模块化机器人的仿人行走设计与研究文献综述

 2023-11-30 08:11

文献综述

1.仿人机器人的现状

国外研究现状

在机器人研究领域,美国一直走在研究的前沿,一直处在该研究领域第一梯队。作为美国机器人研究的代表,早在1968年,美国的R. Smosher(通用电气公司GE)完成制造了一台用来操作的双足步行机器人,被称为为“Rig '} Rig的出现开启了美国仿人机器人研制的序幕。此后,美国的仿人机器人行走系统的研究取得了巨大的进步。比较有代表性的便是Kismet,它是由美国麻省理工研制的,甚至有21个自由度。同时也有视听交互功能。

日本是机器人发展最迅速的国家之一。其中最具有代表性的研究机构有:日本东京大学、日本早稻田大学、日本东京理工学院、日本机械学院以及加藤实验室。近百年前,日本早稻田大学的加藤一郎教授在日本首先展开了双足步行机器人的研制工作。他说过:“机器人”应当具有的最大特征之一是步行功能”而机器人技术作为20世纪人类最伟大的发明之一,自六十年代初问世以来,各种拟人型机器人接踵而至的问世。现在,机器人已经进化到能够做两足行走的人类动作的基本阶段。 Sony公司更是站在世界的前列,来自索尼的SDR系列,AIBO } QRIO,Sony公司定位在娱乐领域的机器人SDR系列有24个自由度,能够实现900m/h的行走速度,能够实现自我在崎岖路面的稳定行走,能够实现90度自由转动,还能完成舞蹈动作甚至踢球。

国内研究现状

虽然没有能够和外国同步发展,但是在仿人机器人研究领域,我国的研究势头强劲。一方面很大程度上得益于政府对开发和研究仿人机器人的重视,目前,在国家高技术发展的重要课题中,仿人机器人的研究己经被纳入其中。国防科技大学在1988^-1995年问,先后研制成功平面型6白由度双足机器人KDW-I,空问运动型KDW-II和KDW-III oKD W-III下肢有12个白由度,最大步距为40 cm,步速为4 s/步,可实现前进/后退和上/下台阶的静/动态步行和转弯运动。不久后的2000年,“先行者”承载着中国机器人研究者的期望出现在世人面前。先行者能够在变化的环境中独立行走,并且具有较小的步态偏差,实现了我国仿人机器人的动态步行。北京理工大学自2002年开始BHR系列机器人的研制,目前己经完成了“汇童五代”机器人的研制。“汇童四代”身高1.6_5m、体重6_5 kg。拥有与其研发者及其相似的面孔,能根据不同的情况做出相应的表情。“汇童五代”全身拥有32个自由度,拥有出色的图像处理能力与路径规划能力,能对打乒乓球200回合。

2.本课题研究的意义和价值

机器人汇集了当今世界在机电、材料、计算机、传感器、控制技术等多个学科领域的尖端技术,机器人技术代表了机电一体化的最高成就,是二十世纪人类最伟大的成果之一。机器人中的两足步行机器人虽然只有近四十年的历史,但是由于它独特的适应性和拟人性,成为了机器人领域的一个重要发展方向。

课题旨在设计一种双足人形机器人平台,在此基础上对双足机器人的步行机理进行研究。仿人机器人的控制有着多变性,时变性,和非线性。仿生机器人的研究为以后的控制科学的发展提供着有力的科研平台。同时,为新理论,新科学的研究,指明了方向。 从事仿人机器人的研究工作,并不是为了追求对复杂系统的研究,而是因为仿人机器人的确具有广泛的应用前景。仿人机器人的双足步行形式,可以提高机器人的动作的灵活性和减少耗能的一种重要方法。研制出一种像人类一样步行灵活稳定的仿人机器人,并给机器人一定的操作环境,使它能促进,仿生学,机械学,康复医学,通信工程等科学的发展。例如在取代危险环境下人类的工作、工厂的维护和不平整地面的货物搬运以及灾害救助等方面。

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