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仿生機器人的研究背景（仿生機器人的研究背景和意義）

發(fā)布時間：2023-06-13 20:32:28 稿源：創(chuàng)意嶺閱讀： 104

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本文目錄:

仿生機器人的定義是什么？其特點是什么
什么是仿生機器人？
仿生機器人研究
仿人機器人的研發(fā)背景

仿生機器人的研究背景（仿生機器人的研究背景和意義）

仿生機器人的定義是什么？其特點是什么

仿生機器人是一種基于生物體結(jié)構(gòu)和行為特征的機器人。它的設(shè)計和制造過程是通過研究生物體的生理結(jié)構(gòu)、運動機理和感知特點等，將這些特點與機器人的機械、電子、控制系統(tǒng)等技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)機器人的高效、靈活的運動和行為。仿生機器人是機器人技術(shù)和生物學、神經(jīng)科學、機械工程、材料學等多學科交叉的產(chǎn)物。

仿生機器人的特點包括：

模仿生物特征：仿生機器人的設(shè)計和制造是以生物體為藍本進行的，它模仿了生物體的結(jié)構(gòu)和特征，例如骨骼結(jié)構(gòu)、肌肉系統(tǒng)、皮膚感知等，從而實現(xiàn)更加靈活和適應(yīng)不同環(huán)境的運動和行為。

復雜的傳感系統(tǒng)：仿生機器人通常具有復雜的傳感系統(tǒng)，可以感知和識別周圍環(huán)境和對象，從而能夠做出更加準確的反應(yīng)和行動。

智能控制算法：仿生機器人采用先進的智能控制算法，可以自主學習和適應(yīng)不同的環(huán)境和任務(wù)，從而實現(xiàn)高度靈活的運動和行為。

與人類的高度互動：仿生機器人可以與人類進行高度互動，具有更好的人機接口和交互方式，可以更好地適應(yīng)人類的需求。

廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域：仿生機器人的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，包括醫(yī)療、教育、環(huán)境、軍事、航空等領(lǐng)域。例如，仿生機器人可以用于手術(shù)機器人、無人機、救援機器人、智能家居等領(lǐng)域，以及探索太空、深海等極端環(huán)境中。

高度的可編程性：仿生機器人可以進行高度的編程和控制，從而實現(xiàn)不同的任務(wù)和行為。

提高生產(chǎn)效率：仿生機器人可以在工業(yè)制造和生產(chǎn)過程中使用，可以提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，并減少勞動力成本。

實現(xiàn)協(xié)作和群體行為：仿生機器人可以與其他機器人或人類進行協(xié)作和群體行為，從而實現(xiàn)更加復雜和高效的任務(wù)完成。

推動科學技術(shù)進步：仿生機器人的研究和應(yīng)用可以推動科學技術(shù)的進步和發(fā)展，尤其是在機器人技術(shù)、材料科學、控制技術(shù)、人機交互等領(lǐng)域的研究和應(yīng)用。

與此同時，仿生機器人可以為解決人口老齡化問題做出一定的貢獻。隨著全球人口老齡化現(xiàn)象的加劇，人們需要尋找新的解決方案來應(yīng)對老年人口的日益增加和健康需求的不斷提高。以下是仿生機器人在這方面所做的貢獻：
健康護理：仿生機器人可以用于老年人的健康護理，例如提供身體活動和康復治療、監(jiān)測健康狀況、提供藥物管理和協(xié)助日常生活等服務(wù)。
社交互動：仿生機器人可以作為老年人的伴侶，提供社交互動和陪伴服務(wù)，從而改善老年人的生活質(zhì)量。
安全監(jiān)控：仿生機器人可以監(jiān)測老年人的生活環(huán)境和活動，以及提供緊急救援服務(wù)，從而確保老年人的安全和保健。
家庭服務(wù)：仿生機器人可以在家庭中提供日常生活服務(wù)，例如清潔、烹飪、購物等，從而減輕老年人的日常負擔，提高生活質(zhì)量。
護理人員輔助：仿生機器人可以作為護理人員的輔助工具，提高護理效率和質(zhì)量，從而減輕護理人員的工作壓力和負擔。
總之，仿生機器人可以為老年人提供更好的健康護理、社交互動、安全保障和日常生活服務(wù)，從而改善老年人的生活質(zhì)量和促進老齡化社會的可持續(xù)發(fā)展。

——燕子機器人.中國

什么是仿生機器人？

仿生機器人運動是仿生設(shè)計的一個新興分支。它是從自然界中學習概念并將它們應(yīng)用于實際工程系統(tǒng)的設(shè)計。更具體地說，這個領(lǐng)域是關(guān)于制造受生物系統(tǒng)啟發(fā)的機器人。仿生學和仿生設(shè)計有時會混淆。仿生學是模仿自然，而仿生設(shè)計則是向自然學習，并創(chuàng)造一種比在自然中觀察到的系統(tǒng)更簡單且更有效的機制。仿生學已經(jīng)促成了機器人學的另一個分支——軟機器人學的發(fā)展。生物系統(tǒng)已經(jīng)根據(jù)它們的棲息地針對特定任務(wù)進行了優(yōu)化。然而，它們是多功能的，并不是只為一種特定功能而設(shè)計的。仿生機器人是研究生物系統(tǒng)，并尋找可能解決工程領(lǐng)域問題的機制。然后，設(shè)計人員應(yīng)該嘗試簡化和增強針對特定任務(wù)的機制。仿生機器人科學家通常對生物傳感器(如眼睛)、生物執(zhí)行器(如肌肉)或生物材料(如蜘蛛絲)感興趣。大多數(shù)機器人都有某種運動系統(tǒng)。因此，本文介紹了不同的動物運動模式和相應(yīng)的仿生機器人的例子。

仿生機器人研究

仿生機器人是指依據(jù)仿生學原理，模仿生物結(jié)構(gòu)、運動特性等設(shè)計的機電系統(tǒng)，已逐漸在反恐防爆、太空探索、搶險救災等不適合由人來承擔任務(wù)的環(huán)境中凸顯出良好的應(yīng)用前景。

研制仿生機器人的靈感來源于自然界中的動物，比如蜥蜴是有著優(yōu)秀運動能力的爬行動物，能夠在斷壁殘垣中自由穿行，對蜥蜴爬行動作的研究可為仿生救災機器人的研究提供理論基礎(chǔ)。

根據(jù)仿生學的主要研究方法，需要先研究生物原型，將生物原型的特征點進行提取和數(shù)學分析，獲取運動數(shù)據(jù)，建立運動學和動力學計算模型，最后完成機器人的機械結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)設(shè)計。

吉林大學威海仿生研究院的研究人員在進行生物原型研究及數(shù)學建模時，需要觀察蜥蜴運動時的姿態(tài)，為此他們在蜥蜴的身體及四肢的粘貼反光標記點，使用NOKOV（度量）光學三維動作捕捉鏡頭捕捉標志點并獲取各點空間坐標。依賴于動作捕捉系統(tǒng)強大的數(shù)據(jù)處理功能，可通過后處理模塊計算出蜥蜴足端與脊椎的三維運動軌跡、運動時身體的擺動角度、運動的速度與加速度。

NOKOV度量動作捕捉的采集頻率可達到380Hz，保證采集的運動數(shù)據(jù)不會失真。利用這些生物原型的特征點信息，研究者可建立蜥蜴運動的計算模型，從而為仿生機器人設(shè)計制造提供理論基礎(chǔ)。

仿生機器人的研究背景（仿生機器人的研究背景和意義）

仿人機器人的研發(fā)背景

2000年11月29日，中央電視臺《新聞聯(lián)播》報道：我國首臺類人型機器人研制成功。11月30日，全國各大報都在顯著位置發(fā)表了這一消息。許多人問：何為仿人型機器人？仿人型機器人的問世標志了什么？世界及中國仿人型機器人發(fā)展到什么水平？大多數(shù)的機器人并不像人，有的甚至沒有一點人的模樣，這一點使很多機器人愛好者大失所望，很多人問為什么科學家不研制像人一樣的機器人呢？其實，科學家和愛好者的心情是一樣的，一直致力于研制出有人類外觀特征、可模擬人類行走與其基本操作功能的機器人。
由于仿人型機器人集機、電、材料、計算機、傳感器、控制技術(shù)等多門學科于一體，是一個國家高科技實力和發(fā)展水平的重要標志，因此，世界發(fā)達國家都不惜投入巨資進行開發(fā)研究。日、美、英等國都在研制仿人形機器人方面做了大量的工作，并已取得突破性的進展。日本本田公司于1997年10月推出了仿人形機器人P3，美國麻省理工學院研制出了仿人形機器人科戈（COG），德國和澳洲共同研制出了裝有52個汽缸，身高2米、體重150公斤的大型機器人。本田公司最新開發(fā)的新型機器人“阿西莫”，身高120厘米，體重43公斤，它的走路方式更加接近人。我國也在這方面作了很多工作，國防科技大學、哈爾濱工業(yè)大學研制出了雙足步行機器人，北京航空航天大學、哈爾濱工業(yè)大學、北京科技大學研制出了多指靈巧手等。

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