仿生机器人的研究综述

仿生机器人的研究综述

华明亚

（上海大学机电工程与自动化学院，上海200072）

摘要：在人类认识世界和改造世界的过程中，存在人类无法到达的地方和可能危及人类生命的特殊场合，如星球探测、深海探测、减灾救援和反恐活动等，而仿生机器人为解决上述问题提供了一条有效途径。随着机器人技术和仿生学的发展，仿生机器人的研究正受到学者们的普遍关注。在对仿生机器人进行分类的基础上，从地面仿生机器人、水下仿生机器人以及空中仿生机器人3个方而简要介绍了国内外典型仿生机器人的研究进展，并介绍其发展趋势。

关键词：仿生机器人；机器人运动；发展趋势；

Research review on bionic robot

Hua Mingya

(School of mechanical engineering and automation, Shanghai University, Shanghai 200072, China) Abstract:: In the human understanding and transforming the world in the process, the existence of human beings can not reach the place and special occasions may endanger human life, such as planetary exploration, deep sea exploration,disaster relief and anti terrorist activities, and bionic robot provides an effective way for solving the above problems. With the development of robot technology and bionic, bionic robot research has received wide attention of scholars. In the classification based on bionic robot, bionic robot, bionic robot from air groundbionic robot, underwater 3 party and briefly introduced the research progress oftypical bionic robot at home and abroad, and introduces its development trend.

Key words: Bionic robot; robot movement; development trend;

1 机器人的研究现状

1.1 机器人国外研究现状

由于仿生机器人所具有的灵巧动作对于人类的生产和科学研究活动有着极大的帮助，所以，自80年代中期以来，机器人科学家们就开始了有关仿生机器人的研究。

自1983年以来，美国Robotics Research Corporation以拟人臂组合化为设想，基于系列

关节研制出K-1607等系列7自由度拟人单臂和K/ B 2017双臂一体机器人，其单臂K/ B 2017已用于空间站实验。

1986年美国Utah大学工程设计中心研制成功了著名的UTAH/MIT灵巧手，该手有四指，拇指两关节，其余三指各有三关节，手指关节绳索驱动并设有张力传感器.1990年由贝尔实验室完成了灵巧手的软硬件控制系统，并模拟人手拿、夹、抓、握物体多种动作进行了实验。美国CED, Sarcos研究公司，贝尔实验室和能源部等联合开发了具有手的仿人臂，并推出了新型灵巧遥控操作系统DTS.其中的灵巧臂(DA)是液式10自由度手臂(包括三自由度的手).。1995年Bologna大学在PUMA机器人基础上设计研制成有三指灵巧手的仿人臂系统。

1999年日本研制的宠物狗AIBOERS-110具有18个关节，每个关节由伺服电机驱动以保持柔性运动.CWRU的仿生机器人实验室研究了基于蟋蟀运动机能的机器人，其共有六条腿，后两条腿较长，有两个关节.各腿的运动通过压缩空气来驱动，它可以在一定的范围内行走和跳跃，能够适应粗糙地带和障碍。

目前国外机器人正朝着智能化，高性能，微型化发展，并且一直走在科技的前沿，引领者机器人的发展。

1.2 机器人国内研究现状

国内一些科研院所，如北航、北科大、国防科大、东南大学、沈阳自动化所和哈工大等进行了仿生机器人的研究.北航机器人研究所在国家X63 "智能机器人主题支持下，研制出了能实现简单抓持和操作作业的3指9自由度灵巧手.沈阳自动化所研制开发的6000m水下自治机器人达到世界先进水平.哈工大机器人研究所研制了高灵活性的仿人手臂及拟人双足步行机器人.其仿人手臂具有工作空间大、关节无奇异姿态、结构紧凑等特点.通过软件控制可实现避障、回避关节极限和优化动力学性能等.双足步行机器人为关节式结构，具有12个自由度，可以完成平地前进、后退、侧行、转向和上下阶梯等步行功能。

虽然在仿生机器人的研究中，美国和日本走在

前列，此外加拿大、英国、瑞典、挪威、澳大利亚等

国也都在这方面的技术研究中非常突出，但是我国的

机器人技术经过一番奋勇直追，也逐渐拉近了和发达

国家的水平。国内，哈尔滨工程大学机电工程学院的

研究人员研制了一种两栖仿生机器蟹]1[，如图1所示。

图1仿生机械蟹

实验证明:仿生蟹能够按照双四足步态在平坦的地而上实现前进、后退、横行、左右转弯等动作，横行时最大运动速度约0. 2 m/s，前后行走时最大为0. 1 m/s，并可以跨越高30 mm 的障碍。在水中运动时，需将机器蟹整体放入根据其外形定制的柔性皮套内，即采用整体包裹的防水方式。

2 机器人的研究内容

仿生机器人可以分为地面仿生机器人、水下仿生机器人以及空中仿生机器人。

2.1 地面仿生机器人

地面仿生机器人有着广泛的应用，比如在考古，探索未知天体，恶劣环境作业等方面的应用有着不可或缺的地位，因此研究它们对于科研，医疗还有生活有着重要的意义。下面简单介绍两种地面机器人。

仿生六足机器人在战场侦察、定点清除、危险环境下搜救以及狭小空间作业检测等领域中，爬行机器人发挥着关键作用。它容易实现稳定性爬行，受到广大研究者的青睐。六足机

Pang对轴对称本体六腿器人常见的结构有矩形六足机器人和六边形六足机器人。Chu和]2[

机器人和圆周对称本体六腿机器人进行比较，圆周对称六腿机器人从转向性能和稳定裕度等

3[ 主要针对圆周对称分布的六腿步方面都有更好的性能。北京航空航天大学丁希仑课题组]4

行机器人步态及稳定性进行分析，其只能在平面内爬行，且控制方法考虑欠缺。哈工大]5[设计出一款可以在崎岖地形中行走的六足步行机器人，该机器人采用ARM与FPGA多层次控制结构，具有负载能力，通过仿真实验验证了其可行性。

设计了一种结构简单，可实现在壁面上全方位运动的六足爬壁机器人(图2)，机器人净重141g。机器人整体结

构采用圆周对称结构设

计，机器人主要由上、

下机体两部分组成。

为了简化机器

人的结构，我们仿照尺

镬的运动方式，上、下

图2机器人三维CAD模型与实物图