仿人形机器人
仿生机器人技术研究及应用前景
仿生机器人技术研究及应用前景一、引言随着科技的不断发展，人们对机器人技术的探索和研究越来越深入。
在机器人领域，仿生机器人技术无疑是一个不可忽视的重要研究方向。
仿生机器人利用生物体的结构、功能等特性，以及生物学、力学、材料学等交叉学科的知识和理论基础，借鉴生物体的智慧设计和优秀特性，致力于构建与生物体类似的机器人，以期为现代工业和生活提供更好的服务和解决方案。
本文将从多个角度探讨仿生机器人的技术研究和应用前景。
二、仿生机器人的发展历程仿生机器人的概念最早可以追溯到20世纪50年代。
当时，学者们通过分析蝴蝶、鸟类等动物的飞行方式，提出了仿鸟类的飞行器设计概念。
随后，仿生机器鱼、仿生机器蜘蛛、仿生机器人手等各种仿生机器人相继问世。
其中，仿生机器人手更是在医疗领域得到广泛应用，成为手术机器人普及的一个重要前提。
三、仿生机器人技术的研究内容仿生机器人技术的研究内容涉及到多个领域，如机械设计、多学科交叉等。
具体而言，主要包括以下几个方面：1、仿生材料的研究：通过仿生材料的研究，可以开发出和生物组织力学特性相近的人工材料，如仿生肌肉、仿生骨骼等，使仿生机器人的机械特性更加符合人体运动、机理的需求。
2、仿生控制策略的研究：生物体的运动控制源于神经系统的控制，所以仿生机器人的控制策略往往借鉴了生物体运动控制的原理和思想。
例如，仿生机器人可以通过模仿动物的运动模式来实现自由机动。
3、仿生机器人机构结构的研究：仿生机器人的机械结构与生物特征紧密相关，通过分析生物体的结构和运动特性可获得生物体优秀特性的机理，如仿生机器人鳍、仿生水母等。
四、仿生机器人的应用前景仿生机器人技术可以为人们的精准医疗、环境保护、生产制造等领域提供更多种类、更具智能化的机器人产品。
1、医疗领域仿生机器人手术机器人是目前医疗领域应用最为广泛的仿生机器人。
手术机器人通过手柄操作器和3D显微镜，许多手术可定位进行，它比传统手术优越的地方是能做到更小跨度的手术、减少疼痛，从而减少病人在后期的恶病大量的苦痛。
类人机器人
外观和功能与人相似的智能机器人。除具有类似人的外形以外，还可以模仿人的行走、动作、表情和思维方 式等。比一般机器人具有更加复杂的结构、传感、驱动和控制系统。
像人一样思考
谷歌公司正与牛津大学的两支人工智能研究小组合作，研制先进的类人机器人。第一支研究小组的任务是帮 助机器人更好地了解用户的想法和意图，第二支研究小组的任务是通过深度学习技术提高机器人的视觉识别能力。
德国大众汽车公司发言人海科·希尔威格说，这起事故发生于距法兰克福约100公里的包纳塔尔工厂。这个 机器人并非流水线上与工人一起工作的机器人，而是在安全笼中的。希尔威格强调说，这款机器人通常是在一个 封闭区域工作的，负责抓取汽车零件并进行相关操纵。
然而，事发时，这名工作人员正在安装机器人，所以他也在安全笼中，而他的同事站在笼外，没有受伤。希 尔威格说，这个机器人在整件事情中没有出现技术故障，也没有遭到损坏。
研发案例
高仿真的类人机器人类人机器人是开发难度最高的机器人之一，因为大家希望从它身上看到人的表情和反应。 类人机器人可以用于娱乐和服务。科学家们正在开发更智能的软件，使机器人能和人交流并具备学习能力。从某 种角度说，类人机器人的研发是真正考验人类智慧的行为。
在上海2010世博会陕西馆中展示了 “唐明皇”和“杨贵妃”形象出现的机器人。它们就是娱乐用的类人机 器人，世博会期间，这两个高仿真机器人将在陕西馆的宫殿大殿内笑脸迎客，并与游客进行影像互动。游客可以 聚集在陕西馆外欣赏真假“唐明皇与杨贵妃”的表演，不少游客表示该表演十分有趣，机器人能眨眼睛十分逼真。 由于演员配合度高，有时甚至真假难辨。据悉，在每天的特定时段，两名演员会站在高仿真机器人“唐明皇与杨 贵妃”旁，与它们同步转身、举手、说话，成为陕西馆的亮点。
有报道称，谷歌正在研制超快量子芯片，模拟人类大脑，让搜索和软件更加直观。被谷歌收购的人工智能创 业公司DeepMind联合创始人、谷歌工程部副总裁杰米斯-哈萨比斯在博客中表示：“对于当前的人工智能研究来 说，这无疑是一个非常令人兴奋的时刻。我们在很多方面不断取得进步，其中包括图像识别和语言理解能力。我 们很高兴地宣布与牛津大学展开合作，加快谷歌的研究步伐。”
中国人形机器人发展史
中国人形机器人发展史
中国人形机器人发展史可以追溯到1980年代。
中国国防科技大学在1980年代开始研究人形机器人，1986年成功研制出中国第一台人形机器人“先行者”。
这台机器人具有人类外观特征，可以模拟人类行走和基本操作功能，但还不具备成熟的语言功能。
在随后的几十年里，中国的人形机器人技术得到了快速发展。
2000年，中国第一台类人型机器人一先行者，在国防科技大学实验室诞生。
这台机器人具有人类外观特征和语言功能，可以在一定程度上模拟人类的行为。
随着科技的不断进步，中国人形机器人的技术水平逐渐提高。
目前，中国已经研制出多种人形机器人，包括可以模仿人类行走、跳跃和进行简单操作的机器人。
这些机器人在军事、医疗、服务等领域得到了广泛应用。
总的来说，中国人形机器人技术的发展经历了多个阶段，从最初的探索阶段到现在的应用阶段，已经取得了一定的成果。
未来，随着技术的不断进步和应用场景的不断打展，中国人形机器人的发展前景将更加广阔。
人形机器人工作原理
人形机器人工作原理人形机器人是一种模拟人类外形和行为的机器人。
它利用先进的科技和人工智能技术实现了与人类相似的动作和表情，进而能够执行各种任务和工作。
本文将详细介绍人形机器人的工作原理。
一、感知技术人形机器人的感知技术主要包括视觉感知、听觉感知和触觉感知。
首先是视觉感知，机器人配备了高精度的摄像头，能够通过摄像头实时获取周围环境的图像信息，并进行图像识别和目标跟踪，从而实现对周围环境的感知。
其次是听觉感知，机器人搭载了麦克风和声音识别技术，能够实时捕捉声音信号，并将其转化为数字信号进行处理。
最后是触觉感知，机器人的手臂、脚部等关节配备了触觉传感器，能够感知到外界物体的触摸和力度，从而实现对外界的触觉感知。
二、运动控制技术人形机器人的运动控制技术是实现其灵活自由的动作的核心。
运动控制技术主要包括姿态控制和步态控制两个方面。
姿态控制是指机器人通过关节控制实现各种姿态的切换，包括站立、行走、弯曲等。
步态控制是指机器人通过合理的腿部动作和重心调整实现自主行走和奔跑。
这两个控制技术的结合使得机器人能够像人类一样自由地移动和行走。
三、人工智能技术人形机器人的人工智能技术包括语音识别和自主学习两个方面。
语音识别技术使得机器人能够听懂人类的语言并作出相应的回应。
它通过语音信号的采集和分析，将语音转化为文本或指令进行处理。
自主学习技术是指机器人通过学习和积累经验，逐渐提升其工作能力和智能水平。
机器人能够不断地吸取新知识和技能，并将其应用于实际工作中，表现出与人类相似的智能。
四、电力系统人形机器人需要一个高效的电力系统来提供能量供给。
常见的电力系统有电池和外部供电两种形式。
电池是最常见的电力供应方式，机器人的内部电池能够为其提供短时间的能量供给。
一些特殊应用的人形机器人可能会采用更加复杂的外部供电方式，例如通过导线或无线方式接入电源。
五、安全保护技术为了保证人形机器人的安全性，需要采取一系列安全保护技术。
首先是碰撞检测与避障技术，机器人搭载了多个传感器，能够实时检测到前方障碍物并进行规避。
人形机器人参数
4轴;负载500g；最大伸展距离320 mm；重复定位精度0.2mm源电压100V-240 V, 50/60 Hz；电源输入12V / 7 A DC；功耗60W Max；
轴运动参数:轴1底座-135°to +135°;轴2大臂0°to +85°;轴3小臂-10°to +95°;
（3）epal爪子：张合大小27.5 mm；驱动方式气动力度8 N
人形机器人（数量1）
1.教学用途的编程人形机器人,防磨外壳采用高品质磨砂面ABS，金属支架采用高级铝合金，抗打击，触感佳，防磨及耐用；
2.处理器：STM32-F103RDT6；
3.舵机：16个自由度(腿5*2，手3*2），新一代数字舵机具有安全可靠的MCU,设计过电保护功能,升级认证功能以及引信测试功能。其全新齿轮系统，具有低噪音及长使用寿命；
10.仿人形设计，具有16个伺服舵机，接近人的灵活度。能说英语、背唐诗，跳舞，是孩子最好的老师。此外还有大数据精选优质儿童教育资源，实时在线更新。可以蓝牙智能遥控机器人，充当“足球员”、“格斗家”、舞蹈家等多种主题角色；
桌面教学智能机械臂
（数量2）
主要特点：
记忆学习：自动记忆、学习动作，怎么学就怎么做图形化编程:通用图形化编程工具Blocky，简单易上手;写字画画:任意字迹随意模仿;无限扩展:开放13个硬件接口，支持无限扩展;
物理特性:
净重（机械臂与控制器）4kg;底座尺寸158 mm×158 mm;材料6061铝合金，ABS工程塑料;控制机械臂集成控制器;机器人安装在桌面;
应用程序:软件Studio,Repetier Host, GrblController 3.6,Blockly(图形化编程);
软件开发工具包（SDK）通信协议与函数库扩展I/O接口
人形机器人基本组成
人形机器人基本组成
人形机器人的基本组成通常包括以下部分：
1. 机械结构：包括头部、身体、四肢等部件。
机械结构能够提供机器人的运动和姿态控制能力。
2. 动力系统：通常由电机或液压系统驱动，带动机械结构的运动。
3. 传感器：用于感知环境和获取外界信息。
常见的传感器有触觉传感器、视觉传感器、声音传感器等。
4. 控制器：用于对机械结构进行控制和协调各部分的工作。
控制器通常由计算机系统或微控制器组成。
5. 电力供应：提供机器人所需的电力，通常是通过电池或电源供应的。
6. 水平稳定器：用于保持机器人的平衡和稳定。
7. 操作系统和软件：用于控制机器人动作、处理传感器数据、实现人机交互等功能的软件平台。
8. 外观设计和装饰：为了实现人形机器人的外貌美观和可接近人类的外观特点，还会添加外部装饰和细节设计。
需要注意的是，不同的人形机器人在具体的组成上可能会有所差异，以适应不同的任务和应用场景。
仿生机器人研究现状与发展趋势
仿生机器人研究现状与发展趋势随着科技的不断发展，仿生机器人已经成为当今机器人领域的研究热点。
仿生机器人是指模仿生物体（包括人类）的形态、运动和行为能力的机器人。
这类机器人的研究不仅具有重要意义的应用价值，同时也对推动和机器人技术的发展具有重要价值。
本文将介绍仿生机器人的发展历程、研究现状以及未来发展趋势和可能的应用场景，并探讨其潜在的社会和经济价值。
仿生机器人的发展历程可以追溯到20世纪初。
然而，直到近年来，随着人工智能和机器人技术的快速发展，仿生机器人的研究才取得了显著的进展。
从理论到实践，仿生机器人的发展经历了漫长的过程。
早期的研究主要集中在理论层面，包括对生物运动学、动力学和生理学的研究。
随着计算机技术和控制理论的不断发展，仿生机器人的实践应用也得到了广泛。
当前，仿生机器人研究已经取得了很大的进展。
在技术方面，研究人员已经研发出了各种具有高精度、灵活性和适应性的仿生机器人。
例如，有的人形仿生机器人能够模仿人类的动作和表情，实现与人类的交互；有的仿生机器昆虫能够模仿真实昆虫的运动和行为，完成复杂的任务。
在应用方面，仿生机器人已经广泛应用于医疗、救援、农业、军事等领域。
例如，在医疗领域，仿生机器人可以辅助医生进行手术操作，提高手术精度和效率；在救援领域，仿生机器人可以协助搜救人员进行灾难现场的搜救和救援工作，提高搜救效率。
未来，仿生机器人的发展趋势将朝着更智能化、更灵活化和更普及化的方向发展。
随着人工智能技术的不断创新和应用场景的不断扩展，仿生机器人的智能化程度将不断提高，实现更复杂的任务和更高级别的自主性。
同时，随着材料科学和制造技术的不断发展，仿生机器人的灵活性和适应性也将得到进一步提升，能够在更广泛的应用场景中发挥作用。
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，仿生机器人的普及化程度也将不断加深，逐渐走进人们的日常生活和工作之中。
仿生机器人的研究不仅具有重要的应用价值，同时也具有重要的社会和经济价值。
人形机器人 技术指标
人形机器人技术指标摘要：1.人形机器人的概述2.人形机器人的技术指标3.人形机器人的应用领域4.我国人形机器人的发展现状与展望正文：1.人形机器人的概述人形机器人，顾名思义，是指具有人类外形特征的机器人。
它们通常拥有类似人类的肢体、头部、眼睛、耳朵等结构，能够在一定程度上模拟人类的行为和表情。
人形机器人在服务、娱乐、教育等领域有着广泛的应用前景。
2.人形机器人的技术指标人形机器人的技术指标主要包括以下几个方面：（1）外形尺寸：人形机器人的身高、体重等物理尺寸参数。
（2）运动能力：人形机器人的关节活动范围、动作流畅性、运动速度等。
（3）感知能力：人形机器人的视觉、听觉、触觉等传感器的性能参数。
（4）交互能力：人形机器人的语音识别、语音合成、表情识别等交互技术指标。
（5）计算能力：人形机器人的处理器性能、内存容量等计算能力指标。
3.人形机器人的应用领域人形机器人在多个领域都有广泛的应用，包括：（1）服务业：酒店、餐厅等场所的服务机器人，能够为顾客提供咨询、引导等服务。
（2）教育领域：教育机器人可以帮助学生进行编程学习、科学实验等教育活动。
（3）医疗领域：医疗机器人可以在医院中提供导诊、消毒、配送等医疗服务。
（4）家庭陪伴：家庭服务机器人可以为家庭成员提供陪伴、娱乐、提醒等服务。
4.我国人形机器人的发展现状与展望近年来，我国人形机器人的研究与应用取得了显著成果。
在技术研发方面，我国已经掌握了人形机器人的核心技术，如关节驱动、运动控制、感知交互等。
在应用领域，我国人形机器人产品已经在多个行业得到了广泛应用，市场规模不断扩大。
展望未来，我国人形机器人产业将朝着更加智能化、人性化的方向发展。
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2011-2012德州仪器C2000及MCU创新设计大赛
项目报告
题 目： 仿人形机器人
学校： 陕西科技大学
组别： 本科组
应用类别： 控制系统类
平台： Cortex-M
题 目：
本科组 控制系统类 陕西科技大学
仿人形机器人
摘要（中英文）
伴随着嵌入式系统的应用领域不断发展，嵌入式智能机器人系统也逐渐成为
了智能机器人领域研究的一个热点。
本项目使用TI公司基于ARM的lm3s1138单片机制作的仿人形机器人。机
器人可以进行简单的仿人移动，同时又有视觉识别系统可对障碍进行识别最后对
运动控制演示程序进行了编译。
As the unceasingly developing of the embedded system ，the embedded
intelligent robot system has becoming a hot spot in domain of the research intelligent
robot gradually .
Our project uses TI companies` lm3s1138 microcontroller which based on the
ARM to produced humanoid robot. This robot can do simple human-imitating move,
and it has mechanized vision identification system which can distinguish barrier. At
last the motion control demo program has been complied.
1. 引言
机器人学的进步和应用是20世纪自动控制最有说服力的成就，是当代最高
意义上的自动化。机器人技术综合了多学科的发展成果，代表了高技术的发展前
沿，它在人类生活应用领域的不断扩大,正引起国际上重新认识机器人技术的作
用和影响。机器人发展到现在对机器人的“认知”要求越来越高，要求其对“认
知”到得事物有一定的适应能力。伴随着机器人技术的飞速发展，机器人走进人
们的日常生活，服务于家庭及各类公共场所。
嵌入式系统以其独特的优势，适应机器人对功能、可靠性、成本、功耗等的
严格要求。而人形机器人又有着其特殊的地位与作用，所以我们对人形机器人的
硬件设计与软件控制进行学习与初步的实践。
本项目机器人可以进行简单的仿人移动，同时又有视觉识别系统可对障碍进
行识别。
由于团队能力有限，本文存有不足之处，望各位老师能够提出宝贵意见。
2. 系统方案
详细说明系统设计的整体思路，用模块的形式指出系统设计的各个关键点，
并指出其中使用的关键算法
本设计案例基于Crotex-M3，利用LM3S1138处理器的多应用接口，在机器
人的控制平台上，完成一些简单的工作任务，由于LM3S1138在高频工作状态下
的稳定性，本设计案例还涉及图像处理与物体识别的功能。
模块1：机器人的基本运动控制
机器人运动过程中的控制关系到整体的运动性能，其中对于机器人运动过程
中的步态控制，在本案例的设计中是一个难题，我们针对机器人对步态稳定的高
要求特性，设计适合本案例的可行方案：利用LM3S1138对时间控制的稳定特性
和高精度特性，结合具体的控制思路，很容易便实现的机器人在运动过程中对步
态稳定性的要求。
模块2：图像处理与物体识别
用CMOS摄像头作图像处理，因为受限于LM3S1138的主频不够高，所以
采用灰度图像处理。来实现物体的识别。
模块3：传感器
机器人运动同时有3个单轴陀螺仪与一个加速度传感器时时采集机器人运动
状态，从而来矫正机器人的行走步态。关于传感器的放置问题，我们将传感器放
置在机器人身体偏上位置，以便采集到更加灵敏的数据。
3. 系统硬件设计
1. 主控板：LM3S1138为核心的主控芯片，组成的主控电路。
2. 舵机：
采用SR40系列舵机，这种舵机为纯数字舵机，控制电路采用MCU方式，在
输入舵机信号为0.5ms~2.5ms时，对应旋转角度为-90°~ +90°。角度完全满
足机器人主要关节的灵活角度，同时又有很高的精度
3. 摄像头：
采用 “OV6620 单片CMOS CIF 彩色数字摄像头”做灰度图像处理。采用模拟的优
势比较地明显：便宜，程序有现成的。缺点：消耗MCU资源，功耗大，取点个数少，需要
做12V的供电模块（最近有队伍说把摄像头上的5V稳压芯片取下来飞飞线就可以直接用5V
供电），外围处理电路多，还要1881。
数字的优点就是避免了模拟的缺点。行场同步中断信号有现成的，而且消隐区也十分有
规律。可以用示波器对比一下模拟的和数字的，数字的信号非常漂亮，非常稳定。这对于图
像采集来说是十分有利的。
4. 传感器：
MMA845XMMA8452Q 是一款具有 12 位分辨率的智能低功耗、三轴、电容式微机械加
速度传感器。这款加速度传感器具有丰富嵌入式功能，带有灵活的用户可编程选项，可
以配置多达两个中断引脚。嵌入式中断功能可以节省整体功耗，解除主处理器不断轮询
数据的负担。MMA8452Q 具有±2g/±4g/±8g 的用户可选量程，可以实时输出高通滤波
数据和非滤波数据。该器件可被配置成利用任意组合可配置嵌入式的功能生成惯性唤醒
中断信号，这就使MMA8452Q 在监控事件同时，在静止状态保持低功耗模式。
ENC-03是一种应用科氏力原理的角速度传感器，它输出一个和角速度成正比的模拟
电压信号。优点1. 特别小的体积和重量2.相应速度快3.驱动电压和功耗都比较低。
各模块间关系如图:
控制器LM3S1138舵机步态摄像头模块传感器模块
系统软件设计
详细介绍算法设计与算法流程图（不得大量复制源代码）
算法主流程图：
开始
各部分初始化
步态循环
图像处理传感器信号处理向舵机发出控制信号传感器信号采集图像采集
中断
中断
图像处理模块流程图：
开始
摄像头初始化是否检测到摄像头信号调用视频采样程序调用物体识别程序调用舵机控制程序是否
传感器模块：
开始
传感器初始化是否检测到传感器信号调用传感器采集程序调用处理程序调用舵机控制程序是否
4. 系统创新
1. 全身采用碳纤维板制成，比同等使用合金部件的机器人更加轻便与坚固。
5. 评测与结论
1. 步态稳定性：步态稳定。
2. 摄像头模块由于时间紧迫没有时间进行完成。
附录
主控板
传感器模块：
机器人关节CAD图：
整机：