基于仿生原理的水上行走機器人基礎(chǔ)技術(shù)研究.pdf

1、河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文基于仿生原理的水上行走機器人基礎(chǔ)技術(shù)研究姓名：曹俊義申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：機械制造及其自動化指導(dǎo)教師：高鐵紅20061101河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文1第一章第一章緒論緒論11引言11引言從機器人的角度來講，21世紀(jì)將是一個自治機器人的世紀(jì)。隨著機器人的工作環(huán)境和工作任務(wù)的復(fù)雜化，要求機器人具有更高的靈活性、可靠性、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和更強的適應(yīng)性。自然界在億萬年的演化過程中孕育了各種各樣的生物，每種生物都擁有神奇的

2、特性與功能，能夠在復(fù)雜多變的環(huán)境中生存下來。因此，通過研究、學(xué)習(xí)、模仿來復(fù)制和再造某些生物特性和功能，將極大的提高人類對自然的適應(yīng)和改造能力，產(chǎn)生巨大的社會經(jīng)濟效益。仿生學(xué)是20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的一門綜合性邊緣學(xué)科它由生命科學(xué)與工程技術(shù)科學(xué)相互滲透、相互結(jié)合而成。通過學(xué)習(xí)、模仿、復(fù)制和再造生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、工作原理及控制機制，來改進現(xiàn)有的或創(chuàng)造新的機械、儀器、建筑和工藝過程。仿生學(xué)將有關(guān)生物學(xué)原理應(yīng)用到對工程系統(tǒng)的研究與設(shè)計中，尤其

3、對當(dāng)今日益發(fā)展的機器人科學(xué)起到了巨大的推動作用。當(dāng)代機器人研究的領(lǐng)域已經(jīng)從結(jié)構(gòu)環(huán)境下的定點作業(yè)中走出來向航空航天、星際探索、軍事偵察攻擊、水下地下管道、疾病檢查治療、搶險救災(zāi)等非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的自主作業(yè)方面發(fā)展。未來的機器人將在人類不能或難以到達的已知或未知環(huán)境里為人類工作。人們要求機器人不僅適應(yīng)原來結(jié)構(gòu)化的、已知的環(huán)境，更要適應(yīng)未來發(fā)展中的非結(jié)構(gòu)化的、未知的環(huán)境。自然界生物的運動行為和某些機能己成為機器人學(xué)者進行機器人設(shè)計、實現(xiàn)其靈活控制

4、的思考源泉。他們從豐富多彩的動植物身上獲得靈感，將它們的運動機理和行為方式運用到對機器人運動機理和控制的研究中，這就是仿生學(xué)在機器人科學(xué)中的應(yīng)用，這一應(yīng)用已經(jīng)成為機器人研究領(lǐng)域的熱點之一，勢必推動機器人研究的蓬勃發(fā)展。仿生學(xué)在機器人科學(xué)中的應(yīng)用促使各類仿生機器人不斷涌現(xiàn)。仿生機器人學(xué)是一門涉及到力學(xué)、機構(gòu)學(xué)、控制學(xué)、計算機科學(xué)、信息科學(xué)、光學(xué)、微電子學(xué)、傳感技術(shù)、驅(qū)動技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)、材料學(xué)等諸多學(xué)科在內(nèi)的以實際應(yīng)用為主要目的綜合

5、學(xué)科。因此它本身的發(fā)展和進步在很大程度上依賴于相關(guān)學(xué)科的研究水平和技術(shù)成熟程度。仿生機器人的研制狀況和應(yīng)用程度則根本取決于以仿生學(xué)為核心的相關(guān)學(xué)科的研究進展。運動仿生、感知仿生、控制仿生、能量仿生、材料仿生等諸多基礎(chǔ)的仿生學(xué)技術(shù)的深入研究和進步是仿生機器人研制和應(yīng)用的理論基礎(chǔ)與技術(shù)前提[1]。仿生機器人的研究是當(dāng)今機器人研究領(lǐng)域的前沿課題，模擬各種生物在各種特定條件下的卓越功能，制造出可以代替人類從事惡劣環(huán)境下工作的仿生機器人，是機器人

6、研究領(lǐng)域未來的發(fā)展方向。尤其二十一世紀(jì)是人類開發(fā)海洋的世紀(jì)，隨著陸地資源的日益枯竭，人類將大規(guī)模的開發(fā)和利用海洋的各種資源。開發(fā)出能夠應(yīng)用在水下、水面等特殊環(huán)境下工作的仿生機器人，對未來海洋的開發(fā)、資源的勘探利用、水面污染治理以及軍事上進行偵察等等方面工作都具有重要理論意義和實用價值[2]。本論文基于水黽在水面上行走的基本原理開展一種新型水上行走仿生機器人研究。12國內(nèi)外仿生機器人的發(fā)展和研究現(xiàn)狀12國內(nèi)外仿生機器人的發(fā)展和研究現(xiàn)狀在水