仿生技術(shù)論文
隨著人們對(duì)生物體認(rèn)識(shí)的深入，借助于生物的特性與功能的研究，仿生技術(shù)也將會(huì)有更加廣闊的前景，學(xué)習(xí)啦小編整理的仿生技術(shù)論文，希望你能從中得到感悟!
仿生技術(shù)論文篇一
仿生技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用探討
摘要：隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷升級(jí)發(fā)展，我國各領(lǐng)域的技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，機(jī)械制造作為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，自然在技術(shù)上也得到了長(zhǎng)足發(fā)展，其中仿生技術(shù)在機(jī)械制造中運(yùn)用廣泛，機(jī)械制造在新技術(shù)的運(yùn)用方面取得了突破性進(jìn)展。本文綜述了仿生技術(shù)的發(fā)展，并從外形仿生技術(shù)、功能仿生技術(shù)、結(jié)構(gòu)仿生技術(shù)等三個(gè)方面，結(jié)合實(shí)例，進(jìn)行應(yīng)用探析，展現(xiàn)出仿生技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用潛力和新技術(shù)的無限魅力。
關(guān)鍵詞：仿生技術(shù);機(jī)械制造;應(yīng)用
隨著人們對(duì)生物體認(rèn)識(shí)的深入，借助于生物的特性與功能的研究，仿生設(shè)計(jì)也將會(huì)有更加廣闊的前景，通過研究、學(xué)習(xí)、模仿來復(fù)制和再造某些生物特性和功能，來改進(jìn)現(xiàn)有的或創(chuàng)造新的機(jī)械制造。將生物系統(tǒng)的優(yōu)異功能運(yùn)用于新技術(shù)設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造，或者使機(jī)械操作技術(shù)系統(tǒng)具有類似生物系統(tǒng)。同時(shí)也提高人類對(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。仿生技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用分析對(duì)機(jī)械制造的進(jìn)步具有重要意義。
一、仿生技術(shù)的發(fā)展概述
仿生技術(shù)是一項(xiàng)新的技術(shù)，主要目的是實(shí)現(xiàn)特定功能，它是根據(jù)生物體系的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、能量轉(zhuǎn)換與信息傳遞過程，系統(tǒng)地運(yùn)用相互交叉和相互滲透的理論知識(shí)與技術(shù)手段，它涉及到信息科學(xué)、物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、工程技術(shù)學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)甚至經(jīng)濟(jì)學(xué)等多學(xué)科，采用最廣泛地運(yùn)用類比、模擬和模型方法的模仿科學(xué)。20世紀(jì)仿生技術(shù)研究廣泛應(yīng)用在高科技領(lǐng)域，包括機(jī)械、航天航空等。仿生科學(xué)的突出成就是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展推動(dòng)下出現(xiàn)的各種各樣機(jī)器人的設(shè)計(jì)制造和應(yīng)用，這是宏觀仿生技術(shù)指導(dǎo)下取得的成果。越來越多的學(xué)者開始研究仿生技術(shù)，涉及到機(jī)械仿生、能量仿生、化學(xué)仿生、信息與控制仿生和食品仿生等諸多領(lǐng)域的研究。機(jī)械仿生是由多種學(xué)科相互滲透、結(jié)合而成的一門邊緣學(xué)科。其主要研究領(lǐng)域有生物力學(xué)、控制體和機(jī)器人。研究課題包括擬人型機(jī)械手，步行機(jī)、假肢以及模仿鳥類人的各種機(jī)械。仿生技術(shù)在機(jī)械制造中得到了廣泛應(yīng)用，在機(jī)械制造過程中借助于仿生學(xué)設(shè)計(jì)原理，仿照生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)或機(jī)能特點(diǎn)，設(shè)計(jì)制造用于特殊目的的“功能器件”，開發(fā)現(xiàn)代機(jī)械化仿生技術(shù)與仿生裝備研究意義是極其重大的。因此，在機(jī)械制造的應(yīng)用中展示出仿生技術(shù)在研究領(lǐng)域中巨大的潛力和無限的魅力。
二、仿生技術(shù)在機(jī)械制造的應(yīng)用
仿生技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在外形仿生技術(shù)、結(jié)構(gòu)仿生技術(shù)、功能仿生技術(shù)的應(yīng)用，下面逐個(gè)進(jìn)行闡述。
1、外形仿生技術(shù)的應(yīng)用。外形仿生技術(shù)是研究和模擬生物機(jī)體外部。目能我國外形仿生技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域的研究與開發(fā)水平己處于國際領(lǐng)先水平，尤其是農(nóng)業(yè)機(jī)械制造方面。我國著名農(nóng)機(jī)專家陳秉聰院士和我國首位仿生技術(shù)領(lǐng)域院士任露泉等多位學(xué)者共同努力下，模擬蛻螂頭前部的外形結(jié)構(gòu)、泥鰍蠕動(dòng)行走方式和生物彈性等生物外形特征研制出仿生推土機(jī)、仿生鏟斗、仿生犁等仿生農(nóng)機(jī)具。隨著人類社會(huì)的進(jìn)步， 仿生機(jī)械已經(jīng)進(jìn)入人類各種生活和和工作中。根據(jù)手的外形功能， 將杯裝飲料機(jī)的機(jī)械手設(shè)計(jì)成關(guān)節(jié)型多指手機(jī)構(gòu)，采用雙曲柄機(jī)構(gòu)保證機(jī)械手靈活和可靠， 在性能上滿足實(shí)際應(yīng)用要求。在機(jī)械制造中，外形仿生技術(shù)的應(yīng)用，提高了機(jī)械的運(yùn)用效率。
2、結(jié)構(gòu)仿生技術(shù)的應(yīng)用。結(jié)構(gòu)仿生是通過研究生物肌體的構(gòu)造，然后建立一部分類似生物的機(jī)械設(shè)備，使功能上于生物結(jié)構(gòu)相似。由于自然界中生物體表組織經(jīng)過千百萬年的進(jìn)化，依靠了生物體自身生長(zhǎng)機(jī)制與生存環(huán)境長(zhǎng)期作用，使其相成了非常獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能。從生物體表組織獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能獲得結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)理念的啟發(fā)，根據(jù)生物體的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能原理，研究新機(jī)械制造以改造現(xiàn)有的自動(dòng)控制系統(tǒng)。研究者運(yùn)用結(jié)構(gòu)特征為機(jī)械仿生制造提供了最佳的包括宏觀和微觀的結(jié)構(gòu)原形。例如，蜂巢六角柱狀結(jié)構(gòu)是一種經(jīng)濟(jì)省料的形體， 飛行器擬蜂巢夾層設(shè)計(jì)， 既增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度， 又節(jié)省材料、 減輕重量。仿蜂巢復(fù)合紙板具有特別用處，吸音、 隔熱、 防潮效果好，它能夠代替木板作高檔貴重物品或易碎商品的包裝，立面抗壓而重量輕。結(jié)構(gòu)仿生模仿生物特殊的結(jié)構(gòu)，是機(jī)械制造得到良好的設(shè)計(jì)和發(fā)展。
3、功能仿生技術(shù)應(yīng)用。功能仿生通過神經(jīng)系統(tǒng)和感覺器官的功能仿生設(shè)計(jì)制造出機(jī)械工具，使人造的機(jī)械具有或能夠部分實(shí)現(xiàn)如感知、運(yùn)動(dòng)、操作、思維等高級(jí)動(dòng)物豐富的功能。為了研制的六腳機(jī)器人彌補(bǔ)輪式拖拉機(jī)山路不便行走的缺陷，研究者以螃蟹為生物模型設(shè)計(jì)出了一款具備螃蟹運(yùn)動(dòng)的靈活、穩(wěn)定和高效率特性的機(jī)器人。這款功能仿生機(jī)器人能穩(wěn)定、迅速的到達(dá)目標(biāo)區(qū)域，也是以基因工程、細(xì)胞工程等為標(biāo)志可輕松的越過障礙和裂縫。此外，仿生精確機(jī)械化工具和高度自動(dòng)化技術(shù)將獲得突破性進(jìn)展。有學(xué)者就提出了仿生鉆頭的想法，設(shè)計(jì)一種仿生鉆頭，希望能夠解決鉆探工作的一些問題，能夠幫助到鉆探工作者解決鉆頭泥包問題。在運(yùn)用仿生技術(shù)中，仿造穿山甲鱗片的鉆頭體表面，加上仿造穿山甲爪趾的切削齒，這樣的機(jī)械設(shè)計(jì)可以減粘降阻脫附，在泥質(zhì)巖中鉆進(jìn)時(shí)可以有效地防止鉆頭泥包現(xiàn)象及提高機(jī)械鉆速。我們還能根據(jù)人體的特點(diǎn)在機(jī)械制造中設(shè)計(jì)獨(dú)特的機(jī)器，比如說上肢結(jié)構(gòu)原理，提出一種上肢仿生機(jī)構(gòu)，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，為制造出靈巧方便的上肢仿生機(jī)構(gòu)提供了理論依據(jù)。
三、總結(jié)。在機(jī)械制造運(yùn)用仿生技術(shù)，使仿生機(jī)械產(chǎn)品具有較好的功能和社會(huì)效益。目前國內(nèi)外對(duì)仿生機(jī)械設(shè)計(jì)的研究也取得了很大進(jìn)展。在機(jī)械設(shè)計(jì)上還需要不斷創(chuàng)新，不拘于生物能力的模仿。因此，仿生技術(shù)必將通過現(xiàn)代生物技術(shù)、現(xiàn)代信息技術(shù)的延伸和擴(kuò)展，同時(shí)，仿生技術(shù)的運(yùn)用成果可以推動(dòng)生物學(xué)科學(xué)科的進(jìn)步。仿生技術(shù)成為現(xiàn)代機(jī)械化的核心技術(shù)，在研究領(lǐng)域中占有重要地位。本文主要對(duì)外形仿生、結(jié)構(gòu)仿生、功能仿生等方面進(jìn)行分析探討，希望從這些仿生技術(shù)的應(yīng)用中，得到啟示，要更加注重對(duì)仿生技術(shù)的研究，這對(duì)于機(jī)械制造的發(fā)展具有積極作用和現(xiàn)實(shí)意義。
參考文獻(xiàn)：
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仿生技術(shù)論文篇二
智能機(jī)器人視覺仿生技術(shù)研究綜述
摘要：機(jī)器人視覺仿生技術(shù)是機(jī)器人視覺控制領(lǐng)域的新熱點(diǎn)。本綜述在詳細(xì)分析了靈長(zhǎng)類動(dòng)物眼球運(yùn)動(dòng)的形式和特點(diǎn)基礎(chǔ)上，對(duì)國內(nèi)外應(yīng)用生物眼球運(yùn)動(dòng)控制機(jī)理來構(gòu)建仿生機(jī)器視覺的研究現(xiàn)狀、存在的問題及未來發(fā)展趨勢(shì)做了全面綜述，并針對(duì)目前機(jī)器人視覺仿生面臨的技術(shù)難題，提出了開展視覺仿生研究的新思路和新構(gòu)想。
Abstract： Robot vision bionic technology is the new hot shot in robot vision control area. In this review， based on a detailed analysis of primate eye movement forms and characteristics， the domestic and international research status of building bionic vision with the biological eye movement control mechanism， the problems and future trends are reviewed comprehensively， and new ideas for the visual bionic research are proposed for the current technical problems of robot vision bionic.
關(guān)鍵詞： 視覺仿生;仿生眼;機(jī)器人
Key words： bionic vision;bionic eye;robots
中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311(2013)26-0195-02
0 引言
智能機(jī)器人是指：具有感知、識(shí)別、推理和決策能力，并且能獨(dú)立執(zhí)行任務(wù)的機(jī)器人。感知和識(shí)別技術(shù)是智能機(jī)器人最為關(guān)鍵的技術(shù)。研究最多的是基于視覺傳感器的感知技術(shù)。比如美國波士頓動(dòng)力公司研制的Big-Dog、Alpha-Dog、Little-Dog等系列四足機(jī)器人，采用立體視覺作為對(duì)環(huán)境進(jìn)行識(shí)別和感知。意大利IIT大學(xué)研制的HyQ[2]機(jī)器人能夠在復(fù)雜地形條件下高速移動(dòng)，都不同程度地利用視覺實(shí)現(xiàn)感知。盡管如此還是滿足不了人們對(duì)智能“雙眼”的追求，假如能給智能機(jī)器人配備一雙智能雙眼，使其能像人類一樣感知和獲取環(huán)境信息、快速準(zhǔn)確地切換視眼和跟蹤目標(biāo)，是人類對(duì)智能機(jī)器人夢(mèng)寐以求的愿望。為此，人們采用多種基于計(jì)算機(jī)視覺的方法和手段來構(gòu)建初步具備“視覺”功能的視覺系統(tǒng)。但目前智能機(jī)器人“眼睛”的功能還是比較低級(jí)，特別是在雙目協(xié)調(diào)、以及對(duì)突然變化或事先未知的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤、大視野與精確跟蹤之間的矛盾以及由于震動(dòng)引起的視線偏離補(bǔ)償?shù)确矫娴膯栴}到目前都沒得到很好的解決。近年來，視覺仿生成為前沿交叉學(xué)科的研究熱點(diǎn)。
由于生物視覺經(jīng)過千百萬年的進(jìn)化已具有極其發(fā)達(dá)和完善的內(nèi)外環(huán)境適應(yīng)能力。根據(jù)模擬生物視覺不同的功能表現(xiàn)及不同的應(yīng)用場(chǎng)合，視覺仿生的研究可歸納為兩大方面：一是從視覺感知、認(rèn)知的角度進(jìn)行研究;二是從眼球運(yùn)動(dòng)、視線控制的角度進(jìn)行研究。前者國內(nèi)外都有大量的研究方向和成果，主要研究視覺感知機(jī)制模型、信息特征提取和處理機(jī)制以及在復(fù)雜場(chǎng)景中目標(biāo)搜索等。而后者是根據(jù)人類和其它靈長(zhǎng)類動(dòng)物的眼球運(yùn)動(dòng)控制機(jī)理來構(gòu)建智能機(jī)器人的“眼睛”，實(shí)現(xiàn)生物眼的多種優(yōu)異功能。
1 人類眼球運(yùn)動(dòng)的形式及特點(diǎn)
1.1 掃射與平滑追蹤運(yùn)動(dòng)
掃射是當(dāng)雙眼自由地看周圍環(huán)境是，視線很快從一個(gè)注視點(diǎn)轉(zhuǎn)向另一個(gè)注視點(diǎn)。其潛伏期一般為200～250m/s，速度約為400b/s。Young等最早建立了掃視采樣模，輸入輸出分別為目標(biāo)位置和眼球位置，Robinson修改了Young的模型，模擬大腦并行處理特性。當(dāng)前眼位與目標(biāo)位置之差經(jīng)過脈沖發(fā)生器進(jìn)入并行通路，經(jīng)積分器后產(chǎn)生位置信號(hào)，與MLF直接通路共同作用于眼球運(yùn)動(dòng)裝置，產(chǎn)生掃射運(yùn)動(dòng)。平滑運(yùn)動(dòng)與掃射不同，屬于眼球運(yùn)動(dòng)速度的連續(xù)負(fù)反饋系統(tǒng)，兩者發(fā)生的時(shí)間是獨(dú)立的。當(dāng)眼球追蹤一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體時(shí)所發(fā)生的運(yùn)動(dòng)，使視線平滑地跟蹤目標(biāo)。
1.2 反射性眼球運(yùn)動(dòng)
從驅(qū)動(dòng)眼動(dòng)的動(dòng)力源來分的話，眼球運(yùn)動(dòng)有與注意有關(guān)的眼動(dòng)(如saccades、smooth pursuit、vergence)和與頭動(dòng)相關(guān)的眼動(dòng)(即反射性眼動(dòng)如VOR 和 OKR)兩類。2005 年，Merfeld和 Ramat 分析了利用仿生機(jī)器人 iCub robot 對(duì)兩種常見的 VOR 模型進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)，分析了小腦在自適應(yīng)特性及圖像穩(wěn)定中的重要作用。2007年Ojima指出，生物眼球運(yùn)動(dòng)具有典型的自適應(yīng)控制機(jī)制，能夠根據(jù)環(huán)境變化立即做出相應(yīng)的變化和適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)，受此啟發(fā)，提出一種非線性耦合神經(jīng)振蕩器網(wǎng)絡(luò)模型及空間-時(shí)間學(xué)習(xí)算法，獲得了平滑追蹤中指令信號(hào)與運(yùn)動(dòng)增益及相位滯后的關(guān)系，建立的平滑追蹤VOR 復(fù)合模型，改善了目標(biāo)跟蹤特性。
1.3 注視轉(zhuǎn)移中頭眼協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)
2009 年后，人們提出了頭眼協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的最優(yōu)控制方法，運(yùn)用最優(yōu)控制理論研究了頭眼運(yùn)動(dòng)與注視轉(zhuǎn)移的關(guān)系，提出頭眼運(yùn)動(dòng)最小貢獻(xiàn)力為準(zhǔn)則的最優(yōu)控制方法，并轉(zhuǎn)化為求解兩點(diǎn)邊值問題的微分方程組，仿真結(jié)果印證了“頭、眼分別受控制于不同的控制器”的結(jié)論。但該研究提出的模型不具備生物的自學(xué)習(xí)機(jī)能，在此基礎(chǔ)上提出了一種自學(xué)習(xí)最優(yōu)控制模型，在注視轉(zhuǎn)移過程中自適應(yīng)調(diào)整控制器參數(shù)，對(duì)于再現(xiàn)生物頭眼協(xié)調(diào)特性更近了一步。通過分析視覺重定位中頭、眼運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提出建立頭眼協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)模型還須考慮一些尚未解決的問題。進(jìn)一步研究導(dǎo)致這些現(xiàn)象的神經(jīng)機(jī)制，才能揭示各運(yùn)動(dòng)子系統(tǒng)之間相互協(xié)調(diào)的本質(zhì)。
1.4 固視微動(dòng)
人眼在注視靜止目標(biāo)時(shí)，眼球仍處于高頻率無意識(shí)的振動(dòng)之中，一旦振動(dòng)停止，成像就會(huì)變得模糊，這種振動(dòng)保證了圖像的獲取質(zhì)量。人眼的微動(dòng)機(jī)制啟發(fā)人們?nèi)ツM眼球振動(dòng)來改善圖像質(zhì)量。當(dāng)人眼凝視靜止物體時(shí)，眼球自身的震顫(固視微動(dòng))具有突出物體邊緣的作用且包含深度信息。東京工業(yè)大學(xué)張曉琳先后建立了單眼和雙眼的水平眼球微動(dòng)控制系統(tǒng)的模型，使眼球微動(dòng)模型可以用于機(jī)器人眼的設(shè)計(jì)制造和控制上，并在此基礎(chǔ)上制作了一對(duì)具有與雙眼微動(dòng)控制系統(tǒng)模型相同的機(jī)器人眼實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。事?shí)上，生物眼球運(yùn)動(dòng)在大多數(shù)情況下是包含上述多種運(yùn)動(dòng)成分的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。此外，人們還研究了眼球運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中神經(jīng)積分器的作用、眼球運(yùn)動(dòng)的腦干控制機(jī)理，眼球運(yùn)動(dòng)與感知，以及眼球-頭頸的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性等，仿生眼的研究在國外成為前沿研究熱點(diǎn)。 2 仿生視覺面臨的問題及對(duì)策
目前機(jī)器人眼的研究多是基于工學(xué)方法，利用左右攝像機(jī)獲得目標(biāo)圖像分別進(jìn)行處理，左右眼和頭頸缺乏協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)機(jī)制，在雙目、頭眼協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)、視線偏離補(bǔ)償、不確定目標(biāo)追蹤等方面存在諸多技術(shù)障礙，采用仿生技術(shù)是尋求解決這些問題的重要途徑。
2.1 建立完善的仿生眼模型
基于國外生理學(xué)研究成果，采用工程仿生學(xué)和控制理論相結(jié)合的方法，將視覺控制生理模型轉(zhuǎn)化為工程技術(shù)模型，實(shí)現(xiàn)生物視覺的優(yōu)異性能，從根本上解決機(jī)器視覺面臨的技術(shù)難題，是智能機(jī)器人研究的重要方向。目前文獻(xiàn)中的仿生眼模型只模擬了人眼的一種或兩種運(yùn)動(dòng)，且多為單眼或雙眼一維水平運(yùn)動(dòng)。普遍采用掃視與平滑追蹤分離的機(jī)制，難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種眼球運(yùn)動(dòng)。進(jìn)一步研究各種眼球運(yùn)動(dòng)之間的內(nèi)部關(guān)聯(lián)與神經(jīng)機(jī)理，建立多自由度非線性仿生雙眼運(yùn)動(dòng)模型，同時(shí)實(shí)現(xiàn)掃視、平滑追蹤、異向運(yùn)動(dòng)和反射運(yùn)動(dòng)等多種眼球運(yùn)動(dòng)，尚需進(jìn)行大量的研究。
2.2 引入生物神經(jīng)控制機(jī)理
當(dāng)進(jìn)行大幅度視線轉(zhuǎn)移時(shí)，機(jī)器人的關(guān)節(jié)冗余需要有效地協(xié)調(diào)頭部和雙目的運(yùn)動(dòng)。目前提出的頭眼協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)及學(xué)習(xí)算法多是基于水平方向的二維頭眼系統(tǒng)，雖有學(xué)者提出3D頭眼協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制算法，但采用的是先雙目聚焦，再轉(zhuǎn)動(dòng)頭部，后做眼睛補(bǔ)償?shù)?ldquo;分時(shí)”“分段”執(zhí)行方法，并未真正實(shí)現(xiàn)頭眼同時(shí)轉(zhuǎn)向目標(biāo)中的協(xié)調(diào)控制。目前3D頭眼協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)仍是一項(xiàng)有待突破的技術(shù)難關(guān)。從生物頭眼協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)中獲取靈感，研究靈長(zhǎng)類動(dòng)物頭、眼和身體協(xié)調(diào)組合完成視線轉(zhuǎn)移的神經(jīng)控制機(jī)理，設(shè)計(jì)雙目頭頸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制算法，解決機(jī)器人3D頭眼協(xié)調(diào)控制問題不失為一條重要的研究途徑。
2.3 研究人眼跟蹤目標(biāo)的機(jī)理
機(jī)器人“眼”的重要功能之一是視覺跟蹤，目前常采用視覺伺服反饋控制的方法，但對(duì)于突然、快速變化以及行蹤無常的目標(biāo)，常出現(xiàn)目標(biāo)丟失、跟蹤失敗的現(xiàn)象。人眼在跟蹤變化無常的目標(biāo)中表現(xiàn)出的非凡才能源于其視覺系統(tǒng)中眼球快速掃視和慢速平穩(wěn)追隨之間的協(xié)調(diào)配合和實(shí)時(shí)切換。深入研究人類眼球運(yùn)動(dòng)模式自動(dòng)切換快速準(zhǔn)確跟蹤目標(biāo)的神經(jīng)生理機(jī)制，將視覺跟蹤中掃視(saccade事件驅(qū)動(dòng))和平穩(wěn)追隨(smooth pursuit，速度連續(xù)驅(qū)動(dòng))模式的切換看作混雜系統(tǒng)的自適應(yīng)最優(yōu)控制問題加以研究，以期解決隨意性運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤的快速性和準(zhǔn)確性問題。其中兩種模式之間的最佳切換時(shí)機(jī)和預(yù)測(cè)算法是研究的關(guān)鍵技術(shù)。
2.4 模擬人類反射性眼球運(yùn)動(dòng)機(jī)理
機(jī)器人在顛簸路段行走或在復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中作業(yè)時(shí)，自身機(jī)體振動(dòng)或姿態(tài)發(fā)生變化會(huì)引起較大的視線偏離。通常采用圖像處理(特征提取、目標(biāo)檢測(cè)與匹配、空間位置計(jì)算等)的方法來調(diào)節(jié)伺服機(jī)械云臺(tái)，但補(bǔ)償范圍小，圖像穩(wěn)定性差，尚無解決大視線偏離的辦法。人眼具有很強(qiáng)的自適應(yīng)和自調(diào)節(jié)功能，當(dāng)頭部和身體姿態(tài)發(fā)生變化或背景動(dòng)態(tài)變化時(shí)，仍能清楚地注視和跟蹤目標(biāo)，緣于其前庭動(dòng)眼反射(VOR)和視動(dòng)反射(OKR)機(jī)能。研究人類反射性眼球運(yùn)動(dòng)機(jī)理，建立由基于視網(wǎng)膜滑動(dòng)信息的反饋控制器和基于前庭輸入的前饋控制器組成的自適應(yīng)VOR-OKR模型，主動(dòng)補(bǔ)償由機(jī)器人姿態(tài)本體變化引起的視覺誤差，解決機(jī)器人大范圍視覺偏差補(bǔ)償問題。
3 結(jié)論
機(jī)器人的視覺技術(shù)是機(jī)器人的共性技術(shù)，也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。仿生型機(jī)器人眼運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)使機(jī)器人眼具備人眼的諸多特殊自然功能，將其投入機(jī)器人產(chǎn)業(yè)應(yīng)用將開創(chuàng)仿生學(xué)在機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域嶄新的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)：
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