外文翻译--仿生物脊柱的人形机器人Robota的设计 中文版.doc

外文资料名称：DesignofaBiomimeticSpinefortheHumanoidRobotRobota外文资料出处：IEEE/RAS-EMBSInternationalConferenceonBiomedicalRoboticsandBiomechatronicsPisa,Italy,February20-22,2006附件：1.外文资料翻译译文2.外文原文指导教师评语：签名：年月日1仿生物脊柱的人形机器人Robota的设计洛伦佐,佛罗里特,安德里亚谭艳译摘要：本文描述了有3个自由度的娃娃形的Robota机器人。这项工作强调人行机器人必须有人的外部特征和人机性能，其目的是为了提高人机的互动。设计一个仿人脊髓的机器人要满足脊椎设计要符合能提供仿人形机器人能顺利像人一样前进，侧身弯曲。索引指出-仿生物脊柱，仿人形躯干1引言Robota项目设计了一系列的模仿具有人的特点的机器人12。自从1998以来，Robota设计部分是被用作研究孤独症孩子3，4。这些研究相比人类的特性可能在孤独症孩子兴趣上有所相同。因此，表达人类的特征，机器人的身体特性和机器人的行为特征，在Robota的设计中有一个长期的关键约束。Robota当前的模型，我们在这里(参见图1)描述，将找到有关人类机器人作用在各种各样的工作中的一项应用，在我们的实验室里实施，参见56。在8中，我们提出一种机器人模型，其手臂有7个自由度，为了拓宽视野眼睛有3个自由度。在本文中我们介绍了有关节脊椎的机器人的近来发展情况，使其赋有与人类相似的运动。我们在设计各阶中都做了相关的报告，花费了很多时间来设计解决方案。虽然在理论上可行，但在实践中出现一些不符合实际的情况。尽管这比较罕见，我们相信文献只趋向于对加工的最终模型进行发表。在某些情况下，不能实行的解决方案也是有教育意义的，特别是这些方案在设计中被证明是错误的情况下。2产品现状从越来越多的机器人研究来设计仿人机器人。但是，这些作品绝大多数遵循一个相对标准的驱动方式来设计机器人的躯体。这样的例子包括:本田机器人ASIMO9，索尼的Q-RIO10等。所有这些，一般有两个自由度。而仿人机器人有3个自由度。但更多数的解决办法遵循了仿生设计。比如，CLA和KENTA15、16机器人，是在东京大学开发的，它们提供两个脊椎关节，模仿人体脊柱。人脊椎有重叠的24个腰椎。每个椎骨之间是一种减振器，不断与骨头相碰，每个椎骨由其持有的韧带群。脊柱关节也称为节点，椎关节连结在一起，使他们之间有灵活性。2平均运动范围有正负30度的屈伸，正负40度收展和30度的旋转。图1ROBORTA目前机样图2老师在演示有弯曲躯干的仿人机器人KENTA机器人的脊椎骨由10个节点3自由度关节组成，大体模仿人体的脊椎椎体。40个驱动器用来驱动控制脊柱(见15)。CLA机器人，脊椎关节灵活分为五层，他们隔着一层橡胶。杳与脊柱的天然橡胶的弹性变形约束和预处理一个侧面，这种平衡点就在于垂直直线位置。8个电缆与驱动器之间有筋锁骨和骨盆将整个脊椎连在一起(见15)。而这些在许多方面都是最好的腰杆设计，Robota适合小型机器人并不需要太多的驱动和身体的。这里也存在其他机器人，这些机器人不具有人的特点，例如克莱姆森大学17的各种各样象蛇一样的机器人的躯干(例如18，19)，这些提供有趣的解决办法。克莱姆森大学的大象的躯干用二自由度关节将磁盘驱动连在一起。这些磁盘驱动用电缆来驱动系统主干。在两盘之间，当躯干在一个笔直的位置中时共有4个弹簧创造一个平衡点。像蛇一样的机器人在上面用气动的泵驱使。机器人18的圆盘驱动每个之间由三个气动组成。Omnitread机器人19，通过各支柱控制其不同的部分。两个部分之间，有一个气动和2个自由度联合。这些机器人提供有趣味解决方案，尤其是在其驱动系统。然而，这些机器人被用来水平地支持一种低的装载的结构，因而，它们的脊梁像两条腿一样站立，具有人的特点的机器人，不被用来在高的压缩下面工作。3图5用万向压缩弹簧连接两椎体保证其稳定图6用万向压缩弹簧连接两椎体保证其稳定3机械设计Robota工程的设计涉及了一系列多自由度娃娃型仿人形机器人，身体特征相似人类婴儿。Robota的项目是机器人研究的一个潮流，强调需要一些机器人承担人类的身体特征和容貌，以及其提案提高人体运动学功能增强了人机间的互动。例如:20，21，22，23。如上面所说使用Robota机器人作为研究与儿童孤独症3有多项限制，其设计包括其规模小，重量轻，其特点是成本低，熟悉和审美。为了保证Robota机器人的整体美感，我们采取了参考的平均尺寸60公分的商业玩具，（见图3）最大重量4千克。这些限制都被用作设计Robota模型，例:7个自由度手臂、3个自由度的眼睛和3个颈部自由度8，24。设计脊椎骨有下列条件被限制:1)脊椎必须足以支持负重达近2千克(见图12)。2)脊椎骨必须足以满足小，圆柱体直径120毫米、高210毫米。3)重量不得超过1.2千克。4)驱动最多三个马达，廉价和易于控制的一种控制器(袖珍型)。5)脊柱弯曲必须能够提供每个方向角度正负40度。尽管有几种人形脊椎的机器人，见15，16并已经介绍，但没有适合上列因素。KENTA机器人的脊椎骨太大并有有太多驱动。CLA用于解决更为相关的问题。但是还有太多的驱动器，它不适合进行负荷为2千克的机器人，导致头部屈曲的问题，所有部件重要支撑负荷(四肢关节总量比例)仍小是一个巨大的挑战(适合在娃娃身