工程技术以及系统科学等学科的交叉学科。在过去的几十年，随着人类科学技术的高速发展，机器人专家借鉴了更多来自数学、力学、电子和计算机科学的知识。一方面,这种方法无疑整合了技术的基础学科使生产非常成功的产品成为可能,特别是在工业机器人领域。另一方面,它能够用来更好地认识机器和动物的差距，努力去缩小这种差距，使得机器人更加“人类化”。 仿生形态 文章首先介绍了仿生形态。一是对动物本身的生物形态和动作表现的运用，如娱乐产业的动画。二是运用了其与人类的交互功能：老人和孩子接受和喜爱仿生动物陪伴，它们不仅外形像宠物，有的还能够感知和应对人类情感，甚至能够生动地表达自己的情绪。这些人性化的机器人可以使面部表情,具有眼睛的眨动,头的摇晃,身体动作和姿势。它们用手臂和手，依靠在它们的衣服和皮肤上灵敏的触摸传感器，对可变压力做出反应，达成响应。 另一个活跃的研究领域是能够发挥重要作用的变形，科学家们在尝试使机器人可以根据内部或外部环境，动态重新配置他们的形态。生物的灵感来源于生物体,失去了附件还可以再生,像蜥蜴的尾巴,或从在发展阶段过渡,如形态形成两栖类的变化。感觉这个研究会用到一些拓扑学和流形的知识，令我非常感兴趣。
·24· NO.20 2018 ( Cumulativety NO.32 ) 中国高新科技 China High-tech 2018年第20期（总第32期） 1 引言 目前，随着社会的发展，工业和生活中对智能化和精细化的要求越来越高，机器人研究和设计成为研究热点。机器人的应用可以优化日常生活，满足人们日益增长的物质需求，同时在工业生产中也可以完成一些复杂和危险的任务，如机械装配、野外探险等。 近年来，海洋的战略地位越来越重要，水下机器人获得了极大的发展。海洋环境复杂多变，如何设计结构简单灵巧且适应性强的水下机器人成为机器人研究中的重点。科学家通过将仿生学和机器人两大学科相结合，提出了新的想法：水下仿生机器人。水下仿生机器人根据海洋生物的外形结构和运动方式进行设计。由于海洋生物经过了亿万年的进化演绎，其生物体模型对海洋环境的适应性强，所以水下仿生机器人将会更容易完成指定的工作，从而使人们在不破坏海洋生态系统的前提下更好地了解海洋、运用海洋。本文主要针对水下仿生机器人的发展现状进行综述。 2 机械结构设计 美国麻省理工学院（MIT）作为第一个研究机器鱼的科研机构，开启了水下仿生机器人研究的先河。研究人员在1994年研制成功了第一条仿生机械鱼，他们的主要着重点就是通过提高机器鱼在水下运转的高效性和灵活程度以模拟鱼类的运动形式。紧接着，英国塞克斯大学（Essex）就以鱼类结构 为模板，按照鱼类的运动方式来解决和优化机器人在水下活动的直线运动和转向的问题。而美国海洋学中心则是把对生物模仿进行得更加彻底，研制出与龙虾外形极为相似的“机器龙虾”。该“机器龙虾”按照龙虾的每个身体部分来设计相关功能，大大提高了其在水下的稳定性与灵活性。 目前，我国的一些研究机构也开始了针对水下仿生机器人的研究和探索。北京航天航空大学作为最早开始研究此领域的机构，已研制出可在水下连续工作2～3小时的仿生机器鱼。此后，国防科技大学、哈尔滨工程大学、中科院自动化研究所等也开展了不同程度的研究。 3 材料应用 水下环境复杂，因此对水下仿生机器人的材料要求十分严格。目前运用较为广泛的有如下几种材料： （1）高分子聚合物-金属复合材料。其重要特点是结合了高分子聚合物和金属材料的优点。高分子聚合物在大部分环境下都能承受一定程度上的变形，对外部环境的影响能够做出良好的调整，同时质量较轻，而金属材料则硬度较大。采用该复合材料能使机器人更加适应水下环境。 （2）镁合金材料。作为一种价格适中的材料，其主要特点是质量轻，非常适合用做机器人的外部轮廓，同时该材料硬度大，不易损坏。 （3）介电弹性材料。该材料在机器人驱动器上应用很广泛。作为一种柔软度较好的材料，其突 水下仿生机器人研究综述 蒲欣岩 （成都七中高新校区，四川 成都 610041） 摘要：随着海洋探索技术的不断发展，水下仿生机器人日益引起关注。针对水下仿生机器人的研究现状，文章从机械结构设计、材料应用和控制方法3个方面进行综述，并基于对水下仿生机器人的深入了解，对其未来的发展趋势进行分析。 关键词：水下仿生机器人；机械结构；控制方法 文献标识码：A 中图分类号：TP242文章编号：2096-4137（2018）20-024-02 DOI：10.13535/https://www.doczj.com/doc/962895134.html,ki.10-1507/n.2018.20.08 收稿日期：2018-07-12 作者简介：蒲欣岩（2000-），女，四川成都人，成都七中高新校区学生，研究方向：自动化控制、机器人。
仿生机器人学概论 ——读Direct control of paralysed muscles by cortical neurons有感 机械设计制造及其自动化XXXX班 Wdl U201XXXXXX
关于侵入式脑-机接口的探索 读Direct control of paralysed muscles by cortical neurons有感Direct control of paralysed muscles by cortical neurons（神经运动弥补 术）于2008年发表于nature。并被评为当年的最佳论文。因为其打破先前的常规研究，省去了对神经电信号的采集、解码、再输出的繁琐过程，直接将脑细胞的电信号通过人造电路传输到运动神经元从而实现对目标肌肉的意识控制。这样便省去了复杂的解码过程，也大大降低了技术难度和设备体积。使通过人工设备恢复神经中枢受损而导致的瘫痪病人恢复运动能力变得更加现实。下面便是我读过这篇文章后的一些感想与受到的启发。 文章指出将控制信号从大脑直接通过人工电路连接到执行器是一个潜在的治疗脊髓损伤所造成的瘫痪的方法。然后，这样的信号可以控制肌肉的电刺激，从而恢复瘫痪肢体的运动。以前独立的实验表明，无论是与真实运动或虚拟运动有关的运动皮质神经元的活动，都已经证实可以被用于控制电脑光标或机器人手臂，并且可以用功能性电刺激来激活瘫痪肌肉。在这里，本文中所述实验表明，可以用运动皮质的神经元细胞的活动来直接控制肌肉的刺激信号，从而恢复目标定向运动的暂时瘫痪的手臂。此外，神经细胞可以控制得同样出色，无论之前与运动的联系如何，神经元都可以很好地控制功能性电刺激，这一发现大大扩展了脑-机接口控制信号源。猴子学会使用这些人造肌肉皮层细胞连接，产生双向手腕扭矩，并同时控制多个神经肌肉对。这种直接转换可以实现由独立电子电路实现从皮层活动到肌肉刺激的连接，创造一个相对自然的神经假肢。这些结果首次证明了直接人工皮质细胞和肌肉之间的连接可以弥补中断生理的途径从而恢复瘫痪肢体运动的意志控制。 脊髓受伤损坏了从大脑到肢体的神经通路，但运动皮质和肢体事实上都是正常的，近年的研究显示，瘫痪多年的患者仍然可以有意识地调节手部的运动皮质。其它的脑-机接口研究都使用复杂的算法来解码与任务相关的大量神经活动，并以此来计算所需的对外部设备的控制参数。作者另辟蹊径，直接连接皮质神经元细胞活动控制病人的瘫痪肢体刺激来重新建立肢体功能。这个实验表明了猴子可以学会使用从任意运动皮质神经元细胞的人工联系对传递到多块肌肉上的刺激分级，从而在瘫痪的手臂上恢复有目的的运动。
. 仿生机器人关键技术计算机、涉及到机械设计、是指模仿生物、从事 生物特点工作的机器人。，“仿生机器人”传感器、自动控制、人机交互、仿生学等多个学科。因此，机器人领域中需要研究的问题非常多。主要研究问题包括以下五个方面：建模问题1 仿生机器人的运动具有高度的灵活性和适应性。其一般都是冗余度或超冗余度机器人，运动学和动力学模型与常规机器人有很大差别，且复杂程度更大。为此，研究建结构复杂，模问题，实现机构的可控化是研究仿生机器人的关键问题之一。控制优化问题2 复杂巨系统的实现不机构越复杂，必将导致控制系统的复杂化。机器人的自由度越多，同时要研究高效优化的控制算法才能使系能全靠子系统的堆积，要做到整体大于组分之和，统具有实时处理能力。 3 信息融合问题都装备有一定量的在仿生机器人的设计开发中，为实现对不同物体和未知环境的感知，信息融合技术把分布在不传感器。多传感器的信息融合技术是实现其具有一定智能的关键。消除多传感同位置的多个同类或不同类的传感器所提供的局部环境的不完整信息加以综合，器信息之间可能存在的冗余和矛盾，从而提高系统决策、规划、反应的快速性和正确性。机构设计问题 4 其结构特生物的形态经过千百万年的进化，合理的机构设计是仿生机器人实现的基础。只有在充分研究生物肌体结而要用机械来完全仿制生物体几乎是不可能的，征极具合理性，才能开发全方位关节机构和简单关节组成高灵构和运动特性的基础上提取其精髓进行简化，活性的机器人机构。 5 微传感和微驱动问题机械、微型仿生机器人有些已不是传统常规机器人的按比例缩小，它的开发涉及到电磁、要解决一些工程上的问题，对于微型仿生机器人的制造，需生物等多学科。热、光、化学、实现微传感和微驱动的一个关键驱动方式、传感集成控制以及同外界的通讯等。如动力源、新、在设计时必须考虑到尺寸效应、新材料、同时，技术是机电光一体结合的微加工技术。工艺等问题。 . . 为了解决以上问题仿真机器人需要采取以下技术：环境感知1.以机器视觉为主并借助于其他传感器的移动机器人自主在结构化的室内环境中，目前，随机由于环境的多样性、环境感知、场景认知及导航技术相对成熟。而在室外实际应用中，性、复杂性以及天气、光照变化的影响，环境感知的任务要复杂得多，实时性要求更高，这环境建模等是机器人感知系统面临的技术任多传感器信息融合、一直是国内外的研究热点。务。将多种传感器的信息有机地融基于单一传感器的环境感知方法都有其难以克服的弱点。就可以构成一个覆盖几乎所有空间和通过处理来自不同传感器的信息冗余、互补，合起来，因此，利用机器视觉信息丰富的优势，结合由时间的检测系统，可以提高感知系统的能力。来实现对本车周围雷达传感器、超声波雷达传感器或红外线传感器等获取距离信息的能力，环境的感知成为各国学者研究的热点。需要带来了多源信息的同步、匹配和通信等问题，使用多种传感器构成环境感知系统，并不是所但在实际应用中，研究解决多传感器跨模态跨尺度信息配准和融合的方法及技术。需要考虑各传感器数据针对不同环境中机器
课程设计说明书 学生姓名:王超学号：1015070229 学院:机械工程学院 班级: 机械102班 题目: 慧鱼组合机器人的组装设计 指导教师：陈国君苏天一职称: 副教授 2013 年 12 月 23 日
目录 1．引言 1 1.1内容摘要 1 1.2 慧鱼机器人 2 1.3 走进实验室 3 1.4 按键式传感器 3 1.5 设计工作原理 4 1.6慧鱼模型操作规程 5 2. 仿生机器人6 2.1仿生机器人迈克仿真示意图 6 2.2仿生机器人迈克仿真程序图示 6 2.3仿生机器人结构简图7 3. 移动机器人8 3.1 移动机器人基础模型8 3.2 移动机器人仿真图8 3.3移动机器人结构简图9 3.4移动机器人仿真程序框图10 4.工业机器人10 4.1工业机器人仿真图11 4.2业机器人结构简图11 4.3工业机器人仿真程序12 5.寻光机器人14 5.1寻光机器人仿真模型14 5.2连线图和结构简图15
慧鱼组合机器人的组装设计 摘要：慧鱼创意组合模型是一种技术含量很高的工程技术类拼装模型，是展示科学原理和技术过程的理想教具。本设计是以德国慧鱼创意积木所组成的仿生模拟机器人为其基本架构，透过圈形式人机介面LLWin，经由智慧型微电脑介面板去驱动机器人，使机器人细部动作很容易达到我们需求，进而取代以往由硬体描述语言所驱动架构，通过慧鱼模型的组装，程序的编制，任务的完成，阐述机械机构之间的配合关系，各种传感器的安装和使用，以及软件程序的编制思维，实现对伺服电机，电磁线圈的控制,不但操作简易，更可使我们了解机械运作的原理。 关键词：慧鱼组合模型；机器人；传感器；机械原理； 引言 由于机器人的发展和快速广泛的被使用，可知科学家对于机器人的功能也相提高，除了超强的逻辑运算、记忆能力及具备类似的自我思考能力，另外在机器人的外表及内部结构，科学家更希望能模仿人类。对于外在资讯的选集，也透过各种感应器，企图达到类似人类各种触觉的功能，选集了外在环境的资讯，一旦外在环境起了改变，机器人一定要能随着变化，做出该有的反应动作，更新自己的资料库，达到类似人类学习的功能。 1.慧鱼机器人简介 1.1 课程内容与实验目的 本项目课程以德国慧鱼公司生产的机电产品模型为对象，学生通过装配机电设备模型，对设备进行较为细致的观察和分析，从而完成综合性的设计训练过程。虽然用模型学生可装配出各种各样的产品，但学生学习的重点是选定其中一个产品进行分析研究；对产品进行编程运行，检验其功能、性能等效果；初步掌握开发、设计一个产品的有关过程；学习查阅资料，为自己的设计和分析提供理论依据。加强实践教学，培养学生的动手能力，在一定程度上改变工科教学重理论教学，轻实践环节的现状，使学生生动活泼地进行学习，较全面地掌握各类机械机构，机电一体化机构、计算机编程等基本知识。 本课程的任务是，在简明扼要的介绍各类装置之后，对指定装置进行测绘，学生完成所有零件图、部件图、最后完成总装图设计。根据学生的能力，还可进行相关的改进设计、动画设计等。在设计过程中，学生还可接触到机械装备的控制、驱动、传动的技术，学习机械制造中的工艺、工装、测量等知识。