仿生机器装备研究进展

仿⽣机器⼈报告

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y

仿⽣感知与先进机器⼈技术

课程报告(1)

报告题⽬：仿⽣机器⼈课程报告

院系：机电学院

班级：

姓名：

学号：

哈尔滨⼯业⼤学机电⼯程学院

摘要：仿⽣学是模仿⽣物系统的原理以建造技术系统，或者使⼈造技术系统具有⽣物系统特征或类似特征的科学，它是在上世

纪中期才出现的⼀门新的边缘科学。

关键词：仿⽣；仿⽣机械；仿⼈机器⼈

1.仿⽣学

仿⽣学是模仿⽣物系统的原理以建造技术系统，或者使⼈造技术系统具有⽣物系统特征或类似特征的科学，它是在上世纪中期

才出现的⼀门新的边缘科学。仿⽣学的研究对象是研究⽣命的结构、能量转换和信息流动的过程，并利⽤电⼦、机械技术对这

些过程进⾏模拟，从⽽改善现有的和创造出崭新的现代技术装置。从仿⽣学的诞⽣、发展，到现在短短⼏⼗年的时间内，它的

研究成果已经⾮常可观。仿⽣学的问世开辟了独特的技术发展道路，也就是向⽣物界索取蓝图的道路，它⼤⼤开阔了⼈们的眼

界，显⽰了极强的⽣命⼒。 .

2.仿⽣机器⼈基本概念及其分类

仿⽣机器⼈是指模仿⾃然界中⽣物的外部形状、运动原理或⾏为⽅式的系统，并且能从事⽣物特点⼯作的机器⼈。仿⽣机器⼈

的研究是以机器⼈技术和仿⽣学的发展为基础，它的产⽣和存在的前提条件在于⽣物是经过了长期的⾃然选择进化⽽来的，在

结构、功能执⾏、环境适应、信息处理、⾃主学习等诸多⽅⾯具有⾼度的合理性和科学性。⼈类通过研究、学习、模仿来复制

和再造某些⽣物特性和功能，制造出能够代替⼈类从事恶劣环境下⼯作的仿⽣机器⼈，从⽽极⼤地提⾼⼈类对⾃然的适应和改

造能⼒，产⽣巨⼤的社会经济效益。

仿⽣机器⼈作为机器⼈技术领域中的⼀个新兴的发展分⽀，是众多专家和学者的研究热点。对于仿⽣机器⼈的研究是多⽅⾯

的，因此出现了功能、形状各异以及⼯作原理不同的仿⽣机器⼈，种类繁多。分类⽅法也不尽相同，按照仿⽣机器⼈模仿特性

可划分为仿⼈类肢体和仿⾮⼈⽣物两⼤类；按照仿⽣机器⼈模仿的运动机理、感知机理、控制机理及能量代谢和材料组成的进

仿生机器人的意义和前景

随着科技的不断进步，人类开始模仿自然界中生物的形态和特征，研究仿生机器人。所谓仿生机器人，就是指模仿自然界生物外形、内部结构、运动方式、功能等的机器人。仿生机器人的意义和前景非常广阔，它有望在人工智能、智能制造、医疗、探险和军事等领域发挥重要作用。

1. 仿生机器人带来的好处

仿生机器人的研究可以使人类更好地理解和掌握自然界的奥秘。通过仿生机器人的研究，科学家们发现自然界中生物的形态和特征具有一定的智慧，其中蕴含着许多值得借鉴的思想和技术。这些思想和技术可以用来改善人类的生活，提高人类的生产力。

另外，仿生机器人还可以为人类提供一些特殊的能力，例如：

（1）仿生机器人可以模仿自然界中某些动物的行为方式，具备更好的机动性和灵活性，可以执行一些人类难以完成的任务，如搜索和救援、海洋探险等。

（2）通过仿生机器人的研究，我们可以制造出具有更高机动性和智能性的机器人，从而提高人类在某些领域的竞争力，加快社会的发展。

（3）仿生机器人的研究还可以用于医疗领域，研制出有助于治疗疾病的智能机器人手术器械等。

2. 仿生机器人的研究现状

目前，仿生机器人的研究已经取得了一定的进展。研究领域包括了仿生材料学、仿生神经学、仿生电子学等。例如：

（1）仿生材料学方面的研究主要是通过模仿生物体的结构和材料来开发具有高精度、高稳定性、高灵活性等特点的新型材料。

（2）仿生神经学方面的研究主要是研究人脑的结构和功能，以便开发出更加智能化的机器人。

（3）仿生电子学方面研究主要是通过模仿生物体的电子传导机理来研发更加节能、高效的电子元件和系统。

3. 仿生机器人的前景

仿生机器人的前景非常广阔。它有望在以下几个方面发挥重要作用：

（1）智能制造：仿生机器人的研究有助于制造出更加高效、精确、智能的工业机器人，从而提高生产效率，降低生产成本。

（2）医疗领域：仿生机器人的发展也将为医疗领域带来更多的机会。例如，在手术机器人方面，仿生机器人可以模仿人手的运动方式，使手术更加精准、安全、无损伤。

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.

毕业设计(论文)

单关节尾鳍推进式仿生机器鱼的

设计与研究

学院名称

机械工程及自动化学院

专业名称 机械制造

学生姓名

指导教师

北京航空航天大学

本科生毕业设计（论文）任务书

Ⅰ、毕业设计（论文）题目：

单关节尾鳍推进式仿生机器鱼的设计与研究

Ⅱ、毕业设计（论文）使用的原始资料（数据）及设计技术要求：

单关节尾鳍推进式仿生机器鱼是由电机、舵机及其控制部分组成的机电一体化仿生设备。1.功能指标：（1）完成前进、左右转弯和上浮下潜；（2）用遥控器控制，三档调速；（3）电池可充电。2. 性能指标：（1）体积：300mm×100mm×150mm；（2）最大前进速度200mm/s；（3）最大下潜深度500mm；（4）续航能力2h；（5）转弯半径≤400mm。

Ⅲ、毕业设计（论文）工作内容：

1、了解国内外仿生机器鱼的研究现状，完成调研报告。

2、进行市场调研，完成电机、电池、舵机、遥控器等部件的选型。

3、对机器鱼各功能单元进行划分和设计，完成机器鱼机械结构的三维建模。

4、完成需加工零件的二维图纸，并完成零部件加工。

5、零部件装配，调试及测试 。

6、完成多种尾鳍外形、多种频率的驱动效率的实验研究。

Ⅳ、主要参考资料：

[1]于凯.仿鱼推进的实验研究[J].华中科技大学学报,2007, 35(11):117-121.

[2]刘军考,陈在礼.水下机器人新型仿鱼鳍推进器[J].机器人,2000,22(5):427-432 .