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1、機電控制基礎(chǔ)與實踐,（意義，特征，結(jié)構(gòu)，問題） 王田苗 丑武勝 北京航空航天大學(xué) 機器人研究所,探索生物學(xué)、仿生學(xué)、新材料、智能控制等方面深刻機理。 開展多學(xué)科交叉領(lǐng)域的技術(shù)研究，通過綜合實驗平臺，推動機械設(shè)計、傳感器技術(shù)、伺服控制、人工智能、計算機科學(xué)等技術(shù)發(fā)展。 從事繁重勞動、危險作業(yè)、延伸人類大腦與四肢、醫(yī)療康復(fù)等，服務(wù)于社會。,研究意義 手腳，撲翼，游動，蠕動,什么是微小型仿生機器人技術(shù)？ 沒有嚴格定義 模仿自然界動物與人的行為，基于微小型機電系統(tǒng)設(shè)計，研究機構(gòu)、感知、控制與交互的機器人技術(shù)。 微小型，尺寸相對較小，低功耗，高性能，微機電系統(tǒng)設(shè)計 仿生，模仿自然界動物與人 機器人，幫助
2、人類完成搬運、焊接、裝配等任務(wù)的可編程控制機械裝置或系統(tǒng)，希望具備感知、規(guī)劃、控制、交互的功能,定義,發(fā)展趨勢 仿生 多樣 應(yīng)用,日本京都大學(xué)研制的 蛇形搜救機器人“莫伊拉”,仿生機構(gòu),日本東京工業(yè)大學(xué)研制的 廢墟搜索機器人,(1) 蛇形機器人機構(gòu)研究,生物蛇研究,蛇的肌肉骨骼 簡化模型,蛇的肌肉骨骼 結(jié)構(gòu),,,,,生物蛇,蛇形機器人單自由度關(guān)節(jié)模塊,關(guān)節(jié)模塊設(shè)計,相鄰關(guān)節(jié)模塊連接示意圖,蛇形機器人機構(gòu)的構(gòu)成,（2）蛇形機器人運動控制方法研究 蛇可以做多種動作來適應(yīng)它所處的環(huán)境，但大體上可分為四種步態(tài)： 蜿蜒運動 直線運動 伸縮運動 側(cè)向運動,蜿蜒運動,生物蛇的蜿蜒運動,直線運動,生物蛇的
3、直線運動,伸縮運動,生物蛇的伸縮運動,側(cè)向運動,生物蛇的側(cè)向運動,蛇形機器人運動示意圖,平面蜿蜒運動 平面蜿蜒運動是通過控制關(guān)節(jié)模塊水平軸的關(guān)節(jié)保持直線，而垂直軸的關(guān)節(jié)呈正弦變化產(chǎn)生；采用的算法公式為：,(b)側(cè)向運動 側(cè)向運動是控制關(guān)節(jié)模塊的垂直軸（yaw軸）的關(guān)節(jié)和水平軸（pitch軸）的關(guān)節(jié)都呈正弦變化，兩個曲線之間有一個相位差；采用的算法公式為：,(c)伸縮運動 伸縮運動方式可以通過控制它的垂直軸（yaw軸）的關(guān)節(jié)保持直線，而水平軸（pitch軸）的關(guān)節(jié)呈正弦變化實現(xiàn)。它在垂直面內(nèi)運動，適合穿越狹小的管道。,(d)翻滾運動 翻滾運動是控制關(guān)節(jié)模塊的垂直軸的關(guān)節(jié)和水平
4、軸的關(guān)節(jié)變化，采用的算法公式為：,（3）分布式控制系統(tǒng)和微型嵌入式控制器的研究,蛇形機器人原理樣機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),(a)原理樣機控制系統(tǒng),,蛇形機器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),,主控單元,執(zhí)行 單元,CAN總線,,,,,,,,,執(zhí)行 單元,執(zhí)行 單元,... ,執(zhí)行 單元,執(zhí)行 單元,執(zhí)行 單元,,,,,,,,,監(jiān)控系統(tǒng),機器人 控制系統(tǒng),(b)分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),已應(yīng)用在: 擬人機器人 星球探測機器人,(c)微型嵌入式控制器的研究,特點：模塊化 體積小 功能全 功耗低 現(xiàn)場可編程,（4）地面特征識別技術(shù)的研究,傳感裝置安裝示意圖,底面,識別平坦的硬地面、軟土、沙地,(5)基于GPS的蛇形機
5、器人定位方法的研究,對于用于野外工作的蛇形機器人，定位是個關(guān)鍵問題?；贕PS的定位方法是目前應(yīng)用最廣的方法。目前實驗定位精度< 15米 我們在探索應(yīng)用我國的北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)進行定位的方案。,（6）應(yīng)用研究,監(jiān)控站,操作臺,監(jiān)視器,,,傳 感 器,蛇形機器人,,作業(yè)單元,,,,,蛇形機器人作業(yè)系統(tǒng)框圖,應(yīng)用,車底探查實驗,結(jié)合國家反恐防暴的需求,理論方法問題，仿生靜態(tài)與動態(tài)模型，復(fù)雜模型計算方法，基于傳感器變結(jié)構(gòu)方法，往往是非線性、非定常問題， 多自由度靈巧機構(gòu)，運動學(xué)與動力學(xué)，冗余與柔性，高效驅(qū)動裝置， 感知與模式識別技術(shù)，內(nèi)部姿態(tài)，外部環(huán)境，距離、力覺、觸覺等，特別是視覺問題， 嵌入式控制技術(shù)：微小型硬件平臺，高可靠性軟件系統(tǒng)，高性能實時學(xué)習(xí)技術(shù)，基于傳感器的群體行為智能控制技術(shù)， 人機交互技術(shù)，通訊，時延，臨境與虛擬現(xiàn)實， 微小型機電系統(tǒng)設(shè)計、加工、裝配， 微、仿、多、遙、網(wǎng),關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)性研究 方向,主要介紹了微小型仿生技術(shù)與機器人基本內(nèi)涵、研究意義、關(guān)鍵技術(shù)、發(fā)展趨勢。 嵌入式芯片、微機電系統(tǒng)、新材料等方面發(fā)展給微小型仿生技術(shù)研究帶來了機遇。 智能仿生機器人是人類科學(xué)研究追求目標，開展這方面研究不僅促進多學(xué)科發(fā)展，而且廣泛應(yīng)用服務(wù)于社會。,結(jié)束語,謝 謝 大 家,
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