理学院数学系 李兴然 大一年度项目立项报告

编号：

哈尔滨工业大学

大一年度项目立项报告

项目名称： 四足爬行类动物的仿生学研究与应用制作

项目负责人： 李兴然 学号： 1121200209

联系电话： 182******** 电子邮箱： lixingran2@163.com

院系及专业： 理学院数学系

指导教师： 王滨生 职称： 高级工程师

联系电话： 138******** 电子邮箱： wbs3282@163.com

院系及专业： 机电工程学院 机械制造及自动化

哈尔滨工业大学基础学部制表

填表日期：2012年10月 22日

一、项目团队成员（包括项目负责人、按顺序）

二、指导教师意见

三、项目专家组意见

四、立项报告

（一）立项背景

1.1 项目研究意义

从1959年第一台工业机器人在美国诞生以来，机器人的发展历程已有五十多年。随着计算机技术和遥控技术的迅猛发展，机器人正向多功能、多领域、智能化方向发展，各种用途的机器人已投入研发、生产、应用。在很多国家，机器人已广泛应用于科技探索、军事侦察、救灾防灾等科技含量高、危险系数大的领域。虽然我国在机器人研究方面已有很大进展，但与世界先进水平还有很大差距。我们国家的机器人应用范围不够广，普及程度不高，功能较为单一。因此，研究小型化、智能化、多功能化机器人对我们来说具有非凡的意义。而仿生四足机器人以其运动灵活、对复杂地形适应能力强、应用前景广阔而备受关注。随着科技竞赛的升温，应用型机器人的研究应引起我们的高度重视。

1.2 研究现状

仿生机器人由于其独特的优势已引起诸多国家的重视，其中以美国的研究最为深入。在美国，机器人被广泛应用到军事侦察、科技探索、救灾防灾等领域，并有向医疗、作战、娱乐等方向普及的趋势。美国在“未来作战系统”中曾推出过微小型地面机器人、士兵机器人等项目，足见其对机器人应用的重视程度以及未来机器人将普及这一发展趋势。2009年，美国佐治亚理工学院研制出可以穿越沙漠的机器人，解决了机器人太空探索中在松软地面难以前行的问题。不久前，康奈尔大学研制出“马拉松”机器人，在机器人能源动力方面取得了较大进展。同时，许多国家已研制出仿蛇机器人，其结构合理、控制灵活、性能可靠的巨大优势，使它在救灾探测方面表现突出。在国内，机器人的研究也取得了较大进展。哈尔滨工程大学研制出的水下机器人可以进行水深探测等作业。2009年，哈尔滨工业大学深圳研究生院研制的“珠峰号”机器人对珠峰进行航拍。同年，与香港科技大学合作研制的考古机器人获得巨大成功。2012年7月，哈尔滨工业大学研制出水上机器人，以水黾为仿生原型，行动灵活轻巧。近年来我们取得的丰硕成果足见我国对机器人研究发展的高度重视。如今，机器人已从实验研究逐渐转入实际应用阶段，多种技术融合化、多智能体系化是当下智能机器人研发的主要特点，小型化、多功能化是智能机器人研发的趋势。同时，应用环境的复杂性、应用领域的危险性，对机器人提出了“更精确、更灵活、更可靠”的新要求。它潜在的应用背景和市场前景也是不可忽视的。因此，对机器人的研究应起眼于现在，着眼于未来，争取在未来的智能化机器人市场占有更为有利的竞争地位。

（二）项目研究内容及实施方案

2.1 项目研究内容

（1）收集有关以壁虎、变色龙为代表的四足爬行动物仿生运动学的资料，并学习仿生机器人的研究与制作；

（2）研究壁虎、变色龙等的运动形态，相关部位的生理结构，对机器人的制作做出整体构想；

（3）学习计算机编程语言与三维实体模拟软件，对机器人在计算机上进行模型构建；

（4）选定并购买实验所需各部分材料，制作出原型机器人模型；

（5）选定最符合实际情况的驱动装置，对机器人进行各种运动状态下的检测、调试、修改及优化，使机器人的运动情况达到最佳状态；

（6）如果实际情况允许，对机器人进行实际应用方面的升级。如：搭载子电子系统、红外线传感装置和对机器人外观进行变色材料的装饰等。

2.2 项目研究方案

（1）进行组内分工，学习研究收集到的相关资料，对四足爬行动物的运动形态和生理结构及仿生机器人的制作形成初步认识；

（2）利用图书馆和网络资源，学习计算机编程语言与三维实体模拟软件，并达到熟练运用的程度；

（3）在计算机上作出机器人的三维模型，模拟机器人各项运动；

（4）经过讨论确定仿生机器人驱动装置，并请教指导教师考察其优缺点与可行性；

（5）作出原型机器人，在指导教师的指导下进行测试、优化；

（6）最终完成机器人，整理实验记录和数据，完成论文。

（三）进度安排

2012年10月——2012年11月 收集有关壁虎、变色龙等四足爬行动物的相关资料，对其仿生学可行性进行研究学习，并完成论文的绪论部分；

2012年11月——2013年2月 学习积累相关知识技能：学习仿生机器人的体系构建与制作，学习运用相关计算机编程语言与三维实体模拟软件，完成论文的第一章；

2012年3月——2012年4月 在计算机上完成建立机器人基本模型，并基于试验对其运动状态进行模拟、调试、优化，同时完成论文第二、三章；

2012年4月——2012年6月 制作实体模型，并对其各项性能指标进行评估，做出最后修改优化。整理实验材料与数据（条件允许将进行进一步的应用升级）并修改、完成论文，准备答辩。

（四）中期及结题预期目标

4.1 中期预期目标

中期基本完成计算机上对机器人模型的建立与调试，并对实验过程进行记录和分析，初步形成论文的绪论及前两章部分；

4.2 结题预期目标

结题完成计算机设计模型及实验的模拟验证，完成对实体机器人各项性能的调试优化（如条件允许，完成进一步应用升级），完成结题论文。

（五）经费使用计划

资料费：30元 打印费：50元 加工费：650 元

材料费：1400元 交通费：20元 合计：2150元

（六）主要参考文献

【1】刘金国，王越超，李斌，马书根.灾难救援机器人研究现状[J].机械工程学报.2006,12

【2】赵强，岳永恒.仿生连续体机器人的研究现状和展望[J].机械设计.2009，08

【3】华凌.哈工大研制仿生机器人 身怀“轻功”练就水上绝技[N].科技日报，2012，07，28

【4】慧典市场研究报告网.2009-2010年世界智能机器人主要市场状况分析.http://www.hdcmr.com/.2011,07

【5】迟冬祥, 颜国正. 仿生机器人的研究状况及其未来发展[J]. 机器人, 2001,23(5): 476-480

【6】宋红生，王东署.仿生机器人研究进展综述[J].机床与液压，2012,13(40)：179-183

【7】杨清海, 喻俊志, 谭民, 王硕. 两栖仿生机器人研究综述[J]. 机器人,2007,30(6): 601-608

【8】Henter.美国科学家研制出可在沙地上行走的机器人.高分网，2010,08

【9】黄立，叶益斌，张辉.基于Microsoft Robotics Studio的机器人运动仿真研究[J].机电工程，2010,08(27):122

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/132798cf08a1284ac85043fd.html