什么是仿生机器人?
仿生机器人运动是仿生设计的一个新兴分支。它是从自然界中学习概念并将它们应用于实际工程系统的设计。更具体地说,这个领域是关于制造受生物系统启发的机器人。仿生学和仿生设计有时会混淆。仿生学是模仿自然,而仿生设计则是向自然学习,并创造一种比在自然中观察到的系统更简单且更有效的机制。仿生学已经促成了机器人学的另一个分支——软机器人学的发展。生物系统已经根据它们的栖息地针对特定任务进行了优化。然而,它们是多功能的,并不是只为一种特定功能而设计的。仿生机器人是研究生物系统,并寻找可能解决工程领域问题的机制。然后,设计人员应该尝试简化和增强针对特定任务的机制。仿生机器人科学家通常对生物传感器(如眼睛)、生物执行器(如肌肉)或生物材料(如蜘蛛丝)感兴趣。大多数机器人都有某种运动系统。因此,本文介绍了不同的动物运动模式和相应的仿生机器人的例子。
仿生机器人研究
仿生机器人是指依据仿生学原理,模仿生物结构、运动特性等设计的机电系统,已逐渐在反恐防爆、太空探索、抢险救灾等不适合由人来承担任务的环境中凸显出良好的应用前景。
研制仿生机器人的灵感来源于自然界中的动物,比如蜥蜴是有着优秀运动能力的爬行动物,能够在断壁残垣中自由穿行,对蜥蜴爬行动作的研究可为仿生救灾机器人的研究提供理论基础。
根据仿生学的主要研究方法,需要先研究生物原型,将生物原型的特征点进行提取和数学分析,获取运动数据,建立运动学和动力学计算模型,最后完成机器人的机械结构与控制系统设计。
吉林大学威海仿生研究院的研究人员在进行生物原型研究及数学建模时,需要观察蜥蜴运动时的姿态,为此他们在蜥蜴的身体及四肢的粘贴反光标记点,使用NOKOV(度量)光学三维动作捕捉镜头捕捉标志点并获取各点空间坐标。依赖于动作捕捉系统强大的数据处理功能,可通过后处理模块计算出蜥蜴足端与脊椎的三维运动轨迹、运动时身体的摆动角度、运动的速度与加速度。
NOKOV度量动作捕捉的采集频率可达到380Hz,保证采集的运动数据不会失真。利用这些生物原型的特征点信息,研究者可建立蜥蜴运动的计算模型,从而为仿生机器人设计制造提供理论基础。