仿生機器人的案例
可靠性測試裝備為仿生機器人未來發展賦能
一、仿生機器人市場現狀及未來發展概述
仿生機器人作為融合生物力學、人工智能和機器人技術的交叉領域創新產品，近年來呈現出爆發式增長態勢。根據Verified Market Reports的最新研究數據，全球仿生四足機器人市場在2022年已達到15億美元規模，預計到2030年將增長至45億美元，2024-2030年期間的復合年增長率(CAGR)高達15%。這一增長趨勢反映了國防、醫療保健、物流和農業等多個領域對仿生機器人日益增長的需求。
二、仿生機器人對可靠性測試提出了更高的要求
隨著仿生機器人技術的快速發展和應用場景的不斷拓展，其可靠性測試裝備市場正迎來前所未有的增長機遇。四足機器人、人形機器人等細分領域將成為測試裝備需求的主要來源。應用場景對機器人的環境適應性和長期可靠性提出了嚴苛要求，沖擊、跌落、舉升力等機械性能測試都是可靠性測試中的必要測試項，是仿生機器人研發和生產過程中不可或缺的關鍵環節，它直接關系到產品的性能穩定性、使用壽命和安全性，是確保產品質量的核心手段。
三、慧通測控：機器人相關測試解決方案
1、機器人行走障礙測試
該系統主要驗證仿生腿行走能力、步態和翻越障礙能力等。
測試系統由測試臺架、控制系統、高速攝影和數據采集系統組成。
臺架可升降高度，頂部有吊軌可輔助機器人防止摔倒。
底面可鋪設各種障礙模擬不同路面，如坡道、臺階、不平整路面等。
高速相機可實時記錄各關節運動姿態角度等。
展開 仿生魔鬼魚！美國發明水陸兩棲機器人！兩翼一劃驚呆了
說到水陸兩棲仿生機器人，肯定大多數人想到的就是仿生蛇。而且多年以來，各國的科學家們也研發了不少仿生蛇機器人。
而我們今天要給大家介紹的這款仿生機器人Velox，雖然沒有蛇的外形，但要比蛇更敏捷，快速。
Velox是由美國海軍實驗局ONR和Pliant Energy Systems共同開發的一款水陸兩棲機器人。
它依據仿生學原理，兩側“長”有一對波浪形飄帶，它們類似魚類的鰭，能為機器人的前進、轉向提供動力。
Velox自2017年亮相，就吸引了一大批人的關注，這款模仿了鰩魚或魷魚的仿生機器人不僅僅能在水里自由穿行，還在陸地上走出了蛇的妖嬈。
而最近，Pliant公司公布的視頻顯示，Velox又學會了在冰上穿行的本領。
Velox無論是什么地形，都通過控制飄帶進行波浪形運動提供前進動力。
除此之外，Velox的鰭使用特殊材料，它的設計初衷是構建一個能量生成系統，比如懸停在某一水域中利用水流為機器人充電。
Velox的鰭有一個很大的表面積，它提供了一個巨大的、相對運動緩慢的水流接觸面，能更高效地收集能量。
展開 超逼真仿生雨燕機器人，僅42克翼展68厘米，能自主導航飛行（轉載）
近日，據Festo官方消息稱，這家專門產出黑科技的德國自動化公司，又制造出了兩種新型仿生機器人，分別是仿生雨燕Bionic Swift和帶有氣動抓手的仿生移動機器人Bionic Mobile Assistant。
這家公司的神奇之處在于，他們會以大自然為設計靈感，生產出各種異常逼真的仿生機器人。比如，今天要提到的仿生雨燕Bionic Swift就是Festo的研發人員從飛燕身上汲取靈感，研發出了更加輕薄、更像鳥羽毛的飛行機器人羽翼。
▲仿生雨燕Bionic Swift
一、 人造羽毛使仿生雨燕體態輕至42克、飛行更自如
仿生雨燕Bionic Swift并不是Festo開發的第一批飛行機器人，此前的仿生狐蝠、仿生鴿子都是Feato從自然飛行模式中汲取靈感研發飛行機器人的代表。此外，這家公司還曾展示過他們研發的螞蟻機器人、電動蝴蝶、能跳躍的袋鼠機器人、蜘蛛機器人、能飛的企鵝和水母等多樣的仿生機器人。
▲螞蟻機器人和電動蝴蝶
▲袋鼠機器人和狐蝠機器人
▲能飛的企鵝和水母
而與之前不同的是，仿生雨燕憑借著輕量化的結構開啟了Festo飛行機器人的新篇章。
仿生雨燕身長44.5厘米，機翼展開后長68厘米，而每只雨燕的整體重量只有42克，其中6克是電池的重量，此外還需要一臺電機控制機翼，以及另外兩臺電機來驅動飛行和進行轉向。仿生雨燕的飛行時間很穩定，但目前只能飛行7分鐘。
為了將仿生雨燕的飛行呈現得更加逼真，Festo以真實的羽毛為模型，用柔軟而又堅固的泡沫制成超輕薄片，以疊瓦片的方式制成雨燕的翅膀，通過纖維套筒將機器鳥的翅膀和身體連接在一起。
▲仿生雨燕以超輕薄片制成的翅膀
在仿生雨燕向上沖程的時候，單個羽毛的薄片會扇出，以便空氣可以在翅膀中流過。這意味著仿生雨燕只需要較少的動力就可以將翅膀拉起。
展開 波士頓動力要把仿生機器人推向市場，這是樁合理的生意嗎？
如果波士頓動力是一家面向廣大普通消費者的公司，YouTube 上的爆紅大概能讓他們的產品席卷全美，但遺憾的是，波士頓動力即將上架出售的，卻是極為復雜且昂貴的仿生機器人。最新的消息是他們將在 2019 年開始對外公開出售旗下機器狗系列產品，定價未知。
YouTube 網紅
波士頓動力的歷史比很多人想象的要更悠久一點。
早在 1992 年，這家公司就已經成立。脫胎于 MIT 下的一個機器人研究實驗室，它一直在進行著機器人設計制造相關的研究和業務拓展。但直到今天，它才計劃于明年開始銷售旗下首款商用機器人 SpotMini。這款以狗為范本進行設計的機器狗，擁有四條可以彎曲的腿，能在控制者的操作下像普通的狗一樣完成站立、行走、下蹲和跳躍等動作。
波士頓動力今天的主要工作就是設計并制造仿生機器人。無論是以人還是動物為藍本，波士頓動力的機器人看起來總能給人一種「它的確是一個活物」的感覺。比如他們的機器狗路過窗前會停下，似乎在注視著玻璃中的自己的倒影，又比如當他們的類人機器人在測試中被工作人員有意推倒時，機器人自己會緩緩地從地上爬起來。
Youtube 視頻中的這些細節引起了大眾的強烈興趣。那些機器人在測試中被人類各種「粗暴對待」，遲緩地做著合理的動作，立刻讓觀眾聯想到了科幻作品中的擁有智識后反過來奴役人類的機器人們。
有人在 YouTube 評論區寫道：「等機器人最終完成對人類的奴役時，這會是他們對人類仇恨的起源。」
仿生機器人能做什么？
在 YouTube 上的爆紅并沒有給波士頓動力帶來什么真金白銀的收入。
即使 SpotMini 機器狗將于明年開放銷售，人們仍然對這款產品存在著諸多疑問。從技術層面講，它看起來很酷，非常具有未來感。
展開 
GE研發仿生檢修機器人，新技術如何為發動機進行“微創手術”？
據簡單飛行網站（SimpleFlying）9月10日報道稱，通用電氣集團（GE）航空航天研究所與紐約賓漢姆頓大學合作，研發出了一款仿生檢修機器人Sensiworm，能進入發動機內部結構中，探查潛在的安全隱患。
報道稱，這一技術為提升飛機檢測效率，縮短飛機運行成本提供了新的可能。
GE航空發動機
01
蠕蟲機器人的仿生學原理
報道稱，Sensiworm仿生機器人自帶內置電源和機載系統，通過仿生學原理可模擬尺蠖的蠕動姿態，鉆入結構復雜的航空發動機內部檢測故障，這樣可排查到發動機內細微角落，不會像內窺鏡那樣留下死角，更不必反復拆卸發動機。
靠身體蠕動前行的尺蠖。
當Sensiworm仿生機器人進入發動機后，其頭部安裝的攝像頭會實時反饋拍攝畫面，幫助技術人員識別零部件內，可能出現的裂縫、腐蝕等問題。
而機器人周身安裝的傳感器，能嗅出氣體泄漏并測量發動機部件隔熱涂層的厚度。
Sensiworm能夠在曲面上蠕動前行。
報道稱，Sensiworm仿生機器人的能力，能夠給航空發動機來一場“微創手術”。
不過，目前Sensiworm僅能做到對發動機部件的檢測。研發人員未來的目標是，在其發現缺陷后，能夠通過自主維修能力對部分發動機問題進行維修。
展開 鈦絲驅動應用案例（NiTiDrivetech）-仿生機器人-手
鈦絲驅動技術（nitidrivetech）目前已經在航空航天、醫療、無人機、手機、汽車、機器人等科技領域投入使用。
財哥將以往設計的一些應用案例公開分享給大家，方便大家一起學習和參考。希望大家能夠在自己的領域獲得一定的啟發和收獲。
仿生機器人
一、手的案例
1、結構設計
驅動介紹：
可以實現任意手指的萬向運動，完全模仿人手的靈活性，接觸力柔和可控，碰撞時可形變卸力，無剛性沖擊。
驅動原理：以鈦絲相變實現 “收縮 - 恢復”，連續柔順，可模擬肌肉蠕動 / 彎曲帶動手關節彎曲和伸展。
2、實物形態
覆膜一副硅膠仿真手套，就可以實現功能、外觀的仿生效果了。
3、驅動電路設計和控制
驅動原理：每個手指配置4線鈦絲驅動即可完全模仿人手的靈活性，共計20線，可以采用4*5或2*10路的矩陣掃描驅動方案，具體設計原理可以翻看財哥前面的驅動電路設計文章。
4、技術特點
材料本征驅動
通電加熱引發馬氏體→奧氏體相變，實現3%–5% 可控應變的直接收縮，無需中間傳動，從原理上簡化動力鏈。
無磨損驅動與超彈性
可承受百萬次循環無損傷，超彈特性在碰撞時可形變卸力，無剛性沖擊。
驅動與感知一體化
電阻隨相變過程實時變化，可直接作為內置位置 / 力傳感器，減少外部傳感配置，降低系統復雜度。
多單元協同易擴展
鈦絲可陣列化、串并聯組合，實現 “分布式肌肉驅動”，精準復現生物肢體的多自由度協同運動。
（本案例來源：深圳市鈦絲科技有限公司，如有侵權請聯系財哥刪除）
作者 財哥說鈦絲
展開 Adams仿生四足機器人
Adams仿生四足機器人建模相對簡單，其結果如下圖所示。
adams仿生四足機器人建模難點主要有兩點：
1.
各個關節處的驅動如何獲取
2.
四足與地面的接觸如何設置
1.要想獲取各個關節點的驅動，首先我們需要對四足機器人進行運動學分析。
機器人的運動學分析可以分為正、逆運動學分析。正運動學簡單來說就是已經關節驅動函數，求機器人位姿，逆運動學則相反。這一步通常在MATLAB里面求解。
四足機器人的步態有動靜步態兩種。靜態步態首先要滿足靜力學的條件，行走時單腿離地，其余三條腿支撐，機器人的重心始終位于其余三條腿所構成的三角區域內，動態步態則相反，機器人的重心始終位于其余三條腿所構成的三角區域外。
2.接觸設置如下，其具體參數可參考相關文獻，注意設置摩擦系數。
歡迎大家關注我的公眾號“有限元探索”
展開 王中林院士團隊AM：自供能仿生胡須，機器人的新一套環境識別系統
BWMR在機器人技術中用于環境和障礙物識別以及物體表面形貌掃描的應用展示。a）配備有BWMR觸覺系統的自動駕駛小車（AGV）的照片。b）靜電計采集電路及自動控制系統的示意圖。c）簡單的避障控制策略和軌跡，d）自動控制程序，以及e）在自動避障過程中靜電計采集電路獲取的傳感器的信號。f）機器人汽車掃描物體表面輪廓的照片，g）獲取的表面形貌數據，h）以及經過偽Wigner-Ville變換后的信號。
圖5. BWMR在機器人技術中用于震動監測和路面狀況感知的應用演示。a）配備BWMR觸覺系統的四足機器人的照片。b）當施加不同頻率的振動時，BWMR采集到的電壓信號的頻譜圖。c）蜘蛛通過腳上的震動探測器捕獲獵物的示意圖。d）仿生機器人感知物體靠近的照片，以及e）BWMR實時獲取的信號。f）蜘蛛通過感知腳下的壓力防止衰落的照片。g）仿生機器人感知其自身步態和路面狀況的照片，以及h）機器人行走時實時獲取的信號。
圖6. BWMR在工業領域中用于設備參數的指示和遠程監控。a）機電指示器用于速度、壓力和位移遠程監控和直接顯示的示意圖。b）BWMR作為指針的機電儀表用于遠程獲取其旋轉角度的示意圖。信號經過濾波及微分后，通過對峰值計數從而得到穩定的旋轉角度。c）當指針以不同的速度旋轉以及在兩個刻度之間振動時，BWMR儀表的產生的開路電壓及微分信號。正峰值和負峰值分別是順時針和逆時針旋轉產生的。由于電壓信號會存在基線漂移和信號波動，但經過微分處理后，信號穩定性會大幅度提高，具有更高的抗干擾能力。
展開 德國人又把仿生家族擴容了，這個世界太瘋狂了
德國人又把仿生家族擴容了，這個世界太瘋狂了
直觀學機械 今天
德國Festo（費斯托）這幾年一直致力于仿生機器人的研究，生生的給我們整出了一個動物世界，讓世人瞠目結舌。
仿生機械，顧名思義就是模仿生物的形態、結構和控制原理設計制造出的功能更集中、效率更高并具有生物特征的機械。
費斯托致力于仿生技術的研發，不僅是為了發掘自然的奧妙，更是為了借助仿生技術載體實現與自動機器人的協作，為未來的全新技術提供動力。這一干就是26年了。可以說給我們帶了一個仿生的動物世界。
從最新的這個家族的合影中我們發現了有兩處小變化，也正是今天咱們給大家展示的費斯托的最新兩個仿生機器人。
接下來將一一揭秘！
01
仿生雨燕
首先我們看一下BionicSwift仿生雨燕
仿生雨燕無需人工操控，便能完全協調地成群自主飛行。通過帶超寬帶技術（UWB）的室內無線GPS，仿生雨燕在障礙物視覺接觸中斷時，也能進行精確的識別位置。
仿生雨燕身長44.5cm，翼展68cm，重量只有42g，能靈活地在空域內以協調的方式自主控制飛行。
羽片采用超輕量化、高彈性、高強度的發泡材料，一根碳纖維翎羽管連接手翼和臂翼，相比之前的撲翼飛行器有著更好的飛行運動曲線。
在向上飛行時，每片羽毛會向外張開，讓氣流穿過翅膀，減少功耗。在向下飛行時，羽片向內收緊，增加BionicSwift的飛行力。
身上集成了緊湊的機械系統和電機，通過智能交互精確調節振翅的頻率以及各種機動飛行的升降舵。
展開 水下無人系統智能化關鍵技術發展現狀
水下仿生機器人可以模擬水下生物的形態，通常體積較小，能夠很好地在復雜水下環境中隱藏自己，保證存活；同時，它們使用仿生原理進行推進，能大大節省能源。這兩種特點使得水下仿生機器人能更長時間執行各種危險任務。此外，與傳統無人水下航行器相比，水下仿生機器人的制造成本也相對更低，具有高效的作戰效能。另一方面，水下仿生機器人通常體積較小，單個機器人的有效載荷少，所能執行的任務級別低。而水下集群技術的出現，可以有效彌補這一缺點。通過將整體任務進行分解，針對性地配置不同類型的仿生機器人執行不同子任務，使整個集群能夠完成各種復雜且危險的任務。而實現有效集群的關鍵在于可靠、實時的水下通信。如果無法實時有效通信，會極大影響集群的整體性能，單個機器人會無法及時上傳個體任務完成情況、確定當前集群的任務總進度以及更新任務目標，導致整個集群的任務失敗。綜上所述，未來水下無人系統智能化的關鍵將集中在水下通信技術、水下集群技術和水下智能仿生技術。
展開 未來機器人發展的重要趨勢之一：以柔克剛
其中工業柔性機器人是從制造業的角度定義的，專指運用機器視覺的六軸以上工業機器人，而生物柔性機器人則是從生物學角度來講的，主要指模擬生物柔性與靈活性創造的仿生機器人。
現有的柔性機器人雖然有著諸多優點，但由于大多處于實驗室階段，不少的產品還是半成品。比如有的產品在材料上仍在使用剛性材料，有的產品只是多個硬質單元組成的簡單結構，有的產品在外表柔軟性和連接平滑性上還存在諸多不足等等。總而言之，柔性機器人當前只是提供了一個行業發展的價值方向，未來還有一很長段道路需要走。
其行業發展難點為何？
那么，對于柔性機器人的行業發展來說，其本身的難點究竟是什么呢？針對這個問題，我們還需要從工業柔性機器人與生物柔性機器人兩個不同的角度來分析。
從工業柔性機器人來看，首要的技術難點可能是材料。因為要保障工業機器人的柔性化作業，打破人機關系間的“工業圍欄”，促進人機交互的安全、順暢進行，傳統的剛性連接器和外殼就無法繼續使用，通過3D打印等方式尋找新材料或是首要任務。
而從生物柔性機器人來看，驅動可能是主要難點，其次還有材料。仿生機器人主要模仿的不只是生物外形，還有材質、結構和運動方式，這既需要利用一些特殊材料來打造皮膚、肌肉等構造，也需要新的驅動方式來讓這些材料運動起來，相比于工業柔性機器人來說，其需要面對的難點更多更大。
但不管對于何種柔性機器人分類來說，對于新材料的研發探索都是必不可少的，可以說柔軟的材料就是機器人柔性化實現的基礎，未來能否在材料的尋找上取得突破，將決定著柔性機器人的發展能否走向成熟。
展開 
小米×DKE東方科脈聯合推出四足仿生機器人電致變色版CyberDog2
本次發布會新品齊聚，全新仿生四足機器人CyberDog2作為發布會“One more thing”驚喜登場，CyberDog2電致變色版更是獲得了大量的關注。
全新發布的CyberDog2在繼承前代產品優勢的基礎上，進行了全面的技術升級，更智能、更仿生。它配備了新一代小米自研高性能電機與全新升級的19組傳感器系統，在仿生動作和交互體驗上達到新高度，能夠更好地為用戶服務，真正實現四足科技伙伴走進生活、為人類創造更大價值的理想。
此外，小米持續堅持開源共創的策略，將CyberDog2的研發技術面向全球開源，備受關注的電致變色版CyberDog2便是DKE東方科脈與小米實驗室聯合研發推出，通過電子紙動態顯示的數字化科技改變傳統靜態顯示材料的設計局限性，實現更加豐富、更加自由、更加貼近用戶需求的交互。
DKE東方科脈表示，“小米電致變色版CyberDog2的發布是DKE首次將電子紙應用至智能機器人領域的經驗，也是電子紙顯示技術跨足科技領域的里程碑，這也代表了高品質、高標準的電子紙顯示技術成果獲得了業界的高度認可。作為全球電子紙產業鏈核心企業之一，我們將攜手合作伙伴持續深耕，推動電子紙與更多領域新業態的充分結合，以創新的電子紙顯示技術產品相伴隨行、開源共創，釋放創造力、成就無限想象。”
本次DKE東方科脈采用E Ink Prism 1電子墨水技術，它能經由任意形狀與圖紋設計切割，輕松與其他表面材料、結構、應用結合，通過訂制化與程序化設計，達到顏色之間的相互轉換，讓原本一成不變的表面產生色彩變化，耐水性、耐刮涂，應用在電子消費品、家居家電、建筑外觀、展覽裝飾等領域表面，滿足實用性的同時展現制造商、設計師、用戶無止盡的創意和可能。
展開 軟體機器人研究進展
化學反應驅動是一種特殊的驅動方式，借助機器人內部的微流道可以實現完全自主的運動。Wehner等[38]研發的世界上首款能夠自主移動的全軟體機器人Octobot，就是利用化學反應驅動的，如圖12所示。該機器人利用先進的3D打印技術獲得連通機器人8只觸手的氣液流體微孔道，注入體內的過氧化氫溶液在壓力作用下流過微孔道，當遇到機器人體內的鉑催化劑時，發生化學反應并釋放氣體，使通道體積膨脹發生變形，從而驅動機器人實現運動。Bartlett等[39]使用三維打印將多種材料融合在一起，建造了一個燃燒動力機器人，由丁烷和氧氣燃燒提供動力，該機器人能夠執行無繩跳躍。Loepfe等[40]開發了一種由無氧化亞氮-丙烷/丁烷氣體混合物燃燒驅動的完全不受束縛的軟體機器人，該機器人使用一個不倒翁的結構，每次跳躍后都能自動平衡到一個直立的狀態。化學反應驅動擺脫了外部連接裝置的束縛，實現了機器人的靈活性，但存在化學反應不可控的問題，隨著相關技術的成熟，此種驅動方式將會為軟體機器人的發展帶來突破性的進展。
圖12 全軟體機器人Octobot[38]
Fig.12 Full soft robot-Octobot
4 應用領域
4.1 仿生結構
軟體機器人的研究促進了仿生機器人的發展，使仿生機器人不再是純剛性材料。軟體動物身體柔軟內部沒有硬質骨骼的特性讓研究人員受到了啟發，推進了仿生機器人的發展。目前仿生機器人已經可以實現蠕動爬行、腿式爬行、噴射游動、魚形游動、蠕動等多種仿生運動。Rafsanjani等[41- 42]模仿m蛇爬行制作了一種纖維增強型彈性軟驅動器，如圖13(a)所示，它在充氣時軸向延伸，通過在執行器周圍包裹Kirigami皮膚以增強軟執行器的爬行能力，Kirigami皮膚是通過將一系列切口嵌入薄塑料片來制造的。
展開 以色列研發出全自主類蝙蝠機器人
而這款行走機器人的問世，無疑讓仿生機器人生態圈，再增一個新坐標。
本田新機器人：這貨竟然可以這么玩！
15年前，本田公司第一次向世界展示了自己的人形機器人ASIMO，其流暢的雙腳行走方式讓人為日本在仿生機器人領域所取得的進展感到驚訝。而經過這么多年的后續發展，ASIMO也早已具備了更多功能。
本田展示了一個最新版本的ASIMO機器人，其最大的亮點在于手部活動的突破。據介紹，新版本ASIMO的每只手都擁有13個自由運動軸，憑借這一點，它已經能夠成為一個合格的手語表演者。
同時，本田的研究人員還對ASIMO的下肢進行了改進，現在的新版本機器人擁有更好平衡性，能夠更快、更平穩的攀爬樓梯。
總的來說，ASIMO現在已經可以完成很多類似人類活動的工作，而本田的最終目標是讓他進入民眾家庭并承擔諸如幫忙照顧嬰兒、老人以及殘疾病人這樣日常工作，真正變成家里人的好幫手。
ASIMO罰點球的姿勢與人類非常相似
要控制ASIMO的行走姿態，工程師需要實現以下三個方面的控制：
1. 水平反應控制：在不平整的地面上運動時可以保持平衡。
2. 目標ZMP控制：當機器人不能站穩開始跌倒時，它可以向相反的方向調整自己的上半身位置以避免倒下。于此同時，它也會向前加快速度以快速平衡下降趨勢。
3. 步長位置控制：當目標ZMP控制激活時，它調整機器人的步長讓身體的姿態和運動速度和步長保持在正確的相對水平上。
另外，通過本田研發的I-Walk技術（智能實時靈活行走技術），ASIMO還實現了預測運動控制，讓ASIMO可以根據當前速度在轉彎前計算轉彎的向心力，并得出最佳的轉彎角度，避免機器人跌倒，因為這個過程是實時的，所以ASIMO可以不用停頓就完成轉彎過程，這一點目前絕大多數人類機器人都還無法辦到。
除了運動能力，本田也在不斷加強ASIMO對壞境的感知能力。
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