仿生机器人分为哪几类，仿生机器人研究现状

很多朋友对仿生机器人分为哪几类，仿生机器人研究现状不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

根据使用环境不同，机器人可分为水下仿生机器人、空中仿生机器人和地面仿生机器人。

水下仿生机器人是指模仿鱼类或其他水生生物的某些特性而开发的一种高速、低噪声、可操纵的软体潜水器。这些鱼状螺旋桨的效率可达70%至90%。比如机器鱼、机器蟹等等。由于单个水下仿生机器人的活动范围和能力有限，具有高机动性、高灵活性、高效率、高协作性的群体仿生水下机器人系统将是未来发展的趋势。

空中仿生机器人是具有自主导航能力的无人机。空中机器人有其独特的优势。比如它们的活动空间比较宽阔，它们的移动速度也很快，可以不受地形影响在空中飞行等等，这类机器人的应用前景非常好，特别是在军事应用方面。

地面仿生机器人根据行走方式的不同可分为跳跃机器人、轮式机器人、腿式机器人和爬行机器人。比如早稻田大学的“WABIAN”、Raibert和Zeglin联合开发的Uniroo、Hyon开发的Kenken等都已经能够成功跳跃，还有蛇形机器人或仿壁虎机器人等等。

在仿生机器人中，人们也非常重视仿人机器人的研发。人形机器人最大的特点是可以两条腿行走。两条腿直立行走是人类独特的行走方式。仿人机器人主要具有仿人外观、仿人行走、仿人抓取等基本操作功能。它融合了多学科知识和多项高新技术，代表了机器人的前沿技术。

仿人机器人具有较强的环境适应能力，消耗的能量较少，更容易与人类合作。但由于其自身特点的限制，仿人机器人的研究仍存在较长时期。路组正在前进。仿人机器人的研究涉及机构科学、材料科学、计算机技术、控制技术、传感器技术、通信技术等多个方面。

仿生机器人研究现状仿生机器人的出现很好地体现了仿生应用的理念。如图1所示，人类首先探索了陆基仿生机器人，如中国三国时期的木牛、木马以及1893年Rygg设计的机械马；其次，进行了空中仿生机器人的探索，进行了最早的鸟类飞行模仿。翼飞机设计，1485年达芬奇设计的扑翼飞机图纸是世界上第一个按照技术规定进行设计的；最后是水下仿生机器人的探索。纵观仿生机器人的发展历史，迄今为止经历了三个阶段。第一阶段是原始探索阶段，主要是对生物原型的原始模仿，比如原始飞行器，模拟鸟类翅膀的扇动，而这个阶段主要是靠人力驱动。到了20世纪中后期，由于计算机技术的出现和驱动装置的创新，仿生机器人进入了第二阶段，即宏观仿形和运动仿生阶段。该阶段主要利用机电系统实现行走、跳跃、飞行等生物功能，并实现一定程度的人体控制。进入21世纪，随着人类对生物系统功能特性和形成机制认识的不断深入，以及计算机技术的发展，仿生机器人已进入第三阶段，机电系统开始与生物性能部分融合，例如传统结构和仿生学。材料的融合和仿生驱动的应用。目前，随着对生物机制的深入认识和智能控制技术的发展，仿生机器人正发展到第四阶段，即结构与生物特性融为一体的仿生系统，强调仿生机器人不仅具有生物特征，形态特征和运动方式，同时具备生物的自我感知、自我控制等性能特征，更接近生物原型。例如，随着人类对人脑和神经系统研究的不断深入，仿生脑和神经系统控制已成为该领域科学家关注的前沿。

我国仿生研究起步较晚。 30年来，在国家自然科学基金委的大力支持下，经历了跟踪国外研究、模仿国外成果、本土领域并行推进三个阶段。例如，北京航空航天大学孙茂教授利用纳维-斯托克斯方程的数值解和涡动力学理论，研究了模型昆虫翅膀在非定常运动时的气动特性，解释了昆虫产生高能的机理。举起。该设计为昆虫扑动飞行机理的研究提供了理论依据，在国际上占有一席之地。哈尔滨工业大学刘红教授研发的仿人五指灵巧手，可以灵活移动和抓取物体，其技术指标与国外同类产品相当。

如今，仿生机器人有多种类型。本文主要介绍并分析了陆地仿生机器人、空中仿生机器人、水下仿生机器人领域的一些典型研究工作。

陆地仿生机器人

在自然界中，陆地生物以多种方式移动，包括双足移动，例如人类；多足爬行，如狗和壁虎；非腿部运动，例如蛇；跳跃的，如袋鼠、青蛙、蝗虫等。研究人员受到这些生物的组织结构和操作方法的启发，进行了陆地仿生机器人的研究。主要有仿人机器人、仿生多足移动机器人、仿生蛇机器人和仿生跳跃机器人。

人形机器人

仿人机器人是指具有一定的人类特征，具有一定的运动、感知、操作、学习、联想记忆、情感交流等功能的智能机器人。它们能够适应人类的生活。

生活和工作环境。这是一个融合了机电一体化、计算机科学、人工智能、传感与驱动技术等多学科的高难度研究方向。是各种新型控制理论和工程技术的研究平台。关于性的难题之一。仿人机器人的研究可以促进仿生学、人工智能、计算机科学、材料科学等相关学科的发展，因此具有重要的研究价值和意义。经过几十年的发展，人形机器人已经从最初实现单元功能、仅模仿人类进行简单行走，发展到最初能够感知外部环境的低智能，再到如今融合视觉、触觉等多种技术的机器人。它是一个拟人化、高度智能的系统，可以根据外部环境的变化进行自我调整，完成多项复杂的任务。

人形机器人的发展始于20 世纪60 年代末的双足步行机器人。日本早稻田大学首先开展这方面的研究工作，其开发了WAP、WL和WABOT

该系列机器人可以实现基本的行走功能。在此期间，日本、美国、欧盟、韩国等国家的许多机构都开展了仿人机器人的研究和探索，并取得了许多突破性的成果。双足行走机器人SD-1及其改进型SD-2。

该阶段主要是实现机器人的行走功能，并能实现一定程度的控制。进入21世纪，随着传感和智能控制技术的发展，仿人机器人具备了一定的感知系统，能够获取有关外部环境的简单信息，能够做出简单的判断并相应地调整自己的动作，使得运动更加连续和流畅。例如，本田公司2000年开发的人形机器人“ASMIO2000”不仅具有人类的外观，而且可以提前预测下一步动作，提前改变重心。有影响力的人形机器人。索尼2003年推出的“QRIO”机器人首次实现了人形机器人的运行。后来法国“BIP2000”机器人、索尼“SDR”系列机器人、日本JVC开发的“4”机器人、韩国“HUBO”机器人等都实现了站立、上下楼梯、跑步、做事等复杂任务练习。行动。随着控制理论的发展和控制技术的进步，仿人机器人更加智能，能够实现更加复杂的动作，运行更加稳定，能够根据环境的变化和自身的判断结果自动确定合适的动作。例如，本田公司2011年发布的“ASIMO2011”机器人结合了视觉和触觉物体识别技术，可以执行细节操作，例如拿起瓶子并拧开瓶盖、将瓶子中的液体倒入软纸杯中、等、手势等指令来从事相应的动作，此外，它还具有基本的记忆和识别能力。

波士顿动力公司2013年开发的“ATLAS”机器人是当前人形机器人的代表。除了具有人形外观外，还具有人类简单的识别、判断和决策功能。它是一个具有高智慧的人形生物。机器人。机器人可以在传送带上大步前进、躲避传送带上突然出现的木板、从高处跳下并稳稳落地、两腿分开走过陷阱、单腿站立、被人接住从侧面来球用力击中，但没有摔倒。

该公司研发的另一款军用机器人“Petman”被美军用来测试防护服的性能。除了具有很高的灵活性外，它还可以调节自身的体温、湿度和排汗，模拟人体生理中的自我保护功能。在一定程度上已经具备了人类的生理特征。

仿人机器人的另一个研究方向是仿人手臂和灵巧手指的研究。从最初的外观仿形和实现简单的运动，到现在已经发展成为集成运动感知、可以实现抓取等类似于人手的细微操作的机电系统。 1962年加州大学托莫维奇为伤寒病人设计的“贝尔格莱德”被认为是世界上最早的灵巧手，只能实现简单的动作。 1982年SALISBURY设计的“Stanford/JPL”人形手首次完整引入了位置、触摸、力等传感功能，开创了多指手实际抓取操作的先河。在当时乃至现在都是具有代表性的操纵者。此后，机械手朝着更加灵活、智能化的方向发展。 2010年，德国航天中心DLR研制的手臂关节系统“Hasy”机械臂共有21个自由度。它是第一款采用仿生关节进行手指设计的多指灵巧手。表面接触滑动而非简单的旋转使其运动特性更接近人类手指的运动特性。

国内仿人机器人的研究起步较晚。国防科技大学2000年研制的“先锋”是我国第一台人形机器人。后来，2002年北京理工大学研制的人形机器人“BHR”突破了系统集成技术，实现了无需外接电缆的行走，可以在未知地面上稳定行走，并可以进行太极表演等复杂动作。哈尔滨工业大学研制的“HIT”系列双足行走机器人实现静态和动态步态行走，可完成前进/后退、侧身、转弯、上下台阶、上坡等动作。清华大学研发的仿人机器人“THBIP”采用独特的传动结构，成功实现了无缆绳平地连续稳定行走、连续上下台阶以及挑水、打太极、点头等动作。北京理工大学2011年研制成功的“汇通5号”仿人机器人代表了我国现阶段仿人机器人的最高水平。它具有视觉、语音对话、力觉、平衡感等功能，运动控制和全身协调、自主反应等关键技术，成为运动能力“超群”的机器人运动员。此外，浙江大学还开展了仿人机器人的研发，通过轨迹预测方法提高了机器人处理复杂情况的能力。实现机器人打乒乓球的动作。

在人形手臂和灵巧手指的研究方面，北京航空航天大学的研究开展较早。 1993年，我国第一台三指手“BUAA-I”研制成功，其后续改进型“BUAA-II”、“BUAA-III”型三指手相继问世。上海交通大学自2005年起就开始基于脑电图的机械臂操作研究，重点研究如何提高假手的操作功能和灵巧度，开发更先进的生物/机械系统接口，在此基础上开发了具有“人手”功能的新一代假手。哈尔滨工业大学与德国DLR联合研发的人形五指灵巧手“HIT/DLRHand”具有多感官能力、运动灵活、抓取过程拟人化，可完成向前捏、三指捏、柱状抓取等等人手的大部分抓取功能。目前，仿人机器人研究在关键机械单元、整体运动、动态视觉等诸多方面取得了突破，但在运动的灵巧性和控制的自主性方面仍远远落后于人类。人形机器人的最终发展目标不仅是在外观和动作上模仿人类，而且在思维和行为上接近人类。它能够通过与环境的交互不断获取新知识，独立完成各种任务，并适应结构本身。化或非结构化的动态环境。

仿生多足移动机器人的灵感来自于自然世界

爬行动物。研究人员从狗、壁虎、螃蟹、蟑螂等爬行动物身上获得灵感，进行了结构模仿设计。由于其良好的地形适应性，近20年来一直是一个非常活跃的研究领域，并引起了世界各地各个研究机构的关注。经过几十年的探索，仿生多足移动机器人的机理和控制得到了长足发展，从单一模仿生物运动发展成为具有智能控制和良好环境感知能力、更接近生物原型的移动机器人。

20世纪60年代中期，通用电气公司开发了四足行走机器人“Mosher”，通过人类控制的方式模拟四足生物的行走，这是仿生多足移动机器人发展史上的里程碑技术。此后，随着计算机技术的进步，能够自主控制运动的机器人相继出现。例如，日本东京工业大学研制的“TITAN”系列四足行走机器人，具有多种运动步态，可以在倾斜的楼梯上行走。波士顿动力公司2008年开发的“Bigdog”机器人是多足移动机器人的代表。它具有环境感知力和良好的适应能力，并且具有良好的平衡性。回到平衡状态。它可以爬山坡、穿越雪地、在碎石路上行走、上下楼梯、在滑溜溜的冰面上行走，甚至可以跳过单杠，还可以用于军事运输。该公司2013年开发的最新“猎豹”机器人可以冲刺、急转弯、突然停止，更接近生物原型的运动。其运行速度可达46km/h，是目前速度最快的仿生多足移动机器人。

有学者基于昆虫的爬行运动机制研制了仿生多足机器人。美国凯斯西储大学研制的类蟋蟀爬行机器人是仿生昆虫机器人的代表。它能在一定范围内行走、跳跃，适应崎岖地形，灵活奔跑、转弯、躲避障碍物。

加拿大麦吉尔大学、密歇根大学、加州大学伯克利分校、卡内基梅隆大学等机构在美国国防高级研究计划局（DARPA）的支持下研发了“RHex”系列腿式机器人。弧线的“弹力腿”可以轻松实现快速行驶、跳跃、翻转和攀爬。研究人员还开发了爬墙机器人，其灵感来自于壁虎在垂直墙壁上行走的能力。

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