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仿生機(jī)器人的研究背景（仿生機(jī)器人的研究背景和意義）

發(fā)布時(shí)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(jī)器人的定義是什么？其特點(diǎn)是什么
什么是仿生機(jī)器人？
仿生機(jī)器人研究
仿人機(jī)器人的研發(fā)背景

仿生機(jī)器人的研究背景（仿生機(jī)器人的研究背景和意義）

仿生機(jī)器人的定義是什么？其特點(diǎn)是什么

仿生機(jī)器人是一種基于生物體結(jié)構(gòu)和行為特征的機(jī)器人。它的設(shè)計(jì)和制造過程是通過研究生物體的生理結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)機(jī)理和感知特點(diǎn)等，將這些特點(diǎn)與機(jī)器人的機(jī)械、電子、控制系統(tǒng)等技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的高效、靈活的運(yùn)動(dòng)和行為。仿生機(jī)器人是機(jī)器人技術(shù)和生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、機(jī)械工程、材料學(xué)等多學(xué)科交叉的產(chǎn)物。

仿生機(jī)器人的特點(diǎn)包括：

模仿生物特征：仿生機(jī)器人的設(shè)計(jì)和制造是以生物體為藍(lán)本進(jìn)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(shí)現(xiàn)更加靈活和適應(yīng)不同環(huán)境的運(yùn)動(dòng)和行為。

復(fù)雜的傳感系統(tǒng)：仿生機(jī)器人通常具有復(fù)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(zhǔn)確的反應(yīng)和行動(dòng)。

智能控制算法：仿生機(jī)器人采用先進(jìn)的智能控制算法，可以自主學(xué)習(xí)和適應(yīng)不同的環(huán)境和任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)高度靈活的運(yùn)動(dòng)和行為。

與人類的高度互動(dòng)：仿生機(jī)器人可以與人類進(jìn)行高度互動(dòng)，具有更好的人機(jī)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(jī)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(jī)器人可以用于手術(shù)機(jī)器人、無人機(jī)、救援機(jī)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(jī)器人可以進(jìn)行高度的編程和控制，從而實(shí)現(xiàn)不同的任務(wù)和行為。

提高生產(chǎn)效率：仿生機(jī)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(dòng)力成本。

實(shí)現(xiàn)協(xié)作和群體行為：仿生機(jī)器人可以與其他機(jī)器人或人類進(jìn)行協(xié)作和群體行為，從而實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜和高效的任務(wù)完成。

推動(dòng)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步：仿生機(jī)器人的研究和應(yīng)用可以推動(dòng)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，尤其是在機(jī)器人技術(shù)、材料科學(xué)、控制技術(shù)、人機(jī)交互等領(lǐng)域的研究和應(yīng)用。

與此同時(shí)，仿生機(jī)器人可以為解決人口老齡化問題做出一定的貢獻(xiàn)。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(jī)器人在這方面所做的貢獻(xiàn)：
健康護(hù)理：仿生機(jī)器人可以用于老年人的健康護(hù)理，例如提供身體活動(dòng)和康復(fù)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(dòng)：仿生機(jī)器人可以作為老年人的伴侶，提供社交互動(dòng)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(jī)器人可以監(jiān)測老年人的生活環(huán)境和活動(dòng)，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(jī)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(fù)擔(dān)，提高生活質(zhì)量。
護(hù)理人員輔助：仿生機(jī)器人可以作為護(hù)理人員的輔助工具，提高護(hù)理效率和質(zhì)量，從而減輕護(hù)理人員的工作壓力和負(fù)擔(dān)。
總之，仿生機(jī)器人可以為老年人提供更好的健康護(hù)理、社交互動(dòng)、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(jìn)老齡化社會的可持續(xù)發(fā)展。

——燕子機(jī)器人.中國

什么是仿生機(jī)器人？

仿生機(jī)器人運(yùn)動(dòng)是仿生設(shè)計(jì)的一個(gè)新興分支。它是從自然界中學(xué)習(xí)概念并將它們應(yīng)用于實(shí)際工程系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。更具體地說，這個(gè)領(lǐng)域是關(guān)于制造受生物系統(tǒng)啟發(fā)的機(jī)器人。仿生學(xué)和仿生設(shè)計(jì)有時(shí)會混淆。仿生學(xué)是模仿自然，而仿生設(shè)計(jì)則是向自然學(xué)習(xí)，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(jī)制。仿生學(xué)已經(jīng)促成了機(jī)器人學(xué)的另一個(gè)分支——軟機(jī)器人學(xué)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(jìn)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(jì)的。仿生機(jī)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(jī)制。然后，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該嘗試簡化和增強(qiáng)針對特定任務(wù)的機(jī)制。仿生機(jī)器人科學(xué)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(jī)器人都有某種運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。因此，本文介紹了不同的動(dòng)物運(yùn)動(dòng)模式和相應(yīng)的仿生機(jī)器人的例子。

仿生機(jī)器人研究

仿生機(jī)器人是指依據(jù)仿生學(xué)原理，模仿生物結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)特性等設(shè)計(jì)的機(jī)電系統(tǒng)，已逐漸在反恐防爆、太空探索、搶險(xiǎn)救災(zāi)等不適合由人來承擔(dān)任務(wù)的環(huán)境中凸顯出良好的應(yīng)用前景。

研制仿生機(jī)器人的靈感來源于自然界中的動(dòng)物，比如蜥蜴是有著優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)能力的爬行動(dòng)物，能夠在斷壁殘?jiān)凶杂纱┬校瑢︱狎媾佬袆?dòng)作的研究可為仿生救災(zāi)機(jī)器人的研究提供理論基礎(chǔ)。

根據(jù)仿生學(xué)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(diǎn)進(jìn)行提取和數(shù)學(xué)分析，獲取運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，建立運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算模型，最后完成機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

吉林大學(xué)威海仿生研究院的研究人員在進(jìn)行生物原型研究及數(shù)學(xué)建模時(shí)，需要觀察蜥蜴運(yùn)動(dòng)時(shí)的姿態(tài)，為此他們在蜥蜴的身體及四肢的粘貼反光標(biāo)記點(diǎn)，使用NOKOV（度量）光學(xué)三維動(dòng)作捕捉鏡頭捕捉標(biāo)志點(diǎn)并獲取各點(diǎn)空間坐標(biāo)。依賴于動(dòng)作捕捉系統(tǒng)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可通過后處理模塊計(jì)算出蜥蜴足端與脊椎的三維運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)時(shí)身體的擺動(dòng)角度、運(yùn)動(dòng)的速度與加速度。

NOKOV度量動(dòng)作捕捉的采集頻率可達(dá)到380Hz，保證采集的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)不會失真。利用這些生物原型的特征點(diǎn)信息，研究者可建立蜥蜴運(yùn)動(dòng)的計(jì)算模型，從而為仿生機(jī)器人設(shè)計(jì)制造提供理論基礎(chǔ)。

仿生機(jī)器人的研究背景（仿生機(jī)器人的研究背景和意義）

仿人機(jī)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(bào)道：我國首臺類人型機(jī)器人研制成功。11月30日，全國各大報(bào)都在顯著位置發(fā)表了這一消息。許多人問：何為仿人型機(jī)器人？仿人型機(jī)器人的問世標(biāo)志了什么？世界及中國仿人型機(jī)器人發(fā)展到什么水平？大多數(shù)的機(jī)器人并不像人，有的甚至沒有一點(diǎn)人的模樣，這一點(diǎn)使很多機(jī)器人愛好者大失所望，很多人問為什么科學(xué)家不研制像人一樣的機(jī)器人呢？其實(shí)，科學(xué)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(jī)器人。
由于仿人型機(jī)器人集機(jī)、電、材料、計(jì)算機(jī)、傳感器、控制技術(shù)等多門學(xué)科于一體，是一個(gè)國家高科技實(shí)力和發(fā)展水平的重要標(biāo)志，因此，世界發(fā)達(dá)國家都不惜投入巨資進(jìn)行開發(fā)研究。日、美、英等國都在研制仿人形機(jī)器人方面做了大量的工作，并已取得突破性的進(jìn)展。日本本田公司于1997年10月推出了仿人形機(jī)器人P3，美國麻省理工學(xué)院研制出了仿人形機(jī)器人科戈（COG），德國和澳洲共同研制出了裝有52個(gè)汽缸，身高2米、體重150公斤的大型機(jī)器人。本田公司最新開發(fā)的新型機(jī)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(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制出了雙足步行機(jī)器人，北京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京科技大學(xué)研制出了多指靈巧手等。

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