仿生机械学概论
第1章仿生机械学概论
6．机器人工程学
它是把生物学的知识应用于工程领域的—种典型例 子，其目的是为用于工业中的省力化，以及在宇宙、海 洋、原子能生产、灾害时等异常环境中帮助人类进行作 业。机器人不仅要具有移动功能的人造手足，而且还要 有感觉反馈功能及人工智能。目前，关于人造手、步行 机械、三维物体或声音的类型识别等的研究都在积极进 行。
另外，生物的形态通过亿万年的进化，往往具有最优 的评价函数，例如人体骨骼系统具有最少材料、最大强 度的构造形态。这些最优评价函致是物质的数量和能量 消耗量的函数，所以按这种最优论的观点来学习、模拟 建造工程结构系统是很有价值的。
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2．生物流体力学
它主要涉及生物体的循环系统。虽然很早就有人把动 脉中的脉动波作为弹性管中的波动传播问题进行处理分 析，已有血流动力学的专著出版，但是这部分仍有许多 问题未解决，特别是因为它的研究与心血管疾病关系十 分密切，所以已成为一门很受关注的学科。
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4，化学仿生
主要是通过研究模拟生物酶的催化作用、生物的 化学合成、选择性膜和能量转换等，来构思和创 造高效催化剂等化学产品、化学工艺以及新材料 、新能源等。例如，人们为宇宙飞船设计的所谓 “宇宙绿洲”—生态循环系统，就是通过模拟生 物“电池”、光合作用转换的原理以及自然生态 系统所创造出的。此外，在通过化学途径的人工 模拟酶、人工模拟生物固氯、人上模拟光合作用 等方面，也正在酝酿着新的重要突破。
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四、仿生机械学的研究方法
生物体 生物模型 数学模型 技术模型 技术装置
图1-1 仿生学的研究方法
五、仿生创新的几种主要思路
向生物索取技术原理，不仅具有令人陶醉和神往的光辉 前景，而且所涉猎的内容也相当广泛。事实上，人类从 仿生学的角度所作发明的例子是很多的。例如：从鸟类 想到飞机、从蝙蝠想到雷达、从石龙子想到伪装色、从 飞鼠想到降落伞、从乌贼想到推进器、从蝎子想到皮下 注射、从鲍鱼想到吸盘、从贝壳想到建筑等等。 如通过对蜜蜂筑巢的研究，人们模仿蜂巢制造出自重轻、 强度高的烽巢夹层结构(B52轰炸机上就采用这种结构) 但如果研究蜜蜂的定向能力、蜂群信息的传递方式等， 则可获得另外的有益启示。再如，从蜂蜜的久藏而不变质 是否能找到一种食品保鲜的新方法。现在甚至有人在研究 蜂群的组织分工，以期在管理学上有所借鉴。根据仿生学 的研究成果，向生物索取技术原理大致有如下几个方面：
仿生机械学
1.引言21世纪是海洋的世纪，随着海洋开发事业的发展，加上其它类科学（如材料科学和自动控制理论等学科）的全面发展的时也带动了综合学科－机器人技术科学的发展，因而在海洋开发和相关领域中运用机器人技术已引起了各方面的重视。
为了充分利用海洋资源，各种船只，潜水艇及水下机器人等被广泛的使用和设计，这些水上及水下作业的机器已经拓展了我们的生存空间，但是残酷的竞争激励人们不断探索高效、高机动性的水下推进控制技术。
目前传统的水下推进系统多采用螺旋桨和叶轮式等原理的常规推进器，并多以电磁马达或液压马达驱动。
这些常规推进器的存在能源利用低、结构尺寸及重量大、受扰能力差，噪音大，隐蔽性差，可靠性差等缺点。
而且常规的推进方式驱动水下运动装置存在启动、加速性能弱，运动灵活性差等缺点，受承载空间和能力的影响会限制其作业时间和范围，从而限制了它的应用。
采用波状摆动推进的鱼类，有着卓越的游动能力，就像飞机与雷达的研制，人们发现鱼类在水中游动时，可以本能的利用流体力学的原理，减小阻力提高推力。
十几亿年的进化使鱼类能够以最科学的方式驾驭水流，以达到高速，高效的游动。
大多数鱼类的游动推进效率在 80%以上，鲹科鱼类的推进效率可以超过90%，而传统的推进方式的推进效率平均仅为 40%-50%左右。
鱼类可以在不减速情况下迅速改变方向，转弯半径仅有体长的 10%-30%，而船的转弯半径要比本身长度大一个量级，且通常在转弯前先要减速一半；梭子鱼可以以 25 倍的重力加速度迅速起动来猎取食物，海豚的加速度可以达到 20-50 倍的重力加速度。
鱼类优良的游动运动方式给人类提高水下机器人系统的推进操控性能及与水环境的交互性能带来了希望。
鱼类的高速，高效游动，吸引着学者们研究鱼类的推进机理，并利用所研究的推进机理研制一些水下仿生学机器人，已验证其高效，高速的性能，并希望在实际的船只、潜艇等水上水下作业的器械上加以利用，以提高其机动性和效率。
2. 机械与结构设计2.1鱼的各种推进方式按鱼类的体形及由体型引发的功能的不同，有下面几种常见的基本推进运动模式：喷射方式、身体波动方式、尾鳍推动方式和胸鳍推动方式。
我对仿生学及仿生机械学的认识
我对仿生学及仿生机械学的认识一、仿生学及仿生机械学简介仿生学是指模仿生物建造技术装置的科学，它是在上世纪中期才出现的一门新的边缘科学。
仿生学研究生物体的结构、功能和工作原理，并将这些原理移植于工程技术之中，发明性能优越的仪器、装置和机器，创造新技术。
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。
仿生学（bionics）在具有生命之意的希腊语言bion上，加上有工程技术涵义的ices而组成的词语。
大约从1961年才开始使用。
生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多，仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。
例如关于信息接受（感觉功能）、信息传递（神经功能）、自动控制系统等，这种生物体的结构与功能在机械设计方面给了很大启发。
可举出的仿生学例子，如将海豚的体形或皮肤结构（游泳时能使身体表面不产生紊流）应用到潜艇设计原理上。
仿生学也被认为是与控制论有密切关系的一门学科，而控制论主要是将生命现象和机械原理加以比较，进行研究和解释的一门学科。
仿生学的诞生是建筑在生物科学的进步、以及与电子学的相互渗透的基础上。
实际上它是一门涉及广阔领域的综合性的边缘学科，若以电子学为中心来考虑，就构成了仿生电子学，若以机械学为中心来考虑，则构成了仿生机械学。
如果把传统的机械称之为一般机械的话，仿生机械应该是指添加有人类智能的一类机械。
在物理和机械机能方面，一般机械要比人类的能力要强许多，但在智能方面却比人类要低劣的多。
因此，若把人——机结合起来，就有可能使一般机械进化为仿生机械。
从这一角度出发，可以认为仿生机械应该是既具有像生物的运动器官一样精密的条件，又具有优异的智能系统，可以进行巧妙的控制，执行复杂的动作。
仿生机械学是以力学或机械学作为基础的，综合生物学、医学及工程学的一门边缘学科，它既把工程技术应用于医学、生物学，又把医学、生物学的知识应用于工程技术。
仿生机械学 第2版 第八章 仿动物飞行的机械及设计
第八章 仿动物飞行的机械及设计 第一节 飞行动物概述
四、其他飞行动物 除去鸟类、昆虫类动物，还有些动物可以飞翔或滑翔。 1、蝙蝠：
蝙蝠翅膀没有羽毛，飞行技术也很高超，在夜晚外出捕食飞翔是蝙蝠的一大特点。 蝙蝠翅膀也是由上肢演化的，大臂、小臂以及手指骨支撑翅膀。
3、鸟类的飞行 鸟类的飞行滑翔、翱翔和扑翼飞行
（1）滑翔：翅膀不扇动，向下方滑行 （2）翱翔：翅膀不扇动，利用热气流或不同高度水平风锁产生的水平气流飞行。 （3）扑翼飞行：煽动双翅飞行的动作，是主要飞行方式，是飞行仿生的研究重点。
滑翔飞行
翱翔飞行
扑翼飞行
第八章 仿动物飞行的机械及设计 第一节 飞行动物概述
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第八章 仿动物飞行的机械及设计 第一节 飞行动物概述
2、会飞的鼯鼠 3、会飞的鼯猴 4、会飞的蜥蜴 5、会飞的鱼
相同点：腹部两侧有可伸展的膜，展开后可滑翔。
鼯鼠
鼯猴
蜥蜴
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第八章 仿动物飞行的机械及设计 第二节 飞行机理简介
第二节 飞行机理简介
一、伯努利（bernoulli）方程 根据能量守恒定律，伯努利提出了“流体动能+重力势能+压力势能=常数的概念”， 建立了著名的伯努利方程。 其最为著名的推论为：等高流动时，流速大，压力就小。
第三篇 仿生机械设计与分析
第八章 仿动物飞行的机械及设计
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第八章 仿动物飞行的机械及设计 第一节 飞行动物概述
第一节 飞行动物概述
昆虫类 100万种 大部分会飞
飞
行 动 物
鸟类 9000种
其他类 蝙蝠、飞鼠
以下分别介绍：
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第八章 仿动物飞行的机械及设计 第一节 飞行动物概述ຫໍສະໝຸດ 一、昆虫 1、飞行昆虫的共同点
仿生机械学概述
仿生机械学概述摘要：仿生机械学是一门涉及广阔领域的综合性的边缘学科也是前沿学科，这门学科有助于人类发明实用的机器，来为人类服务。
关键词：仿生机械概述引言：本文阐述了仿生机械学的概念，总结了仿生机器人课的心得。
仿生机械学的含义：仿生机械学是上世纪60年代初期出现的一门综合性的新兴边缘学科，它是生命科学与工程技术科学相互渗透、相互结合而形成的。
包含着对生物现象进行力学研究，对生物的运动、动作进行工程分析，并把这些成果根据社会的要求付之实用化。
仿生学的诞生是建筑在生物科学的进步、以及与电子学的相互渗透的基础上。
实际上它是一门涉及广阔领域的综合性的边缘学科，若以电子学为中心来考虑，就构成了仿生电子学，若以机械学为中心来考虑，则构成了仿生机械学。
仿生机械学是以力学或机械学作为基础的，综合生物学、医学及工程学的一门边缘学科，它既把工程技术应用于医学、生物学，又把医学、生物学的知识应用于工程技术。
仿生机械学的研究动向：（1）生物材料力学和机械力学以骨或软组织（肌肉、皮肤等）作为对象，通过模型实验方法，测定其应力、变形特性，求出力的分布规律。
还可根据骨骼、肌肉系统力学的研究，对骨和肌肉的相互作用等进行分析。
另外，生物的形态研究也是一大热门。
因为生物的形态经过亿万年的变化，往往已形成最佳结构，如人体骨骼系统具有最少材料、最大强度的构造形态，可以通过最优论的观点来学习模拟建造工程结构系统。
（2）生物流体力学主要涉及生物的循环系统，关于血液动力学等的研究已有很长的历史，但仍有许许多多的问题尚未解决，特别是因为它的研究与心血管疾病关系十分密切，已成为一门倍受关注的学科。
（3）生物运动学生物的运动十分复杂，因为它与骨骼和肌肉的力学现象、感觉反馈及中枢控制牵连在一起。
虽然各种生物的运动或人体各种器官的运动测定与分析都是重要的基础研究，但在仿生机械学中，目前特别重视人体上肢运动及步行姿态的测定与分析，因为人体上肢运动机能非常复杂，而下肢运动分析对动力学研究十分典型。
仿生机械
仿生机械
————仿生与机械 机械研10 机械研 夏正鹏的形态，结构和控制原理设计制造出的功能 更集中，效率更高并具有生物特征的机械一门科学。 仿生机械学是20世纪60年代末期由生物学，生物学，医学，机械工程， 控制论和电子技术等学科相互渗透，结合而形成的一门边缘学科。在自 然界中，生物通过物竞天择和长期的自身进化，已对自然环境具有高度 的适应性。它们 的感知，决策，指令， 反馈，运动等技能和器官结构远比人 类所曾制造的机械更为完善。如：受 其启发：现在已经研制出了模拟人型 机械手，模拟步行机，模拟假肢，仿 生海豚。同时，有些模仿鸟类，昆虫 和鱼类的一些特点，研制出了适宜在 空中，水下活动机械技术系统。如根 据蝙蝠发明了雷达，根据苍蝇和蜻蜓 发明了复眼透视镜
苍蝇和宇宙飞船
• 苍蝇是声名狼藉的“逐臭之夫”，凡是腥臭污秽的地方，都 有它们的踪迹。苍蝇的嗅觉特别灵敏，远在几千米外的气味 也能嗅到。但是苍蝇并没有“鼻子”，它靠什么来充当嗅觉 的呢? 原来，苍蝇的“鼻子”——嗅觉感受器分布在头部的 一对触角上。 每个“鼻子”只有一个“鼻孔”与外界相通，内含上百 个嗅觉神经细胞。若有气味进入“鼻孔”，这些神经立即把 气味刺激转变成神经电脉冲，送往大脑。大脑根据不同气味 物质所产生的神经电脉冲的不同，就可区别出不同气味的物 质。因此，苍蝇的触角像是一台灵敏的气体分析仪。 仿生学家由此得到启发，根据苍蝇嗅觉器官的结构和功 能，仿制成一种十分奇特的小型气体分析仪。这种仪器的 “探头”不是金属，而是活的苍蝇。就是把非常纤细的微电 极插到苍蝇的嗅觉神经上，将引导出来的神经电信号经电子 线路放大后，送给分析器；分析器一经发现气味物质的信号， 便能发出警报。这种仪器已经被安装在宇宙飞船的座舱里， 用来检测舱内气体的成分。
仿生机械
仿生学及仿生机械学的发展动态一.仿生学1.概念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.研究范围（1）信息仿生主要是通过研究、模拟生物的感觉(包括视觉、听觉、嗅觉、触觉)，智能以及信息贮存、提取、传输等方面的机理，构思和研制新的信息系统。
马萨诸塞理工学院的研究者根据蛙眼的视觉功能，研制成功了虫检测仪器模型；斯坦福研究所的研究者模拟猫脑视觉领域中的直线“检测器”，研制了用来对机器人眼送来的信息进行处理的特殊计算机；狗鼻子素以灵敏著称，它能感觉200万种物质和不同浓度的气味，嗅觉比人灵敏一万倍。
现在，人们以不同物质的气味对紫外线的选择性吸收为信息，研制成了“电子警犬”，用它来作检测，其灵敏度甚至可达狗鼻子的1000倍。
（2）控制仿生主要通过研究模拟生物的体内稳态(反馈调控)、运动控制、动物的定向与导航、生态系统的涨落及人机系统的功能原理，来构思和研制新的控制系统。
例如，人们根据蜜蜂的复眼能够利用偏振光导航的原理，发明了用于航空和航海的非磁性“储光天文罗盘”。
这种罗盘对于不能使用磁罗盘的高纬度地区，显示出了极大的优越性。
人们还根据昆虫揖翅导航的原理，研制成功了一种振动陀螺仪，广泛应用于高速飞行的火箭和飞机上。
（3）力学仿生主要通过研究模拟生物的机械原理以及结构力学和流体力学的原理，构思和研究新的系统(包括机器、装置、力学结构以及人工脏器等)。
例如，人体的大多数肌肉都是以“领顽肌”的形式成对地排列的。
仿生原理与仿生机械概论学习心得
仿生原理与仿生机械概论学习心得张金伟自从学习仿生原理与仿生机械概论这门学科以来，我对仿生机械及仿生学产生了浓厚的兴趣，下面我谈谈我对这门学科的理解和认识，以及学习的心得仿生学（bionics）在具有生命之意的希腊语bion上，加上有工程技术涵义的ics而组成的词。
大约从1960年才开始使用。
生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多，仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。
例如关于信息接受（感觉功能）、信息传递（神经功能）、自动控制系统等，这种生物体的结构与功能在机械设计方面给了很大启发。
可举出的仿生学例子，如将海豚的体形或皮肤结构（游泳时能使身体表面不产生紊流）应用到潜艇设计原理上。
仿生学也被认为是与控制论有密切关系的一门学科，而控制论主要是将生命现象和机械原理加以比较，进行研究和解释的一门学科。
苍蝇，是细菌的传播者，谁都讨厌它。
可是苍蝇的楫翅（又叫平衡棒）是“天然导航仪”，人们模仿它制成了“振动陀螺仪”。
这种仪器目前已经应用在火箭和高速飞机上，实现了自动驾驶。
苍蝇的眼睛是一种“复眼”，由30O0多只小眼组成，人们模仿它制成了“蝇眼透镜”。
“蝇眼透镜”是用几百或者几千块小透镜整齐排列组合而成的，用它作镜头可以制成“蝇眼照相机”，一次就能照出千百张相同的相片。
这种照相机已经用于印刷制版和大量复制电子计算机的微小电路，大大提高了工效和质量。
“蝇眼透镜”是一种新型光学元件，它的用途很多。
自然界形形色色的生物，都有着怎样的奇异本领？它们的种种本领，给了人类哪些启发？模仿这些本领，人类又可以造出什么样的机器？这里要介绍的一门新兴科学——仿生学。
仿生学是指模仿生物建造技术装置的科学，它是在本世纪中期才出现的一门新的边缘科学。
仿生学研究生物体的结构、功能和工作原理，并将这些原理移植于工程技术之中，发明性能优越的仪器、装置和机器，创造新技术。
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。
仿生机器人概论PPT课件
2021/5/5
✓按照其驱动方式主要分为：压电 晶体式（PZT）微小型机器鱼、 永磁体式（NdFeB）微小型机器 鱼、离子交换聚合体膜式（ICPF 或 IPMC）微小型机器鱼、介电 弹性体式（ANTLA）微小型机器 鱼、形状记忆合金式（SMA）微 小 型 机 器 鱼 和 超 磁 致 伸第缩9页材/共料19页式
利用躯干部和尾部肌肉(大侧肌)的交替伸缩，使身体左右扭动屈 曲前 进即通过身体的波动和尾鳍的摆动产生推进力。
2021/5/5
四种BCF模式
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二． 仿生机器鱼推进机理
1.鱼类游动机理
b.中间鳍、对鳍推进模式(MPF Model)
主要依靠胸鳍或腹鳍的摆动产生推进力，一般为辅助推进模式， 但对于而鳐科模式(Rajiform) 、刺鲀科模式(Diodontiform)的 鱼类MPF则为主要的推进方式。
娱乐方面
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一． 仿生机器鱼概述
3.仿生机器鱼特点
与传统螺旋桨水中推进器比较，仿生机器鱼有以下优点 ✓推进效率高：可以达到80%以上，螺旋桨推进只有 40%~50% ✓机动性好：转弯半径只有体长10%~30% ✓噪音低 ✓对环境扰动小
2021/5/5
第3页/共19页
二． 仿生机器鱼推进机理
27(6):518-519. 【13】王扬威，王振龙，李健，杭观荣. 形状记忆合金驱动仿生蝠鲼机器鱼的设计【J】.机器人，
2010 32(2):256-260.
2021/5/5
第17页/共19页
2021/5/5
谢谢！
欢迎批评指正
第18页/共19页
机械创新设计第七章 仿生原理与创新设计
在腿足机构的端点连接吸掌以后, 对掌机构的要求主要有: (1) 掌的姿态可以调节控制，以便在地壁过渡行走时适应壁面法线方向； (2) 调节掌机构的驱动装置尽可能安装到机器人机体上； (3) 爬壁机器人在壁面上移动时, 处于支撑相的掌与足端应没有限制转动的 强迫约束。
爬行壁虎机器人
图7-23 爬行壁虎机器人吸附机构
速影象系统记录与分析其运动情况，然后运用机械学的设计与分析方法，完 成仿生机械的设计过程，是多学科知识的交叉与运用。
2、避免“机械式”仿生： 生物的结构与运动特性，只是人们开展仿生创新活动的启示，不能采取
照搬式的机械仿生 飞机的发明史经历了从机械式仿生到科学仿生的过程。 机械式的仿生是研究仿生学的大忌之一。
图7-8 四足动物的腿部结构示意图
两足步行机器人
二、拟人型步行机器人
图7-9 多组动物的仿生腿结构 a）多足动物的仿生腿 b）仿四足动物的机器人结构
图7-10 拟人机器人腿部的理想自由度
图7-11 拟人机器人腿部6个自由度
图7-12 步行机器人ASIMO
图7-13 步行机器人ASIMO上楼梯
图7-14 “先行者”拟人型机器人
二、仿生机械学
仿生机械（bio-simulation machinery），是模仿生物的形态、结构、 运动和控制，设计出功能更集中、效率更高并具有生物特征的机械。
本章重点讨论仿生机械学 仿生机械学研究内容主要有功能仿生、结构仿生、材料仿生以及控制仿 生等几个方面。
三、仿生机械学中的注意事项
1、了解仿生对象的具体结构和运动特性： 仿生机械是建立在对模仿生物体的解剖基础上，了解其具体结构，用高
第四节 爬行与仿生机构的设计
一、仿生爬行机器人机构 1、爬壁机器人 1)足-掌机构 为了使仿生爬行机器人具有近似于爬行动物的运动特性，爬壁机器人对 足-掌机构都有特殊的要求。爬壁机器人对腿足机构的要求可归纳为以下主要 方面: (1) 腿机构具有足够的刚性和承载能力； (2) 腿机构具有足够大的工作空间； (3) 腿机构足端的支撑相直线位移便于控制。
仿生机械概论
Biomorph Machines´¿°ê®v¡B¤èÞm ¥x¤j¥Í¾÷¨tWhat’s Biomorph Machines?Biomoprh (Biological Morphology )--from BEAM (Solarobotics)!! Other terms:1. Biomachine 2. Biomimetic Robotics 3. BiorobotsPioneers¼ à ¨ZShigeo Hirose(suk Research Since 1970. TITech HYR Lab.http://mozu.mes.titech.ac.jp/)Brooks Rodeny Research Since 1980 MIT AI Lab. iRobot Co./Useful Biomorph Machineshumanoid RobotsBig EventsBeginning from failures of humanoid Robots 1970 Shigeo Hirose begin to research!! 1980 Brooks Rodeny begin to research!! 1992 “Stiquito & BEAM ” –kits 1996 Sony Dream Robot 1997 RoboCup At Nagoya (¦W¥j«Î ) 2002 Now! Future Robots will be around us!!!!!!!! We are biorobots!!!!! Or ?????Biomorphs: what and whoWalking Biomorph Machines—U.C.Berkeley, Tokyo I.T.¡B McGill Univ., Stanford Univ., etc. Underwater Biomorph Machines—MIT Flying Biomorph Machines—Georgia Tech R.I. Humanoid Biomorph Machines—MIT,HONDA & SONYMultiple mobile robots—CaltechRoboCup—The GlobeWalking Biomorph Machines/Martin Buehler¡ùRobert Full(McGill University ) ¡÷ ¡÷ ¡û iRobotMark Cutkosky(Stanford University )RHEX¡÷ +ArielSprawSDM (Shape Deposition Manufacturing )RHEXMartin BuehlerSensor: (»± !!) Power supply:12V X2 Cost:$10000 Dynamic: ¤T¸}¤ä¼µ¨Bªk Purpose:WalkingMcGill University http://www.cim.mcgill.ca/Shigeo Hirose¡÷Snake-like Robots Walking RobotSouryu I TITAN III, IVMark Tilden(Los Alamos National Laboratory) (Solarobotics)¡÷BEAM¡÷James M. Conrad(Research Triangle Park )¡÷Stiquito¡÷Jonathan W. Mills(Indiana University)TITAN-VIII (Roller-Walker)Sensor:Potentiometer for each joint Power Supply: DC 30 to 48[v] (for motors) DC 5[v], +-15[v] (for drivers) Cost: 24 years , 40 persons Dynamic: TITechDriver Ver. 2 Purpose: Rescue(VII) ,Load(VIII)Shigeo Hirose TITech http://mozu.mes.titech.ac.jp /hirohome.htmlRocker Bogie SoleΧÜÅ!!!~~NINJAShigeo Hirose TITech http://mozu.mes.titech.ac.jp/hirohom e.htmlDynamic: A VM (Valve-regulated Multiple) suction pad ² ¬ Purpose: M~ᤡµ !! °ª³t¹D¸ôÀð¾Ë¬d !!Shigeo HiroseTITechhttp://mozu.mes.titech.ac.jp/hirohome.htmlSensor: (CCD x2+Microphone) Power Supply:DC12V Battery Dynamic: Motor 72W x1+17W x2 Purpose: Savior ¨a°Ï§±UBiology, Electronics, Aesthetics, MechanicsMark TildenSpyder VBug 1.0 (Los Alamos National Laboratory) (Solarobotics) /projects/robot/ /¥õ¬ ½ Sensor:44Hz~u¹¾ú´»° Power Supply: 4.8V batteries Cost: cheap!! (solar cell motortransistors capacitor)Dynamic:Motor Purpose: Neural NetsStiquitoPower Supply: 9V battery Cost: $10 ° Dynamic: Nitinol Wires(OÝÄ÷ªÐ¾ Purpose: Muscle wire )James M. Conrad(Research Triangle Park )Jonathan W. Mills(Indiana University) /rob otics/colony.htmlAnother walking animalSwinging MonkeyUnderwater Robots WandaJohn Kumph iRobot /wanda.htmPower Supply:NiCd Batteries+17 V Dynamic: Purpose: SwimmingArieliRobot /ariel.htmSensor: Motor position, foot contact, pressure (underwater), flow (underwater), compass, inclinometer, metal detectors Power Supply:22 NiCd cells Cost:$50000(materials only) Dynamic: Purpose: mine sweepingFlying Robot -EntomopterPower Supply: Uncertain Dynamic: Reciprocating Chemical Muscle (RCM) Purpose: Flying , ¤õ¬P-pµe !! Animation: (mov file)Robert Michelson Georgia Institute of TechnologyHumanoid--CogBrooks Rodeny, MIT AI Lab.Sensor:±m¦âÄá¼v¾÷ X4,Microphone X2,¤T¶bºD©Ê²Õ¦X ¹¨° ·×«Å ı·PÀ³¾¹ (Ãö¸` ),§PŪ«º¶Õ ,À³ÅÜ-p (´ú¤O ),FP¹¾³À ¥ Power Supply:~µ± 12V, 24V ,5V ¨ã¬ zA ²Í¥ º¬« Purpose:s ,·PÀ³¾¹»PÅX°Ê¾¹ã¦X ¤Î ªÀ·|¤¬°Ê ¥µ,IJ·P·PÀ³¾¹…..etc.,°Ê/projects/humanoid-robotics-group/cog/cog.htmlTMSUK04 T5®è¦¡ªÀhttp://www.tmsuk.co.jp/jap/index.htmlT5 2000¦~¶} 1993¦~ 1¤ë¶} 1996¦~ 1¤ë¶} 1997¦~¶} TMSUK04 1999¦~¶}»·ºÝ ¾Þ± ¦M ³õ ¨a ®`²{³õ ¦a°ì¡]¤u¨Æ²{ ¡^ ·À¤õ !! TMSUK04-2SDR-4X (Sony Dream Robot)1996¤½¶}µoªí¾_¾Ù¾÷±ñ¤H¾Ç¬É1994 P1~~!!1997 P2 2000P3 ASIMO SDRhttp://www.watch.impress.co.jp/pc/docs/2002/0320/sony.htmPS: Prototype =-ì§ÎASIMO= short for Advanced Step in Innovative MobilityMultiple mobile robots/*Traffic:*Flocking*Track Odor*BuildingRoboCup 2002/ Simulation leagueSmall-size robot league (f-180)Middle-size robot league (f-2000)Four-legged robot leagueHumanoid leagueRoboCup2001Soccer Simulation League Small-Size Robot League Middle-Size Robot League Sony Legged Robot League 1. Tsinghuaeolus, P.R. China2. Brainstormers01, Germany3. FCPortugal2001, Portugal1. Lucky Star II , Singapore(·s)2. Field Rangers, Singapore3. Cornell Big Red, USA1. CS Freiburg, Germany2. Trackies, Japan3. Eigen, Japan1. UNSW United‘01, University of New South Wales, Australia(¿D)2. CM-Pack'01, Carnegie Mellon University, USA3. UPennalizers'01, University of Pennsylvania, USA2050-By the year 2050, develop a team of fully autonomous humanoid robotsthat can win against the human world soccer champion team. -Planetary Exploration using BiomimeticsReferences뻷뇱ꑈꪺ뙩꓆ꅝꝀꅇPeter Menzel, Faith AluisioL A2002 P XWeb Links:/links_01.htm/links_02.htm/links_03.htm/links_04.htm/links_05.htm/links_06.htm。
仿生机器人技术的理论和应用
仿生机器人技术的理论和应用近年来，仿生机器人技术在技术领域中的应用得到了越来越多的关注。
这种技术就是基于自然界的生物体的形态、结构和功能，以及生物体与环境的学习、适应和进化等机理，来设计和制造具有类似生物体的机器人。
仿生机器人技术除了可以为我们带来新型机器人的诞生外，还可以为我们提供更多的创新性的解决方案，未来的应用也将越来越广泛。
1. 仿生机器人的理论背景和意义仿生机器人技术，是仿生学的生物学原理在机器人领域的应用。
它的核心思想是通过对于生物体的深刻分析，掌握其运动机理、感知机理和行为控制等基本原理，并利用这些原理进行机器人的设计和组装，形成与生物体类似的机器人系统。
仿生机器人的研究领域极为广泛，从仿生材料和结构组件，到下肢、上肢和人偶机器人等，都是研究对象，它们的意义也非常重大：（1）为未来机器人的设计提供更好的途径，仿生机器人的研究能够掌握自然界中的先进机能，探讨机器人的制造思路和方法，从而为重要的领域提供更便捷、更高效的方案。
（2）展示人类文明的科技水平，将仿生学与机器人学相结合，可以制造出更为逼真的机器人，这对于提高人类文明的科技水平来说至关重要。
（3）提高人工智能技术的发展，仿生机器人技术将有助于人工智能领域的研究进展，因为仿生机器人更适合于环境的适应，更快地学习和适应人工智能技术。
2. 仿生机器人技术的应用现状仿生机器人技术的应用现状包括：仿生机器人在医疗领域，仿生机器人在救援领域，仿生机器人在农业领域，仿生机器人在工业领域，仿生机器人在探险领域，仿生机器人在航空航天领域等。
（1）在医疗领域仿生机器人技术在医疗领域的应用现状是非常广泛的，比如可以利用仿生材料和仿生机构来设计和制造仿肢体和手术机械臂，或者还可以设计使机器人拥有局部智能，从而使得它们能够帮助家庭照护病患等等。
医疗行业纵然各类医疗机构和实验室都已经广泛应用机器人技术来进行引导性手术和诊断。
（2）在救援领域仿生机器人技术还在救援领域得到了广泛的应用，比如，防勇救火、地震救援、山洪灾害等季节性灾害救援，仿生机器人技术将会成为一个更为专业化和更为可靠的选择。
机械工程中的仿生设计与原理研究
机械工程中的仿生设计与原理研究在机械工程领域中，仿生设计是一种研究生物学领域中的生物结构、功能和性能，并将其运用于机械设计中的方法。
通过借鉴生物系统的原理和结构，可以为机械工程师提供独特的思路和灵感，促进创新和提高设计效果。
本文将介绍仿生设计在机械工程中的应用，并探讨一些相关的原理和研究。
一、仿生设计在机械工程中的应用1.1 鸟类翅膀结构的仿生设计鸟类的翅膀结构具有轻巧、强度高和自适应的特点，这些特点对飞行器的设计有很大的启示。
在仿生设计中，研究人员通过分析鸟翅膀的骨骼结构、羽毛的形态和排列方式，开发出更高效的飞行器翼型和控制机构。
通过引入鸟类翅膀的原理，可以减少飞行器的重量、提高飞行效率，实现更长时间的飞行。
1.2 蚂蚁运输原理的仿生设计蚂蚁具有出色的运输能力和智能的分工合作，这使得它们能够在复杂的环境中高效地搬运食物。
在仿生设计中，研究人员通过研究蚂蚁的通信机制、运输路径和负载均衡原理，设计出智能化的机器人和物流系统。
通过仿生设计，可以实现物流系统的智能调度和高效运输，提高生产效率和降低成本。
1.3 水母的泳动原理的仿生设计水母具有高度灵活和高效的泳动方式，其独特的结构和运动特性成为机械工程师进行泳动器械设计的重要参考。
仿生设计中，研究人员通过分析水母的骨骼结构、肌肉运动和水流动力学，设计出更具灵活性和效率的水下机器人和推进器。
通过借鉴水母泳动原理，可以实现水下机器人的精密操控和高效游动，拓展海洋探索和资源开发领域的应用。
二、仿生设计的原理研究2.1 结构优化与进化算法仿生设计的原理中，结构优化是一个重要的研究方向。
通过借鉴生物系统的层次化结构和自适应特性，机械工程师可以对机械结构进行优化设计，提高机械性能和效率。
进化算法是一种常用的优化方法，它模拟生物系统的进化过程，通过遗传算法和进化策略来搜索最优解。
通过结合进化算法和结构优化方法，可以实现仿生设计的自动化和高效化。
2.2 生物材料的性能分析与仿真生物材料在机械工程中的应用越来越广泛，如仿生机器人的外骨骼材料、仿生机械的柔性运动机构等。
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仿生学的定义 仿生机械学的含义 仿生机械学的研究动向 机器人技术概述 机器人的发展
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一、仿生学的定义
自古以来，自然界就是人类各种技术思想、工程原理及 重大发明的源泉。种类繁多的生物界经过长期的进化过 程，使它们能适应环境的变化，从而得到生存和发展。
鱼儿在水中有自由来去的本领，人们就模仿鱼类的形体 造船，以木桨仿鳍。相传早在大禹时期，我国古代劳动 人民观察鱼在水中用尾巴的摇摆而游动、转弯，他们就 在船尾上架置木桨。通过反复的观察、模仿和实践，逐 渐改成橹和舵，增加了船的动力，掌握了使船转弯的手 段。这样，即使在波涛滚滚的江河中，人们也能让船只 航行自如。
从上面这些内容，我们可英国E以ssex大看学.avi 出，人类在运用自己创造 本领的同时，也回归了自然，通过模拟自然的一些生物 原理，并且加以组合，利用，最终实现了我们想要的功 能。那么，这一切要归功于，或者划分在什么领域呢？ 其实这就是自古以来就有的，仿生学。
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一、仿生学的定义
仿生学：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。
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四、仿生机械学的研究方法
仿生技法的核心是研究对象(问题)与生物系统 相关问题的类比。这一技法实施大体分为
(1)根据生产实际提出技术问题，选择性地研究 生物体的某些结构和功能，简化所得的生物资 料，择其有益内容，得到一个生物模型。
(2)对生物资料进行数学分析，抽象出其内在联 系，建立数学模型。
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二、仿生学的研究对象
通过对人脑机制(欲望、感情、睡眠、学习和记忆等)的 研究，出现了利用计算机的教育系统、人工神经元、电 子脑，制造与人脑能力相同的信息处理系统——人工脑
通过研究生物眼模型和视觉机制(如人眼、蛙眼、猫眼 、鹰眼和蟹眼等)，研制视网膜、文ห้องสมุดไป่ตู้读取装置、盲人 假眼及应用于机器人的人工眼；
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三、仿生机械学 仿生机械学是上世纪60年代初期出现的一门综 合性的新兴边缘学科，它是生命科学与工程技 术科学相互渗透、相互结合而形成的。包含着 对生物现象进行力学研究，对生物的运动、动 作进行工程分析，并把这些成果根据社会的要 求付之实用化。 仿生机械从其构词成分来看，它应该是指添加 有人类智能的一类机械。为区别起见，可把传 统的机械称之为一般机械。表1．1列出一般机 械与人类能力的比较，可以看出在物理和机械 机能方面，一般机械较为优越，但在智能方面 却比人类要显得特别低劣。因此，若把人—机 结合起来，就有可能使一般机械进化到仿生机 械。
仿生学已成为现代技术发明的重要途径 之一。“生物原型，—新技术的钥匙” 这句著名格言，恰当地描述了现代创造 发明的这一重要途径。
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生活中 的
仿生学
凤蓬草 鱼尾 人眼晶状体 生物电 鸟
轮子 船橹 透镜 电池 飞机
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例如，人的细胞有100—150亿个神经元，但 每小时约有1000个神经元发生障碍，一年之 内就差不多有900万个神经元丧失机能。然 而，令人惊叹的是，大脑并没有因此而丧失 其各种机能。可是，电子计算机却不行，只 要其中任何一个元件损坏或发生故障，便会 影响整个系统的工作性能。极而言之，在许 多方面，电子计算机甚至不及昆虫的区区之 脑。螳螂能在0.05秒的一瞬间，计算出飞掠 眼前的小昆虫的速度、方向和距离，这是大 型电子跟踪系统所望尘莫及的。
若以电子学为中心来考虑，就构成仿生电子学 (bioelectronics)，
若以机械学为中心来考虑，则构成了仿生机械 学(biomechanisms)。
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二、仿生学的研究对象
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。
通过对生物听觉模型和机制的研究(如人耳、蝙蝠和海 豚、鲸鱼等的听觉器官)，开发了精密雷达、水中声纳 和声音识别装置等；
通过研究有关肌肉收缩的物理化学机制及其在运动神经
指挥下的动作机制，研制了人工肌肉、电子假手、机械
手、人力放大器、自动机，并在这基础上制造接近人类
智能的机械等。
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在科技史上，借助生物获得发明创造的例子不胜枚举
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一、仿生学的定义
鸟儿展翅可在空中自由飞翔。据《韩非子》记载鲁班用 竹木作鸟“成而飞之，三日不下”。然而人们更希望仿制 鸟儿的双翅使自己也飞翔在空中。早在四百多年前，意 大利人利奥那多·达·芬奇和他的助手对鸟类进行仔细的 解剖，研究鸟的身体结构并认真观察鸟类的飞行。设计 和制造了一架扑翼机，这是世界上第一架人造飞行器。
(3)采用电子、化学、机械等技术手段。根据数 学模型，最终实现对生物系统的工程模拟。
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四、仿生机械学的研究方法
生物体 生物模型 数学模型 技术模型 技术装置
图1-1 仿生学的研究方法
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五、仿生创新的几种主要思路
向生物索取技术原理，不仅具有令人陶醉和神往的光辉 前景，而且所涉猎的内容也相当广泛。事实上，人类从 仿生学的角度所作发明的例子是很多的。例如：从鸟类 想到飞机、从蝙蝠想到雷达、从石龙子想到伪装色、从 飞鼠想到降落伞、从乌贼想到推进器、从蝎子想到皮下 注射、从鲍鱼想到吸盘、从贝壳想到建筑等等。 如通过对蜜蜂筑巢的研究，人们模仿蜂巢制造出自重轻、 强度高的烽巢夹层结构(B52轰炸机上就采用这种结构) 但如果研究蜜蜂的定向能力、蜂群信息的传递方式等， 则可获得另外的有益启示。再如，从蜂蜜的久藏而不变质 是否能找到一种食品保鲜的新方法。现在甚至有人在研究 蜂群的组织分工，以期在管理学上有所借鉴。根据仿生学 的研究成果，向生物索取技术原理大致有如下几个方面：
根据定义，仿生学是研究和建立主要涵 盖生物电子学、生物传感器、生物仿真 材料、生物物理学、生物电机和生物大 分子的自装配等学科内容的人工系统， 使之具有生命系统的某些特性的一门交 叉学科。
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一、仿生学的定义
仿生学(bionics)这一名词是由生物学(biology) 和电子学[electronics)结合而产生的新名词， 实际上它是源出于希腊语中表示生命单位的 bion一词。
青蛙的眼睛’——跟踪导弹的“电子蛙眼”； 乌龟壳——小提琴； 企鹅 ——越野汽车； 蜂鸟 —直升飞机；鱼鳃 ——人造鱼鳃吸氧器； 蛇的红外线定位器-—夜视镜； 萤火虫———冷光源；云杉——圆锥形电视塔； 袋鼠——“跳跃式”极地汽车；蚊子——测向器； 水母——风暴预警器； 沙蟹——制图机； 鳄鱼眼泪—--海水淡化器； 鲸鱼脊背—--水下破冰船等等； 草履虫——带几千只小螺旋桨的潜水艇。