仿生机器人介绍
仿生机器人综述
Ⅰ、研究背景
自然界在亿万年的演化过程中孕育了各种各样的生物, 每种生物都 拥有神奇的特性与功能,能够在复杂多变的环境中生存下来。因此,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,可以极大的 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。
• 仿生学（Bionics） 仿生学诞生于20世纪60年代, 是生
仿生水母是一种模仿水母运动机理以 及外形柔软的机器人。由生物感应记忆合 金制成的细线连接，当这些金属细线被加 热时，就会像肌肉组织一样收缩。
Ⅳ、仿生机器人研究中亟需解决的问题
• 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
• 机器蜘蛛
左图为美国宇航局喷气推进实验室于 2002年12月研制成功的机器蜘蛛Spiderpot。
该机器蜘蛛上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。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。
• 水下仿生机器人
水下机器人又称为水下无人潜器，是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，又为开发海洋的重要工具。
•
英国埃塞克斯大学的环境检测机器人 主要用于环境检测和绘制3D污染图
机器鱼
鱼类的高效、快速、机动灵活的水 下推进方式吸引了国内外的科学家们从 事仿生机器鱼的研究。
Ⅳ、仿生机器人研究发展方向
➢ 微型化 将驱动器、传动装置、传感器、控制器、电源等集成到一 块硅片上,构成微机电系统；
➢ 仿生机器人的仿形 仿生机器人的外形与所模仿的生物的相似性
仿生机器人的实现方法和挑战
仿生机器人的实现方法和挑战随着科技的不断进步，人们对于机器人的研究和制造也越发广泛和深入。
其中，仿生机器人作为一种将生物学和机械学进行完美融合的产物，受到了越来越多的关注和热议。
那么，到底什么是仿生机器人？它有哪些具体的实现方法和挑战呢？1. 什么是仿生机器人？仿生机器人（Biomimetic Robots）是一种基于仿生学原理，模仿自然界中不同生物的形态、结构、功能和行为特征，设计出来的机器人。
它可以模拟生物的运动、感觉和智能，以实现各种不同的机器人任务。
2. 实现方法在实现仿生机器人的过程中，有很多不同的方法和思路。
但是，总的来说，基本的实现方法可以归纳为以下几种：(1) 参数拟合法：这种方法是在自然界中找到与仿生目标最接近的生物，并且抓住其形态和动作的特点，再通过解析数学模型，将所得到的参数应用到仿生机器人的设计中。
(2) 运动捕捉法：这种方法是利用光学成像或者其他传感器技术，将自然界中的生物运动进行捕捉，并且将其记录成数字序列，再进一步转化成参数，应用于仿生机器人的设计。
(3) 生物统计学法：这种方法是收集一系列自然界中的生物物种的形态和运动数据，并且针对它们的共同点和差异点进行一定的统计和分析，并且推导出一些规律性的结论，应用于仿生机器人的设计之中。
(4) 生物材料应用法：这种方法是通过分析自然界生物的材料组成和结构特点，并且将其应用到机器人材料的设计和生产之中，以实现更好的仿生效果。
3. 实现挑战虽然仿生机器人在理论上是可以在很多领域取得很好的效果，但是在实际应用中，还面临着很多挑战和问题：(1) 控制问题：由于生物世界的复杂性和不可预知性，因此在仿生机器人的设计中，也会面临很多控制问题，例如运动规划、姿态控制、适应性控制等等。
(2) 材料问题：仿生机器人的材料构成十分复杂，它既需要具备生物材料的柔韧性和韧性，也需要具备机械材料的强度和韧性，因此在实现过程中也会面临很多材料优化和材料工程的问题。
仿生机器人概述
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。
仿生机器人技术的研究和应用
仿生机器人技术的研究和应用随着现代科技的飞速发展，人类对于仿生机器人技术的研究和应用也越来越深入。
仿生机器人是指模仿生物体形态和结构，在机器人体内嵌入人工智能和控制系统的一种新型机器人。
它们能够感知环境、自主学习和执行任务，具备较高的灵活性和适应性，被应用在农业、制造业、医疗和矿山等领域，已经成为人类探索世界和改善生活的重要工具之一。
一、仿生机器人技术的特点和优势在机器人技术发展的历程中，仿生机器人技术的特点和优势已经渐渐凸显出来。
相比传统机器人，仿生机器人拥有更加智能化、自适应和协作性强的优势，它们能够通过机器学习和模仿的方式，在不断的实践中不断优化自己，提高自身的效率和表现力，可在以下几方面发挥其独特的优势：1.生物模仿：仿生机器人的设计灵感来源于生物学，通过模仿生物体的形态、结构和生命特性，使机器人具备更为灵活、智能的机械特性，以及更优异的适应能力。
2.自适应性：仿生机器人能够根据环境变化自适应调整自身形态和能力，在应对不同场景和任务的同时，提高智能自主性。
3.自学习：仿生机器人不断学习和积累经验，通过机器学习算法，分析环境数据，提高自身决策水平和实现任务的灵活性，满足不同的需求。
4.协作性：仿生机器人与其他智能化设备和人类进行合作，通过共同完成任务、协同完成项目，实现整个系统的高效运作。
二、仿生机器人技术在农业领域的应用作为国民经济的重要部分，农业生产领域一直是人类关注和投入的一个重点领域。
传统的农业生产出现了人工和资源成本高，单一化和低效等问题，而仿生机器人技术的应用解决了这些问题，实现了农业生产自动化、智能化和高效化。
1.植株监测：针对农业生产过程中的植物病虫害和生长状态等问题，仿生机器人可以在农作物中根据图像和传感器等数据进行诊断和控制，有效提高种植的质量和产量。
2.自动驾驶收割机：仿生机器人的无人驾驶技术和高级控制系统使收割机拥有操控灵活、效率高的特点，可以完成大面积、高效率的农作物收割工作。
仿生机器人介绍
搜救行动
仿生机器人能够模仿搜救 犬的行为，在废墟中寻找 被困人员，提高搜救效率。
物资运输
仿生机器人可以承担物资 运输任务，将救援物资快 速送达灾区，保障救援行 动的顺利进行。
科学探索
环长期监测，为生态 保护和科学研究提供数据支持。
生物研究
仿生机器人可用于研究生物行为和 生态系统的相互作用，揭示生物奥 秘。
移动速度和灵活性。
仿生机器人在人工智能领域的应用
智能控制
仿生机器人可以应用于智能控制 领域，通过模拟生物体的行为和 决策过程，实现更高效和智能的 控制算法。
机器学习
仿生机器人可以作为机器学习的 模型，通过模拟生物体的学习和 进化过程，提高机器学习的效率 和准确性。
虚拟现实
仿生机器人可以应用于虚拟现实 领域，通过模拟生物体的感知和 行为，提高虚拟环境的真实感和 沉浸感。
仿生机器人介绍
• 引言 • 仿生机器人的种类 • 仿生机器人的应用领域 • 仿生机器人的技术实现 • 仿生机器人的未来展望
目录
01
引言
仿生机器人的定义
总结词
仿生机器人是一种模仿生物形态 、运动方式以及感知能力的机器 人。
详细描述
仿生机器人不仅在外形上模仿生 物，还借鉴了生物的感知、运动 和行为模式，以实现更高效、灵 活和自主的运动能力。
THANKS
鱼类仿生机器人以鱼类为原型，具有高速游动、灵活转向、低阻航行等特点。
详细描述
鱼类仿生机器人通常采用流线型设计，利用水动力学原理，模拟鱼类的游动方式 和行为特征，如摆尾、转弯、加速等。它们在水下探测、海洋资源开发、水下救 援等领域具有广泛的应用前景。
鸟类仿生机器人
总结词
鸟类仿生机器人以鸟类为原型，具有飞行高度高、速度快、机动性强等特点。
仿生机器人综述报告
仿生机器人综述报告一、引言随着科技的不断发展，仿生机器人作为一种新型智能机器人，已经逐渐引起了人们的关注。
仿生机器人是指模仿动物或植物的外形、结构和功能设计出来的机器人。
它们可以模拟动物或植物的行为，具有很强的适应性和灵活性。
本文将对仿生机器人进行综述。
二、仿生机器人的分类根据仿生机器人所模拟的动物或植物不同，可以将其分为多种类型。
以下是几种常见的类型：1.鸟类仿生机器人：这种机器人通常具有翅膀并能够飞行，它们可以用于监测环境和空气质量等方面。
2.昆虫类仿生机器人：这种机器人通常具有六条腿和翅膀，并且非常小巧轻便。
它们可以用于勘测地形、搜索救援等方面。
3.水下仿生机器人：这种机器人通常具有鱼类或海豚等水下动物的外形和运动方式，可以用于海洋勘测、水下救援等方面。
三、仿生机器人的应用仿生机器人有着广泛的应用领域，以下是几个常见的应用领域：1.环境监测：鸟类仿生机器人可以用于监测空气质量，水下仿生机器人可以用于海洋勘测。
2.救援：昆虫类仿生机器人可以用于搜索救援，水下仿生机器人可以用于水下救援。
3.军事领域：仿生机器人可以用于侦察、炸弹拆除等方面。
4.医疗领域：仿生机器人可以模拟动物或植物的运动方式，帮助恢复运动能力。
四、仿生机器人的优势与传统机器人相比，仿生机器人具有以下优势：1.适应性强：由于仿生机器人模拟了动物或植物的外形和运动方式，因此它们在不同环境中具有更好的适应性。
2.灵活性高：由于仿生机器人具有类似动物或植物的结构和运动方式，因此它们在行动时更加灵活。
3.能耗低：由于仿生机器人采用了动物或植物的结构和运动方式，因此它们在行动时能够更加节约能源。
五、仿生机器人的发展趋势随着科技的不断发展，仿生机器人也在不断地发展。
以下是几个可能的发展趋势：1.智能化：仿生机器人将会越来越智能化，具有更强的自主学习和决策能力。
2.多功能化：仿生机器人将会具有更多的功能，例如可以同时进行环境监测和搜索救援等任务。
仿生机器人概述
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。
仿生机器人技术的发展趋势
仿生机器人技术的发展趋势近年来，仿生机器人技术的发展速度日益加快，其应用范围也逐渐扩大。
随着科技的不断进步，仿生机器人成为了未来人类与机器人共存的一个重要方向。
本文将从仿生机器人概念、技术发展历程、应用领域以及未来发展趋势四个方面进行探讨。
一、仿生机器人概念仿生机器人是一种利用生物机制，通过仿生学方法设计构造出来的机器人。
它利用生物的运动学、形态学等特性实现对机器人本身运动控制和对机器人与环境的感知和控制。
仿生机器人设计的本质是从生物特性中寻找规律并应用到机器人中。
二、技术发展历程随着传感器和控制技术的提高，仿生机器人的性能得到提升。
在技术的推动下，仿生机器人呈现出了三个发展阶段：1.仿生学与机器人技术的融合早期仿生机器人研究主要依靠经验设计，但随着人工智能、机器视觉等技术的不断发展，仿生学与机器人技术相结合，模拟生物学特性和行为，逐渐成为了一个独立的领域。
2.仿生机器人从单机向集群化推进仿生机器人可以模拟各种动物群体的行为，进行群体协同行动。
通过仿真实验，研究人员发现，仿生机器人在协同行动中极易出现网络瓶颈，因此，将单机仿生机器人转向集群化，以提高协同行动效果。
3.仿生机器人由实验室走向实际应用在工业、医疗、安防等领域，仿生机器人已经开始实际应用。
例如，仿生控制手术机器人准确地在病人的身体内部进行手术，有效地降低了手术风险，使手术更加精确化。
三、应用领域1. 医疗领域仿生机器人在医疗领域中具有广泛应用。
例如，可利用仿生机器人进行手术操作。
通过仿生技术，手术机器人能够达到更高的精确度，使患者术后恢复更快。
2. 工业生产领域自动化生产线的不断普及让仿生机器人在工业领域中的应用越发重要。
各种类型的产线，如生产轮胎、汽车、飞机等，都可以利用仿生机器人提高生产效率和质量，减少人力成本和失误率。
3. 空、陆、海军领域仿生机器人在空、陆、海军领域具有广泛的应用。
通过仿生机器人技术，可以制造出更加高效的飞行器、战斗机器人等各类武器装备，提升军队的实力，减少人员伤亡。
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由于水对电磁波的干扰, 长久以来人们都是通 过电缆进行控制和供能操作, 这也限制了水下 机器人的灵活性、活动范围以及作业种类, 因
此如何让它们去除身上的电缆线一直困扰着 科学家们。随着硬件技术和控制技术的发展, 新式AUV应运而生, 它是无缆式水下机器人, 自带供能模块, 靠其自身的自动化控制能力来 完成所赋予的工作, 并能够大范围活动, 具有 机动性好、安全性高、智能化等优点, 现已成 为完成水下作业的重要工具。
与其他种类的水下机器人相比, AUV有着巨大的优 势, 它能够依据运动传感器参数和导航参数的变化 而快速修正航向, 通过程序控制, 能够全自动按照预 设的航线进行测量、自动换向或调整航线等操作, 能够在测量时保证覆盖工作范围, 而且摆脱了线缆 的限制, 受自然因素影响小, 作业效率高。但ROV受 制于线缆, 其关键技术在于通信。由AUV和ROV的比 较可知, 发展水下机器人的智能化尤为必要, 这将是 水下机器人的未来发展方向。
未来, 水下机器人的潜深一定会越来越大, 特别是 深海机器人, 更是占领海洋开发技术前沿与制高 点的重要利器。由于HOV, ROV, AUV在深海极端恶 劣的环境条件下工作, 不仅需要承受极为巨大的 水压, 还需要保持一定的浮力用来减少推进所需 要的能量、提高航行的效率和时间, 因此目前水 下机器人在设计时一般要进行优化设计, 在流线 型外形的前提下使结构尽可能紧凑。目前AUV一 般依靠自身内部能源供能, 因此需要在自身功耗 和电池电量间找到平衡点, 通常根据不同的作业 目的, 安装不同的设备和传感器, 并且尽可能地延 长续航时间。
发展现状
我国科学家于20世纪70年代末开始对ROV进行研究, 1985年12 月我国首台水下机器人“海人一号”样机进行首航并取得成功 , 可潜入水下深达200 m的位置, 能够在水下连续进行观察、切 割、取样、焊接等作业。十几年来, 我国水下机器人的研究取 得了长足进步, 已经能够制造各种型号的ROV。目前, 在我国水 下机器人中, 潜深最大、功能最强的ROV当属上海交通大学水 下工程研究所研制的“海龙号”。在进行深海热液科研考察任 务中, 它首次观测到太平洋海底非常罕见的巨大“黑烟囱”, 并 获取了热液样品, 还收集了一些附近的微生物样本。2014年, 中 国科学院沈阳自动化研究所研制的极地科考水下机器人——— 北极冰下自主/遥控海洋环境监测系统 (简称“北极ARV”) 还 完成了海冰厚度测量、冰底形态观测和海洋环境参数测量等工
目录
1
ROV和AUV
2
发展现状
3
发展趋势
ROV、AUV
水下机器人主要分为两大类，一类是 有缆水下机器人，习惯称为遥控潜器 （Remote Operated Vehicle，简称 ROV);另一类是无缆水下机器人，习惯 称为自主式水下潜器（Autonomous Underwater Vehicle,简称AUV）。
ROV-遥控无人潜水器
ROV系统一般包括：动力推进器、遥控电子 通讯装置、摄像头、摄像俯仰云台、用户外 围传感器接口、实时在线显示单元、导航定 位装置、自动舵手导航单元、辅助照明灯和 凯夫拉零浮力拖缆等单元部件。
AUV-自主式水下潜器
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在水下机器人ROV (Remote Operated Vehicle) 方面, 2009年上海 交通大学研制出下潜深度3500m的“海龙”号, 并多次完成科考任务。 2017年8月, 为中科院科考研制的下潜深度为7000m的遥控式水下机 器人ROV正在深圳装机, 10月份的海上测试已完成了下潜深度6000m 的挑战。这些成果均是我国水下机器人技术发展的证明。
ROV连接着一个长的电缆, 由操作员对其进 行控制和供能操作, 其结构与制造过程相对 简单, 在20世纪80年代就已经相当成熟。与 之相比, 早期的AUV需要自我管理并携带供 能模块, 导致其体积过大、作业效率低、造 价高昂、应用型开发较少, 仅作为实验室学 术研究设备而存在。
发展趋势
AUV不受海面风浪等自然因素影响, 可进行长 距离、大范围的探测和搜索;ROV则可作为人 体器官“眼”和“手”的延伸, 从其所在之 处将信息实时回传, 并可长时间进行水下作 业。
水下机器人
分享人：苗连青
前言
自1974年至1980年, 日新月异的工业机器人技术进步, 以及为丰富海 上救助打捞手段和近海海底油气田的勘探、开采, 我国也跟进了水下 机器人研究以及应用的工作。
近些年, 在水下机器人AUV (Autonomous Underwater Vehicle) 方 面2013年哈工大和沈自所研发的“潜龙一号”执行下潜至5080m的 深度, 完成指定任务。2017年3月, “海翼”号深海滑翔机在马里亚纳 海沟完成最深达6329m的下潜观测任务, 显示出我国以沈阳自动化研 究所为代表的自主式水下机器人AUV研究工作取得显著进步。
AUV不受海面风浪等自然因素影响,
可进行长距离、大范围的探测和搜 索;ROV则可作为人体器官“眼”和 பைடு நூலகம்手”的延伸, 从其所在之处将信息 实时回传, 并可长时间进行水下作业 。
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