1.4 仿生机器人的分类

由仿生学的概念可知，仿生机器人就是模仿自然界中生物的外部形状、运动原理、行为方式、控制特点的、能从事生物特点工作的机器人。仿生机器人的分类方法很多，人们通常按仿生类型和工作环境两种方法进行分类。

1.4.1 按照仿生类型分类

按照仿生类型分类，可以分为生物机器人、仿人机器人和仿生物机器人三类。

1．生物机器人

生物机器人就是对活体生物进行人工控制所得的机器人，其核心技术涉及生物学、信息学、测控技术、微机电系统等多门学科[77]。日本东京大学曾切除蟑螂头上的探须和身上的翅膀，插入电极、微处理器和红外传感器，再通过遥控信号产生电刺激，使蟑螂向特定的方向前进。我国山东科技大学机器人研究中心的科研人员利用人工电信号控制家鸽的神经系统（如图1-67所示），使其能够按照人们发出的控制指令，准确完成起飞、盘旋、绕实验室飞行一周后落地等飞行任务[78]。

2．仿人机器人

顾名思义，仿人机器人就是模仿人类自身研制的机器人。作为万物之灵的人类一直都是科学家们重点研究的对象，更是科学家们研制机器人的最好参照。1968年，日本川崎重工业公司从Unimation公司引进了其机器人的生产特许证，从此日本机器人技术和产业开始发展起来[79]。由于日本战后劳动力严重不足，政府和民间都非常期待机器人能帮助解决“人荒”问题，于是格外重视仿人机器人的研发。1969年，日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出第一台利用双脚走路的机器人（加藤一郎长期致力于仿人机器人的研究，被誉为仿人机器人之父）。此后，日本本田公司和大阪大学联合推出P1、P2和P3型仿人步行机器人，将仿人机器人的研究推向一个崭新的高度，使日本仿人机器人研究走在世界前列[80]。在P3的基础上，本田公司又研制出了ASIMO智能机器人（见图1-68）。ASIMO 不仅作为形象大使陪同日本政要出国访问，受到过多国领导人的接见，并且IBM公司、日本科学未来馆等很多世界知名公司和展馆均向本田公司租用ASIMO作为形象代言人或贵宾接待员。ASIMO也曾“到访”过我国，参加过博览会的展出。

索尼公司也制作了QRIO仿人机器人（如图1-69所示）。QRIO能够双足行走、跳跃，甚至跑步；它不仅能避让障碍，而且即使跌倒了也能自己站起来。它掌握的词汇有20000个，还能记忆对话[81]。QRIO最吸引人的不是功能上的进步，而是它模拟了人类独有的“性格”。QRIO的4个型号拥有各自不同的性格：Ken属于对宇宙及科学感兴趣的知识探求型机器人，知识渊博且有独到的见解，特长为猜谜及健谈，具有与人自然交谈的能力；Audrey属于喜欢小孩子的稳重和蔼型机器人，特长为朗读连环画，具有使人开心的对话技巧；Charlie属于喜欢电影及音乐的逗人开心型机器人，特长为舞蹈与运动，能够全身协调地进行运动，可以随音乐起舞；Marco对时装及艺术感兴趣，活泼但“不够稳重”，属于活泼爱动型机器人，特长为唱歌，可以根据声音合成展示丰富的音乐内容。

法国Aldebaran Robotics机器人公司开发了仿人机器人NAO，如图1-70所示。2007年7月，NAO被RoboCup组委会选定为标准平台，并作为索尼机器狗爱宝（AIBO）的继承者[82]。

3．仿生物机器人

仿生物机器人就是模仿自然界的生物制作的机器人[83]。最著名的仿生物机器人就是索尼爱宝（AIBO）机器狗。

由于与自然界中的生物外形相似，仿生物机器人具有很好的隐蔽性，学术界尤其是军方非常重视仿生物机器人的开发研究工作。

1.4.2 按照工作环境分类

如果按照工作环境分类，仿生机器人主要分为陆地仿生机器人、空中仿生机器人、水中仿生机器人和两栖仿生机器人等。

1．陆地仿生机器人

陆地仿生机器人的研究工作开展得较早，仿生式的移动机构与传统的轮式机构相比具有无可比拟的优势。图1-71所示为一种可以穿越废墟、攀爬管道的蛇形机器人，这种蛇形机器人大部分由轻质的铝合金和工程塑料组成，最大直径也只有成人手臂大小[84]。该机器人配有摄像机和电子传感器，可以接受遥控指挥。它可以灵巧钻入塑料管道，也可以钻入废墟间的空隙，还可以在草丛中自由来去[85]。由于该机器人能够在坍塌的地震废墟中灵活穿梭，可以更快地找到幸存者，这为灾难救援工作带来了技术突破[45]。

2．空中仿生机器人

空中仿生机器人是一种具有自主导航能力、无人驾驶的，且具有一些生物特征的飞行器，如图1-72所示[86]。这类机器人活动空间大、运动速度快，居高临下而不受地形限制，在军事侦察、森林防火、以及灾难搜救中，应用前景极好。依据飞行原理的区别，可分为固定翼式空中仿生机器人、旋翼式空中仿生机器人和扑翼式空中仿生机器人。目前在国内外引起广泛关注的微型飞行器侧重于扑翼式空中仿生机器人（见图1-73）的研究。它模仿鸟类或昆虫的扑翼飞行原理，将举升、悬停和推进功能集于一个扑翼系统，可以用很小的能量进行长距离飞行，同时还具有较强的机动性和隐蔽性[87]。

3．水下仿生机器人

水下机器人由于其所处的特殊环境，在机构设计上比陆地机器人的难度大。在水中，深度控制、压力平衡、绝缘处理、防渗防漏、驱动调节、周围模糊景物识别等诸多方面的设计均需考虑[88]。以往的水下机器人多采用鱼雷状外形，用涡轮机驱动，具有坚硬的外壳以抵抗深水压力。后来，人们通过仿生学研究，将鱼类的推进方式引入到水下机器人驱动系统的设计之中，并使之成为人们研制新型高速、低噪声、机动灵活的水下机器人模仿的对象[89]。现在，仿鱼推进器的效率可达到70%~90%，与水的相对速度比螺旋桨推进器小得多，有效地解决了噪声问题。一些水下仿生机器人（如图1-74所示）的灵活性远远高于现有的潜艇，几乎可以到达水中任何区域。