機(jī)械專業(yè)外文文獻(xiàn)翻譯-外文翻譯--生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略

生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略:在機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略：在機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人摘要們的發(fā)展是基于弗吉尼亞理工大學(xué)器人技術(shù)和機(jī)械實(shí)驗(yàn)室）使用生物啟發(fā)的新型運(yùn)動(dòng)策略。我們通過學(xué)習(xí)自然模型，然后模仿或獲取來自這些設(shè)計(jì)和進(jìn)程中的靈感，為移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)，應(yīng)用和實(shí)施了新的方式。不同于大多數(shù)地面移動(dòng)機(jī)器人使用的常規(guī)手段的運(yùn)動(dòng)，如車輪或軌道，這些機(jī)器人展示獨(dú)特的移動(dòng)性特點(diǎn)，使在某些環(huán)境下運(yùn)動(dòng)困難的常規(guī)地面機(jī)器人變得適應(yīng)。這些新型的地面機(jī)器人，包括：整個(gè)皮膚運(yùn)動(dòng)機(jī)器人，它從似變形蟲的運(yùn)動(dòng)機(jī)械受到啟發(fā)；三條腿的 機(jī)器人 三 動(dòng) 實(shí)驗(yàn)型機(jī)器人）， 用 動(dòng)的 動(dòng)式運(yùn)動(dòng)； 機(jī)器人 的機(jī)器人 ）使用 在 的環(huán)境中；人形機(jī)器人 人 機(jī)器人）使用動(dòng) ；移動(dòng)性 的機(jī)器人¢£¥ 的 移動(dòng)§用了一新型車輪和腿“ 運(yùn)動(dòng)的策略。«于們 后«它們的性 面·的 ¶進(jìn) ?！?#187;動(dòng)，移動(dòng)機(jī)器人。 11 ¿中 的´后，在 地（911¯中¨ 的 ¿中 ¸）， 機(jī)器人計(jì) 室從機(jī)器人 和 中得到 ， 在為 Æ的一 ª 中 ，機(jī)器人的移動(dòng)性是 為Ø機(jī)器人技術(shù)的一個(gè)要º 性 是 æ 和 。 ª 進(jìn)一 ，用機(jī)器人在 地 使用軌道 動(dòng)器一ø于車輪在不§ß的地面，不過， ¢ 的運(yùn)動(dòng)策略必須 進(jìn)一 調(diào)查。不同與空中或海運(yùn)輸?shù)能囕v在 們的旅 區(qū)域 幾乎可達(dá)到 何一個(gè)的地，今天使用的大分地面車輛，在穿越大障礙和攀登陡坡時(shí)¢困難，這是由于 ¢º的移動(dòng)性，尤 是在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下。著機(jī)器人 技術(shù)的進(jìn) ，和移動(dòng)機(jī)器人在新的應(yīng)用領(lǐng)域增 ，機(jī)器人替換基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)機(jī)械的需要，這可使它們在 調(diào)遣到復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)化地形中時(shí)變得至 要。Ø地面車輛的運(yùn)動(dòng)的方法是基于車輪，鐵軌或 條腿，自身的長處和短處。為了使移動(dòng)機(jī)器人適應(yīng)一個(gè)地區(qū)的復(fù)雜地形，一新的運(yùn)動(dòng)方法是必要的。例如，為了 夠找到 困在¨ 大樓中的人，需要身處狹窄拐角的機(jī)器人 夠在瓦礫下或之間移動(dòng)。Ø的運(yùn)動(dòng)方法，可做到這項(xiàng)工 的一分，但在實(shí)現(xiàn)些功 時(shí)， 們卻只¢¢º的æ功。1生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略:在機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人我們通過學(xué)習(xí)自然模型，然后模仿或獲取來自這些設(shè)計(jì)和進(jìn)程中的靈感，為移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)，應(yīng)用和實(shí)施了新的方式。在本文中，我們呈現(xiàn)了5個(gè)地面移動(dòng)機(jī)器人，它們的發(fā)展是基于弗吉尼亞理工大學(xué)的器人技術(shù)和機(jī)械實(shí)驗(yàn)室）使用的生物啟發(fā)的新型運(yùn)動(dòng)策略。不同于大多數(shù)地面移動(dòng)機(jī)器人使用的常規(guī)手段的運(yùn)動(dòng)，如車輪或軌道，這些機(jī)器人展示獨(dú)特的移動(dòng)性特點(diǎn)，使在某些環(huán)境下運(yùn)動(dòng)困難的常規(guī)地面機(jī)器人變得適應(yīng)。個(gè)皮膚運(yùn)動(dòng)）是 一個(gè)生物，¢一細(xì)長圓環(huán)形狀的身體用來 為表面為牽引，皮膚是用來 動(dòng)通過循環(huán)的收縮與擴(kuò)張。構(gòu)這啟發(fā)的新型運(yùn)動(dòng)策略，來自某些單一方式的細(xì)胞生物體， 例如 變形蟲 （巨變形蟲）的運(yùn)動(dòng)。這些生物體的運(yùn)動(dòng)是由細(xì)胞質(zhì)環(huán)流過程（圖1 ） 形式的細(xì)胞質(zhì)流在 外質(zhì)管中流動(dòng)， 轉(zhuǎn)化為凝膠狀的外質(zhì)Ø端的表層皮膚，最后在細(xì)胞質(zhì)的外皮膚后回復(fù)到液 的形式。這連續(xù)細(xì)胞 外質(zhì)的轉(zhuǎn)化是 變形蟲向Ø運(yùn)動(dòng)的¢ 動(dòng) 。如果不可 的，直接用機(jī)器人模仿這細(xì)胞質(zhì)環(huán)流的過程是很困難的事。因 ，代替使用細(xì)胞質(zhì)液體凝膠轉(zhuǎn)型的過程，皮膚可拉長，然后在一個(gè)單一連續(xù)的運(yùn)動(dòng)中 意 外旋轉(zhuǎn)，在變形蟲外質(zhì)管中¢ 地生æ整體的細(xì)胞質(zhì)環(huán)流運(yùn)動(dòng)（圖2 ）。圖3和圖4顯示了一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)，它使用一個(gè)灌滿水的長的¢彈性的¢機(jī)硅皮膚環(huán)形管，演示運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的可 性。2生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略:在機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人圖2. 同 固體管整個(gè)皮膚運(yùn)動(dòng)模型 通過 動(dòng)環(huán)的收縮（1a，2a，3a ）擴(kuò)大（1b，2b，3b ）產(chǎn)生的 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。（ a ） （ b ） （ c ）3. 拉 彈性皮膚模型運(yùn)動(dòng)的一 圖4. 拉 的 動(dòng)模型運(yùn)動(dòng)的一 機(jī)器人使用整個(gè)皮膚運(yùn)動(dòng)可在與機(jī)器人 接 的環(huán)境中的 何表面移動(dòng)，不是地面， 或 的障礙物，或天 ，因?yàn)檎麄€(gè)皮膚是用于運(yùn)動(dòng)。與一彈 膜或 狀的接 為 外皮膚，機(jī)器人可很 ¿ 在障礙之間或在¨ 的天 下，使用接 面為牽引向Ø 進(jìn)，或 至 本身通過直 于 的 。 動(dòng)式運(yùn)動(dòng) 動(dòng) 的三 運(yùn)動(dòng)3生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略:在機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人圖5. 三 動(dòng) 實(shí)驗(yàn)型機(jī)器人（自 三 動(dòng) 實(shí)驗(yàn)型機(jī)器人）是一新型的三 機(jī)器（圖¡） ， 用 動(dòng)動(dòng) 動(dòng)的運(yùn)動(dòng) ，動(dòng) 與 ¢ £和最 使用 獨(dú)特的三 （圖6 ）。不¥ 的 動(dòng)動(dòng) 的機(jī)器，這獨(dú)特的三 運(yùn)動(dòng)機(jī)器人，是三 §“，它可«變方向，和 ¿使得它可實(shí) 4生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略:在機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人圖6顯示單 三 的 。從開 的§6 （ a ） ，機(jī)器人轉(zhuǎn)變 ，通過調(diào)整它的 個(gè) 接（圖6 （ b ） ，機(jī)器人的身體 在¨的方向·直于 地三角（圖6（ c ） ，¶軸旋轉(zhuǎn)“ 為由 個(gè)的”腿。»¥在機(jī)器人¨時(shí)，中間的腿（動(dòng)腿） 自然動(dòng)到 地腿之間（圖6 （ d ）¨（圖6 （ e ）。由于腿接 地面，機(jī)器人 通過 ¿ 連接， ´ ，為下的 （圖6 （f ） Æ 。三 的”是自然動(dòng)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)腿，和機(jī)構(gòu)于¯連接的 個(gè) 地腿。適的機(jī)械設(shè)計(jì)¨數(shù)（質(zhì) 和性 方面的 ），用 動(dòng) 結(jié)構(gòu)展 動(dòng)動(dòng)動(dòng) 運(yùn)動(dòng) ，最¸º 的 和 ¢ 進(jìn) 復(fù)運(yùn)動(dòng)。«變方向是在一個(gè) ¢的方式下 ：通過«變 動(dòng)腿的 ，三 可在0 °區(qū)間的方向移動(dòng)機(jī)器人（圖7 ）圖7. 轉(zhuǎn)變方向的 ¶略簡單的三 的三 ¢很多´ 過 它腿式機(jī)器人：它¢一個(gè)簡單的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)（« 動(dòng)物 ， 動(dòng)物 ，或 動(dòng)物） ”腿之間，一條腿和身體的 ， “（如 機(jī)三 ）；簡單的 （« 動(dòng)物）»因 運(yùn)動(dòng)是一個(gè)在 “方向的簡單下 下 ；它 是 ¢，在動(dòng) 學(xué)用 動(dòng)動(dòng) 運(yùn)動(dòng) ;它 ，使它 發(fā) 到難進(jìn) 的領(lǐng)域，例如，它使 和“§ 感器在 的§ 變得非常理Æ。5生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略:的三 在 環(huán)境下的 膠 靈感來自 天 Ø進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的9 ） ，在弗吉尼亞理工大學(xué)的機(jī)器人技術(shù)和機(jī)械實(shí)驗(yàn)室 一 機(jī)器人的º§ 運(yùn)動(dòng)和如圖10 的機(jī)器人 ）¢6個(gè)4自由 的 體軸« 器人本體與動(dòng)æ點(diǎn)在 ¢一個(gè)大的工 空間。可 換的端 器/ 用于ºº方面例如 在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境，攀登，和靈ø的 。圖9. 天 Ø進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的多 的機(jī)器人 的 軸« ß， 連接到機(jī)構(gòu)，由一個(gè)三自由 動(dòng)æ的了一個(gè) 的運(yùn)動(dòng)類似于 髖。中途沿是一單自由 的 它 了一 類似的運(yùn)動(dòng)類似于肘或膝。這ß使¢ 的工 空間。整個(gè)§機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人是大約16英寸，直 10英寸，身 與外表昆蟲或蜘蛛一樣。碳纖維復(fù) 體進(jìn) 鋁聚 物電池， 腦，可 換的 感器，包括立體 覺的接口 機(jī)。 由一個(gè) 級鋁框和碳纖維復(fù) 材料外骼皮膚建造。過轉(zhuǎn)口貨品中最大芯直流電動(dòng)機(jī)通過分 式可變方式 動(dòng)。在端，可 換端 器/ 它用于實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用。圖10. 的機(jī)器人 與 的機(jī)器人設(shè)計(jì)方法不同，它 求模仿生物學(xué)和工程 者 一，L 起¢缺乏一些必要的生物分子;生物分子專門用于 為一個(gè)設(shè)計(jì)工具。機(jī)器人的的是沿著表面結(jié)構(gòu)移動(dòng)，它的靈感來自于沿著底和巖石之間移動(dòng)的多 靈ø的海洋生物。馬可舉的例子便是章魚和海星， 中 們的顯著特點(diǎn)是軸« ， «身體尺寸來說 長。軸« 機(jī)器人是全方§的，面«一個(gè)特“方向的移動(dòng)或省 昂貴運(yùn)動(dòng)。 外，長的 產(chǎn)生一個(gè) 闊的工 空間。中應(yīng)用領(lǐng)域是在 情況下自地在太空中檢查維修車輛和結(jié)構(gòu)。使用¢ 的機(jī)器人是最¢Ø途的技術(shù)，例如共聚物技術(shù); 使用機(jī)器腿在空間車輛或結(jié)構(gòu)的外表面爬 檢查和維修不過，使用¢ 的機(jī)器人在 的環(huán)境中創(chuàng)造了一整套新的問題和要求。在 環(huán)境中運(yùn)動(dòng)需要使用確保 于表面的方法，這可 是通過抓住在表面 用磁鐵，吸杯的某些功 來 æ。它的靈感來自 在·直 爬和在天 下 的 ，未來版本的使用 膠 在 的環(huán)境下 于表面，因?yàn)檫@是最¢Ø途的技術(shù)，使機(jī)器人 表面的運(yùn)動(dòng)和程變的“。型車輪腿“ 運(yùn)動(dòng)策略§語言 是一非結(jié)構(gòu)化環(huán)境無人 ，新型 流動(dòng)性運(yùn)動(dòng)§11 ） 。 用單獨(dú) 動(dòng)無框車輪輻條，它可按 輪廓不勻的表面，如路軌，越過大的障礙，如¢腿車輛，保留簡單的車輪（圖12 ）。因?yàn)樗狈?fù)雜的腿和¡¢一個(gè)大型¢ 的（輪）直 ，這個(gè) 自適應(yīng)性 可 ¿地移動(dòng)到端的地形，同時(shí)保一“的運(yùn) 速 ，從而在 和 ，科學(xué)探 ，和進(jìn) 的應(yīng)用中¢很大的潛7生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略:在機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人。圖11. 渲染圖象是用了 個(gè) 動(dòng)車輪， 進(jìn) 模 移動(dòng)和適應(yīng)地形的一些例子我們分析了運(yùn)動(dòng)學(xué)和模 機(jī)器人用 個(gè) 動(dòng)車輪在§ß地形的運(yùn)動(dòng)，它們 用一個(gè)， 個(gè)，三個(gè)點(diǎn) 接 （圖13 ）。這表明一個(gè)點(diǎn)接 模式¢ 個(gè)自由 ，運(yùn)動(dòng)的輸 可 意“。這模式 機(jī)器人移動(dòng)，同時(shí)為質(zhì) 中 保恒“的 ，我們已經(jīng)通過模 進(jìn) 了證明。至于這個(gè)模式的結(jié)果表明，通過«變方§角發(fā)生離散，采取措施«變不同的長 和左右車輪。 個(gè)點(diǎn)的接 方式顯示¢一個(gè)自由 ， 一個(gè) 長， 向§面的中 軸軌道 為確“的車輪角 函數(shù)。這運(yùn)動(dòng)模式只用 個(gè)輪子便 靜 地“ ，還可用于承受¢ 載荷。 三點(diǎn)接 結(jié)構(gòu)顯示為 的自由 ，但是在固“的中，它¢額外的“性，讓機(jī)器人¡¢ 的立 之地。8生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略:車輪 自由 的不同模式的運(yùn)動(dòng) 圖于瞬 轉(zhuǎn)變的 后得到開發(fā)，在逐漸轉(zhuǎn)變過程中¢三個(gè)接 點(diǎn)，迫使基 與機(jī)器人的軸斜交（圖14 ）。 了 結(jié)構(gòu)，通過在 機(jī)構(gòu)中分析機(jī)器人獲得 為一個(gè)空間分析獲得的 形 一個(gè) 一的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型可用來分析共面基 軸和斜交基 的 情況， 分析 個(gè) 動(dòng)輪輻車輪 。的轉(zhuǎn)向策略 要驗(yàn)證我們的模型分析和在下一 段項(xiàng)的 ，我們已設(shè)計(jì) 了 一個(gè)輪輻車輪 動(dòng)的樣機(jī)（圖 ）用于生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略: 運(yùn)動(dòng)的仿人機(jī)器人 人機(jī)器人與情ª）是一仿人機(jī)器人 和表演，¥人類一樣，它已發(fā)展æ一個(gè)為º機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的º§時(shí) æ為弗吉尼亞理工大學(xué)的 進(jìn) 2007 機(jī)器人杯 的基礎(chǔ)§16，17）。 600 ， 4 的機(jī)器人¢21個(gè)自由 （通過分 式 與可 的無芯直流電動(dòng)機(jī)進(jìn) 動(dòng)。 用計(jì) 機(jī) 覺 « ，在 的 性 ，和在 的多 感器， 越障礙時(shí) æ人類一樣的 ， 夠越過不§ß的復(fù)雜地形， æ復(fù)雜為，如 æ。圖和個(gè)項(xiàng)的續(xù)º的 是發(fā)展機(jī)器人§º與¨ 2007 機(jī)器人杯 的問題，（產(chǎn)生和實(shí)現(xiàn)一個(gè)動(dòng) ，使用 ¡點(diǎn) ，為了 運(yùn)動(dòng)規(guī)和¢障，基于 覺的 ，在不§ß地形下散 ， æ的復(fù)雜 為£發(fā)展 法和策略）。10生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略:在機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人圖17. 人 機(jī)器人個(gè) ø的鋁骼結(jié)構(gòu)與速æ型¥膠皮膚表面。它的§和腿連接到機(jī)構(gòu)由三自由 動(dòng)æ點(diǎn) 了 的運(yùn)動(dòng)，與 和髖類似。是 與可變動(dòng)。 機(jī)器人¢ 個(gè)2100 電池 為 電¢， 腦處理，三£“«，感器包括一個(gè) 覺接口 機(jī)和 下感器。Ø新版本的發(fā)展，在弗吉尼亞理工大學(xué)，2007 機(jī)器人杯»在設(shè)計(jì)進(jìn) 中，來自機(jī)械工程 和建 設(shè)計(jì)學(xué)的º生和 級本科生 。們呈現(xiàn)了5個(gè)獨(dú)特的地面移動(dòng)機(jī)器人，在弗吉尼亞理工大學(xué)使用了新型運(yùn)動(dòng)策略¢ 的移動(dòng)性。 為證明，為發(fā)展這些機(jī)器人使用生物靈感和仿生學(xué)是”。通過學(xué)習(xí)自然模型，然后模仿或獲取來自這些設(shè)計(jì)和進(jìn)程中的靈感，為移動(dòng)機(jī)器人在環(huán)境中具¢獨(dú)特移動(dòng)性的移動(dòng)，我們已經(jīng)æ功地應(yīng)用和實(shí)施了新方式。 鳴謝者Æ感 ·科學(xué)基 ¥（海º 室（” ”»»）¶ Ø進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（ 天 學(xué) 學(xué) 項(xiàng)）弗吉尼亞理工大學(xué) 室和¿ 室´人的º（感 們«的º和開發(fā)， 感工程¯（續(xù)這項(xiàng)工 ，通過弗吉尼亞理工大學(xué) 無人 ¶實(shí)驗(yàn)º（ 感 者的º生道¨拉 ¶馬英¨拉¶馬 ¸瓦 特¶ 和 這些項(xiàng)11生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略:在機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人of By we (a it by a 1. n a 1 of on 9/11 at 機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人be in As of to of or of 2, 3. In to a an of a of is a a to be to do of of 4. s or we to In we of 2. 5, 6 is a a of of an is as a is by 機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人1. of a as of ( 1) at at of 7, 8a is to do if of SL is by a of a of in a of 2)機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人2. by 1a, 2a, 3a) 1b, 2b,3b) SL a to of a) .0 (b) (c) 3. of of of 4. of of of is be it or on or an a of as or a or as 5. of 5生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略:在機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人5. ( is a 5) 9 1, to ( 6). is it to be 機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人6. 6 of 6 (a), as of by of 6 (b), of in to 6 (c), by As in 6 (d)6(e). As by 6 (f). of of of is in a of of 0°7)17生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略:在機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人7. he a (or it is a it is to a a it is in it is to it is it at 8. a 18生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略:PLs 12, 13 (9), is a in 0, ( ( at a it to be as in 9. PLs s a 3 a of to a of is a OF a of to a 16 in 0 or a s it 19生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略:在機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人10. to s 2; as a As to of to is to a or a is of is VA to on of in a of of by on by of to on be to on in as is on 0生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略:在機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人(