基于仿生原理的水上行走機(jī)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(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)研究姓名：曹俊義申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專(zhuān)業(yè)：機(jī)械制造及其自動(dòng)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(jī)器人的角度來(lái)講，21世紀(jì)將是一個(gè)自治機(jī)器人的世紀(jì)。隨著機(jī)器人的工作環(huán)境和工作任務(wù)的復(fù)雜化，要求機(jī)器人具有更高的靈活性、可靠性、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和更強(qiáng)的適應(yīng)性。自然界在億萬(wàn)年的演化過(guò)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(lái)。因此，通過(guò)研究、學(xué)習(xí)、模仿來(lái)復(fù)制和再造某些生物特性和功能，將極大的提高人類(lèi)對(duì)自然的適應(yīng)和改造能力，產(chǎn)生巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。仿生學(xué)是20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的一門(mén)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(guò)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(jī)制，來(lái)改進(jìn)現(xiàn)有的或創(chuàng)造新的機(jī)械、儀器、建筑和工藝過(guò)程。仿生學(xué)將有關(guān)生物學(xué)原理應(yīng)用到對(duì)工程系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)中，尤其

3、對(duì)當(dāng)今日益發(fā)展的機(jī)器人科學(xué)起到了巨大的推動(dòng)作用。當(dāng)代機(jī)器人研究的領(lǐng)域已經(jīng)從結(jié)構(gòu)環(huán)境下的定點(diǎn)作業(yè)中走出來(lái)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(xiǎn)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(lái)的機(jī)器人將在人類(lèi)不能或難以到達(dá)的已知或未知環(huán)境里為人類(lèi)工作。人們要求機(jī)器人不僅適應(yīng)原來(lái)結(jié)構(gòu)化的、已知的環(huán)境，更要適應(yīng)未來(lái)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(yùn)動(dòng)行為和某些機(jī)能己成為機(jī)器人學(xué)者進(jìn)行機(jī)器人設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)其靈活控制

4、的思考源泉。他們從豐富多彩的動(dòng)植物身上獲得靈感，將它們的運(yùn)動(dòng)機(jī)理和行為方式運(yùn)用到對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)理和控制的研究中，這就是仿生學(xué)在機(jī)器人科學(xué)中的應(yīng)用，這一應(yīng)用已經(jīng)成為機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一，勢(shì)必推動(dòng)機(jī)器人研究的蓬勃發(fā)展。仿生學(xué)在機(jī)器人科學(xué)中的應(yīng)用促使各類(lèi)仿生機(jī)器人不斷涌現(xiàn)。仿生機(jī)器人學(xué)是一門(mén)涉及到力學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)、控制學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)、光學(xué)、微電子學(xué)、傳感技術(shù)、驅(qū)動(dòng)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(shí)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(jìn)步在很大程度上依賴(lài)于相關(guān)學(xué)科的研究水平和技術(shù)成熟程度。仿生機(jī)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(jìn)展。運(yùn)動(dòng)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(jìn)步是仿生機(jī)器人研制和應(yīng)用的理論基礎(chǔ)與技術(shù)前提[1]。仿生機(jī)器人的研究是當(dāng)今機(jī)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(lèi)從事惡劣環(huán)境下工作的仿生機(jī)器人，是機(jī)器人

6、研究領(lǐng)域未來(lái)的發(fā)展方向。尤其二十一世紀(jì)是人類(lèi)開(kāi)發(fā)海洋的世紀(jì)，隨著陸地資源的日益枯竭，人類(lèi)將大規(guī)模的開(kāi)發(fā)和利用海洋的各種資源。開(kāi)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(jī)器人，對(duì)未來(lái)海洋的開(kāi)發(fā)、資源的勘探利用、水面污染治理以及軍事上進(jìn)行偵察等等方面工作都具有重要理論意義和實(shí)用價(jià)值[2]。本論文基于水黽在水面上行走的基本原理開(kāi)展一種新型水上行走仿生機(jī)器人研究。12國(guó)內(nèi)外仿生機(jī)器人的發(fā)展和研究現(xiàn)狀12國(guó)內(nèi)外仿生機(jī)器人的發(fā)展和研究現(xiàn)狀在水