1、但是从小型化和控制方面来看不适于机器人。使用电机作驱动源很难达到与动物同等运动性能的目标。因此，M.H.Raibert在研究模仿动物动态运动时他的单腿跳跃机器人采用液压驱动解决了问题。 （2）能量 目标轨迹追踪控制或者力矩（转矩）控制是目前多被用于机器人的控制手法。可是，伴随着轨迹准确追踪能被实现的另一方面，电机消耗能量成为大问题。高密度的电池开发正在进行，但是能够保证正常工作时间的很少。生物的运 动巧妙地利用重力和共振，从而减少其能量消耗。它不单单是驱动各关节，有时是非驱动的，利用重力等外力几乎使之自由运动，通过共振作用来增加振幅。有人将这些原理的机构及控制手法应用于机器人，研究并实现高效率
2、运动控制。例如，就双足步行动作，McGeer制作了没有驱动器的步行机，实现了一边下坡一边步行动作。此外，这种被动步行（PassiveWalking）、在关节施加一定的力矩时的步幅的变化、以及周期性的Chaos变化等也被研究了。 （3）机构 动物的筋肉收缩时作为驱动系统工作，伸展时仅作为弹性要素被动工作。因此，不总是主动控制/驱动关节，有时利用重力等自由运动来减少能量损耗。具有与动物的筋肉产生相同的驱动力矩、而且非驱动时完全自由动作等特性的驱动器重量将变得很重离合器。此外，动态运动与被形态和重力支配的机构固有振动模型有相当大的关系。因此，关于动物有利于其运动的机构（长度、质量分布）的报告出现了。
3、其中指出，有关人与猴子在躯体与脚长比、质量分布等数据表明：人易于双足步行，而猴子更易于攀援树枝。对于机器人也同样，也需要实现目标动作的合理质量分布。因此，用较少的能量，既可准确控制又能劣驱动关节控制的机器人是可能的。但是，驱动器的质量、及其搭载性问题等。 （4）柔软性 生物的关节以及骨骼在生物与物体发生撞击时，能起到减缓冲击力，吸收能量的作用。用金属做成机器人的情况下，要想使其自身来具有这样的缓冲特性是很难的，虽然可以通过阻抗控制让各驱动关节具有任意的动态特性的方法来解决，但从采样实时等方面来看，对于造成冲击的外力很难得到充分的响应特性。此外，与采用柔软材料可以减缓冲击力的优点相反，因为柔软材
4、料的形变，自身位置控制又变得十分困难。 （5）控制 控制对象通常为多杆件系统，不只非线性强，而且在与环境接触的情况下，系统杆件结构也发生变化。例如，体操比赛和跳高比赛，运动员跳向空中时刻，来自环境的约束没有了，系统的结构发生变化了。还有，运动员在空中进行姿势控制时，结构上为劣驱动系统。在这样的动态系统中，系统具有的特性发生了很大的变化，因此其控制方法也需要相应地改变。诸如跳跃的体育机器人 仿生机器人运动学习控制的必要性完全靠基于模型的控制方法是很难达到面向复杂应用环境的仿生机器人的柔软、灵活的控制目的。 （1）多输入多输出（Multi-I/O）问题 （2）内部模型的构筑（非线性、杆件结构的变化
5、）（3）劣驱动系统（被动驱动系统）（4）较大的搜索次数 （5）环境部分观测的马尔可夫决定过程（6）稳定性，Robust的评价方法（7）复杂行为的实现方法 二、仿生学研究中生物运动形态与力学原理 仿生学的力学原理腿式行走生物的稳定性与力学1.双足步行的机构、力学、稳定性与控制2.四足步行步态、稳定性与力学3.六足昆虫的自律步行原理与控制4.腿跳跃式行走的力学原理 5.翔的性：翼的形状、与空推力学；胴体双足步行机器人机构 双足步行机器人本体设计时应考虑的问题 （1）便于运动学分析和控制尽可能将运动分解成独立的Sagittal平面和Lateral平面内运动；（2）步行控制时可以最大限度地选择着地点从
6、脚底来看期望惯性矩尽可能地小。惯性小时，可以快速迈动抬离地面的脚（游脚），而且迈脚时的动态影响也小。快速摆动游脚与高速动步行相关；（3）关节驱动系统及机器人的整体刚度要好；（4）较大的关节运动范围，等等。 四足步行步态、稳定性与力学 间歇小跑步态”是高速四足步行机器人的最优步态从步态规划的角度来看，“间歇小跑步态”也是有利的。这正如后面所述的那样，因为“间歇小跑步态”能够同时得到相对的两脚的着地点相同状态（同时起落）。另外，从安全性角度来看，“间歇小跑步态”也是优越的。为使机器人实用化，不只是实验室这样的理想环境下的稳定性，在有凸凹不平、外力等未知外部绕乱之类的环境下也需要有持续的步行能力。这
7、样，即使未知因素导致步行中平衡遭到破坏的非常事态，也能期望通过让处在游脚状态的脚着地来完全回避跌倒的发生。间歇小跑步态在2脚支撑期间，对于两着地点的连线无论哪一侧平衡遭到破坏都有防止跌倒的游脚，可以认为是安全步态。根据上述理由，可以认为间歇小跑步态是高速的四足步行机器人最优步态。 飞翔的运动性鸟、昆虫等小型生物高飞行性能的机制 生物体的大小与飞行特征的关系:给出了生物体大小与前进速度间的关系。由图中可以看出，生物体越小则其前进速度V减小。因此，前进速度可由重量W，翼面积S的实测值推定出来。摇摇晃晃飞行所需的能量，也能从摇摇晃晃飞行到前进飞行，而且可以较宽速度范围进行飞行。前进飞行中，昆虫翼的对
8、气速度大大偏离于在翅膀动作效果下前进速度，翼产生的升力也常常不能垂直向上， 概念升阻比：升力与阻力的比。升力是与翼运动方向垂直的力，是与能量消耗无关的力。阻力是与翼的运动平行的力，伴随着能量消耗。我们期望的翼应该是：尽可能在较小的能量消耗下，产生尽可能大的升力（即有效的飞行力）。所以，具有高升阻比的翼既是高性能的翼。结论：综上所述，薄的、具有锯齿状断面的翼具有较高的升阻比，刚度也高。这样断面形状的翼也正是昆虫的翼的形状。 飞翔生物的神经系统（控制系统）、感知器（测控系统）、筋肉（动力源）在工学领域也是具有相当大研究魅力的课题，正在不断取得进展。只有在完全弄清楚生物飞行的各个方面的机理，才能制作
9、出不亚于生物的机器。三、仿生学研究中从生物学到的设计技术 为了人工再现生命系统，就必须实现部分的综合化。复杂性的科学或许能够对此问题给与一些解释。目前，在探索生命奥秘的研究上，许多学者把生命现象完全寄托在基因组解明上，而与此相反，美国华盛顿大学的J.Bassingthwaighte教授则提倡生理机能测定上的Physiome概念，他认为生命现象应该在生理学上寻求答案。Physiome的中心思想是综合各个层次的研究，然后搞清楚整体机能。这一学已经萌芽，并且已开始就把握住住综合研究生命系统的问题，已成为二十一世纪的重要方向。 1.从细胞学到的微化学分析 FIA装置与混合反应器、微型搅拌机、由微混合器
10、的化学分析。 作为物质生产装置的生物生物制造工程新开端生物工业的发展与人类的需求：理想的人工肠道系统：2.自修复性与自修复机械 生命系统可以看作是许多被称为细胞的均质要素（可以看作“机械单元”）构成的分散型机械系统。因此，日本学者村田志（Murada）研究由概念性地模拟细胞的“单元”集合而成的自重构的可变机械，他指出这种机械可以自装配、自修复。他提出了一种全新概念的机械系统，实验性地给出这种系统的可行性，进一步地用计算机仿真验证了系统功能的实现。可以说是生命系统的特征能够在工学上实现，也预示了适应进化系统的可能性。分散型机械系统的研究实例、自重构可变机械和自修复、自重构可变机械和自修复、自重构
11、可变机械的单元、自装配的软件。 大规模系统的自装配和自修复 通过均质的机械单元的集合能够实现型的自装配和自修复。当然，“形状”是伴随着机械所拥有的机能的，仅此距离现实的（能够自装配自修复）的“机械”还相差很远。均质-分散型单元机械还面临着许多难题，但是，如果说本来的研究目标的话，那就是“适应、进化的系统的实现”。不仅是形状，就连系统的机能也应相应于环境的变化形成具有系统自己期望的相应机能的系统自己生成新的自我。自装配和自修复还只是其第一步。 3.环境适应性 支撑生物的构造组织、生物体组织的适应性、CellAutomatonModel（细胞自动机模型）、构造的自组织化Simulation、仿真结
12、果、面向超级生物机械的实现。 从蚯蚓学到的“柔软机械”的设计技术 “柔软机械”与蚯蚓、蚯蚓的构造、蚯蚓的行为、蚯蚓的学习、蚯蚓行为的电气生理学解释。以上从神经生物学的角度汇总介绍了有关蚯蚓的行为及神经回路的最近主要研究成果。通过早期的达尔文观察，以及利用各种实验器具进行的学习实验，象蚯蚓这样可能具有简单神经系统的生物是否存在智能的疑问正在被逐步弄清楚。此外，作为制作能够在现实世界空间移动中进行作业的机械思想的算法也被提出了。种种研究表明：能够仿生研究出象蚯蚓自适应环境那样的自适应型机械。 4.创造性通过RoboCup进行的认知机器人的学习与开发 认知机器人学的设计论、RoboCup机器人行为学
13、习、进化、RoboCup的根本问题是多智能体的协调。迄今为止的强化学习的手法还只是在不存在其他能动的智能体的简单作业下，能够自律地构成状态空间。但是随着维数的极度增加，并且环境中有对手的情况下，还难于直接应用。基于网络环境的移动智能体机制及一个人援助为目标的分散机器人统合法。 四、仿生学研究中的生物运动系统与仿生运动控制 六足昆虫机器人自律步行的力学原理与控制 现代科学技术的理论体系是站在截取自然的某些片断角度，在其状况确定的情况下，追求自然规律。因此，在不可预测的环境变化下，不可能实时地进行柔软的运动控制等等。一方面，可以认为生命系统具有实时地进行柔软控制的方法。这个差别归结为本质上把不完全
14、设定问题的课题作为完全设定问题来处理是否具有方法论的差异。在不可预测、复杂、变化的环境下为把不完全设定问题作为 完全设定问题处理需要有把初始条件、参数、边界条件能够由系统自身自治地确定的机制。基于这种机制才能开始构筑出生成信息智能性系统。迄今为止的控制理论都是以把某一系统放在某一给定环境时为实现给定机能的控制为目标的。例如：诺尔伯特维纳（NorbertWiener1894-1964）的Cybernetics（控制论：1948年）认为：“假设关于我们的状况的变量有两个，其一是我们所不能够控制的，而另一个是由我们能够调节的。基于从当时不能控制的变量的过去到现在的值，适当地选定可调节的变量的值，有希
15、望给我们带来我们所期望的最好状况”。现代控制理论就是基于这一想法发展起来的，但其理论是以系统能够得到的状态空间是可控为前提才成立的。 无限定问题与生命系统 这里我们总结一下无限定问题中时时刻刻面对着的生命系统的特点。构成生物的要素的数量同迄今为止工程上处理的任何系统相比都压倒性地多。人脑超过一千亿以上。如果即使构成人脑的各要素的力学方程式能够写出，要素越多我们所能得到的信息就越有限，所以初始条件、各参数就不能完全确定出来，此时就成为不完全设定问题。为了从“自他分离”以外的观点来解决不完全设定问题，通过减少未知变量的数量、象规定参数那样人为地把各种约束条件强加给系统转化成“完全系统”来求解。但是
16、，在人脑这样的系统中，从外部用非自治地施加约束条件的方法作为可规定的问题处理从观测限度来看几乎是不可能的。再者，生命系统本质上就是不完全设定问题，否则就会存在不可能。 在不可预测的变化生命系统在被放置在某个环境中才开始有意义。因为给定的环境与生命系统融合在一起形成约束条件，生命系统能够在给定的环境下养成自己与环境的关系。但是，所说的生成的约束条件与环境给与生命系统全部要素的初始条件和参数是有本质区别的。这是因为生命系统是“自己自言”（自我参照地）地生成约束条件的。 作为不完结系统的多形态回路 作为生命系统的控制系统最发达的就是神经网络。神经网络可以说是能够对应于从认知到运动控制的各种各样无限定
17、问题的系统。 多形态回路是从上位神经系统接受用受限物质表示的少数自由度输入，在这些输入基础上生成多样的输出样本的信息生成系统 由实验结果汇总多形态回路的特点如下：1）神经细胞的活动具有内因的驰缓振动特性； 2）位相关系是由PostinhibitoryRebound特性引起的； 3）介入到多形态回路生成的是驰缓振动，输出的猝发（Burst）没有介入； 4）决定多形态性的是来自monoamine（一元胺，单胺：只含有一个胺原子团的胺化合物，尤指作用于神经传递的化合物）等的含有受限物质神经。步行样本的Simulation和Robot在此就模型化的系统详细考察、研究了当目标（约束条件）和环境变化时生成
18、的步行样本是如何变化的，并与实验结果进行了比较。所进行的计算分以下四种情况：1）目标速度变化的情况下；2）沿行进方向负荷变动的情况下（Loadeffect）；3）肢体受到损伤的情况下（切断Amputation）；4）对四肢的运动施加外部扰动的情况下（Stability）。 作者信息：姓名：编号：身份证号：单位： 扩展阅读：20xx年中级职称黑龙江省专业技术人员继续教育知识更新培训学习心得 建设工程专业学习心得 姓名：工作单位： 随着现代建筑的快速发展，对节能的要求也越来越高，不但要求节能，还要满足实用和保证质量，建筑节能的控制贯穿于建筑建造的全过程。只有采取强化节能的措施和提高效能的对策，才能
19、形成能源可持续发展的新体制。本文就建筑节能的问题进行了探讨。 建筑能耗，即建筑物使用过程中用于供暖、通风、空调、照明、家用电器、烹饪、给排水和热水供应等的能耗。本世纪以来，人类在能源消耗上的增长速度，大大超过了人口的增长，能源问题已倍受各国重视，已成为当代社会的四大问题之一。我国经济正处在调整发展期，能源需求也正快速增长，城乡建设与能源供需矛盾日益突出。特别是建筑领域中的建筑业和住宅产业是能源消耗大户，我国建筑节能与发达国家相比，差距很大，如何大幅度降低能源消耗、节约资源，已严峻地摆在我们面前。一、建筑节能面临的问题 随着建筑能源消耗的迅速增加，建筑节能的重要性已逐步被人们所认识，近年来，全球
20、能源形势日趋严峻，据一些国际研究机构分析，世界一次性能源仅够人类使用30年，能源危机始终困扰着各国。在经济快速发展的中国，能源匮乏也同样引起人们的高度关注。中国煤炭消耗总量的40%，石油消耗量成为仅次于美国的第二大国。人类从自然界所获得的50%以上的物质原料用来建造各类建筑及其附属设施，这些建筑在建造于使用过程中又消耗了全球能源的50%左右。我国建筑单位面积消耗是发达国家的2倍3倍。严峻的事实告诉我们，要走可持续发展道路，要贯彻落实党中央、国务院提出的建设节约型社会，开展资源节约工作的精神，要深入贯彻落实民用建筑节能条例，进一步推进住房城乡建设领域节能工作。 住房和城乡建设部、国家发改委对新建
21、筑提出了节能要求，并对既有建筑实施节能改造。当前，新建建筑节能强制标准执行力不高，既有建筑的节能改造困难重重，难以全国启动，离国家庙宇的建筑节能总体目标差距较大，这是各地普遍存在的问题。从问题的普遍性分析，一是全社会没有充分认识到建筑节能工作的总要意义，缺乏节能建筑的基本知识和主动意识；二是缺乏可操作的强制各方利益主体必须积极参与的地方性法规；三是对节能建筑缺乏有效的激励政策进行引导和扶植；四是建筑节能、节地、节水、节材和环境保护的综合性标准体系还不够完善；五是缺乏有效的行政监管体系。二、建筑节能的主要措施 建筑的节能主要依靠减少围护结构的散热以及提高供热效率两个方面。建筑外形尽可能规整，避免
22、不必要的凹凸变化；在夜间加强保温的条件下，要合理提高锅炉的负荷率，改善锅炉运行状况，采用管网水平衡技术以及加强供热管道路保温等等。（一）控制建筑的体型系数 争取南北朝向，适当开大南窗，以增加太阳热能的获得。南北朝向建筑物夏季可以减少太阳辐射散热，冬季可以增加太阳辐射得热度，是最有利得朝向。建筑体型系数指建筑物外表面积与其所包围的体积的比值。体形系数越大，那么建筑物的外围护结构的热损失越大。因此建筑外形尽可能规整，避免不必要的凹凸变化。（二）提高墙体、屋顶的热工性能 外墙、屋顶和地面的保温，采用高效保温材料复合，使用多层门窗，用空心砖、加气混凝土等新型墙体材料代替实心粘土砖；提高建筑物的气密性，
23、选用密封性能好的门窗并加密封条，用密封材料填实穿墙管线连接处裂隙。 （三）提高窗户的热工性能、 在一般建筑中，门窗面积占建筑外围结构面积的30%，门窗能耗占建筑外围结构热损失的40%50%，在建筑能耗中占相当大的比例，因此研制新型保温门窗是当前门窗行业的主攻方向。中空玻璃作为一种最佳的窗用节能建材和一种成熟的高科技产品，已日益受到我国有关方面的重视。与普通玻璃相比，它具有卓越的保温、隔热、隔音、搞凝霜揭露等性能，在窗户中玻璃面积占窗户面积的58%87%，由于普通玻璃的热阻会上很小，单层玻璃是窗户保温节能薄弱的环节。国内外实践证明，使用中空玻璃是实现门窗节能的重要途径。 例如：由于实施既有建筑的
24、节能改造，天津市红桥区桃花南里16号-50号的228户居民今年过了一个“温暖的冬天”。 这个冬天这些居民家的室内温度由13-15C升到了20C以上。据介绍，建筑节能不仅仅只针对新开工建设的项目，市政府还投资对既有建筑推进节能改造，不用居民花一分钱。三、建筑节能的发展方向（一）开发新材料，采用新工艺 在建材生产方面，研制开发多种节能新材料新工艺来降低建材生产能耗。例如，过去我国一直采用标准粘土砖作为主要的墙体材料，这种传统墙材的生产不但毁坏了大量耕地，是我国本已十分紧张的人均耕地面积愈加减少，严重的威胁着我国的农业生产，而且烧制粘土砖需要大量的能源，不利于节能。同时粘土砖自重大、热工性能不够好，
25、施工劳动强度大，不利于建筑工业化。诸多自身无法克服的缺点，限制了它的继续使用，现在国家已明令限制使用标准粘土砖，取而代之的是用工业废料制成的砌块和板材，如现在广为应用的粉煤灰砌块，由于其质轻、节能，还能减轻工业废料处理压力，已成为环保型的新生墙材。此外，改进常用材料的加工工艺或采用新工艺，也是节能的有效途径。 （二）低能耗建筑综合技术组成 建筑围护结构。墙体是建筑外围护结构的主体。传统的建筑外围护结构往往是承重功能与保温功能相结合，构成较为简单，单纯用砖石、混凝土或木材筑成。这种材料的保温隔热效能很差。例如，传统的普通粘土砖砌体的导热系数高达0.81W/（mk）,而近期迅速发展的能够工业化大生
26、产的泡沫聚苯乙烯板、岩棉板、玻璃棉板等高校保温材料、则可低至0.035W/（mk）-0.04W/（mk）左右，也就是说，其保温效能可以高出普通粘土砖砌体的20倍。于是人们了解到，用高效保温材料、隔汽材料和覆面加强材料组合而成的复合墙体，可以以薄很多的结构，取得高许多倍的保温隔热效果。按保温材料所处位置不同，又分有多种方式，其中外墙内保温和外墙外保温是日前最常用的两种方式。 近年来，参照国外经验，用挤塑聚苯乙烯板（OPS）做倒置式屋面保温层，即从结构层往上分别是防水层、保温层，砌体保温层。倒置式屋面保温对屋面结构进行了革新。效果良好。已在不少工程中得到应用。OPS板具有连续的表层和闭孔式蜂窝状结
27、构、结绳均匀、连接紧密、抗压强度高、低热导性高、高抗水汽渗透性能和耐气候性能好，不易老化。用这种XPS板做屋面保温覆盖在防水层上，使保温层起到保护防水层的作用，即可使防水层免受日光的暴晒，又大大缓解了防水层受外界温度的影响，还可避免防水层受到磨损、冲击、穿刺等破坏，使其寿命大大延长。四、如何推进建筑节能 能源是发展国民经济、改善人民生活的重要物质基础。要想建筑节能快速地全面地开展，需要正确把握并处理好以下几个关系：（一）经济效益与社会效益的关系 推进建筑节能，即改善室内的环境，又降低能源的消耗，还可以减少温室气体的排放，是符合可持续发展战略的利国立民的事情。从当前来看，建造节能建筑，虽然会增加
28、一些投入成本，但是，在追求发展、追求经济效益的同时，还可以兼顾社会效益，实现经济效益与社会效益的有机统一，关注生态成本和社会成本。（二）“新建”控制与“既有”改造的关系推进建筑节能，当前面临的双重任务是既要按节能标准严格控制新建建筑的能耗水平，又要加快对既有建筑的节能改造步伐，必须坚持“两手抓”的原则，一手抓“新建”控制，一手抓“既有”改造。基础目前我国能源形势相当严峻，今后在较长时期内也难以缓解，为使我国国民经济持续、稳定、协调发展，提高环境质量。必须节约使用能源，逐步扭转能源浪费严重的状况。创新精神不是与生俱来的，而且通过后天培养逐步塑造的。培养和激发创造动机，最根本的是要有强烈的事业心和社会责任感。社会精神通过培养转化为社会实践主体的创新。社会舆论是一种强大的社会心理力量，正确的社会舆论会使个体产生创新的积极性，良好的风尚习惯会形成强大的心理暗示，引导社会主体积极创新、勇于创新。创新精神是人的创新本质的精神表现，是人在创新活动中反映的精神素质。培养创新的社会精神对推动令尊具有十
