2018首届中国高校智能机器人创意大赛获奖作品展示

柔体仿生机器鱼

设计了一种基于形状记忆合金人工肌肉驱动的柔性仿生机器鱼。该款机器鱼的创新点有：1.用形状记忆合金制成的人工肌肉驱动器取代常规的电机作为驱动单元，人工肌肉驱动器以鱼类的肌肉-骨骼-脊柱为仿生对象，重量轻，结构简单，且无噪声。2.采用特殊的柔性材料制作机器鱼的鱼体，既不影响人工肌肉的正常工作，又使得小佳鱼身的摆动与真实鱼类高度相似。

仿生机器鱼的研究意义在于可以让用户拥有一个属于自己的丰富多彩的未来鱼类水族馆，亲临鱼类行为现场感受其所运用的高科技知识和研制过程中的困难和成就。同时，该柔性仿生机器鱼具备高度合理的人机环境设计的特点，其高度精密的监视系统使其也可以充当未来家庭的安全保障。

仿生机器鱼作为一个完整的机器人系统，由鱼体结构、电控系统和驱动模块三部分组成。电控系统中又需要包括传感器单元、通信单元和电源系统。机器鱼的鱼体结构由3D打印材料和特殊柔性材料综合制作而成。它的驱动模块采用形状记忆合金制成的人工肌肉驱动器使得机器鱼的游动行为与真实鱼类高度相似。电源系统采用了电磁感应式的无线充电技术。无线充电装置可放置于鱼缸某处，使机器鱼不用离开鱼缸即可完成充电。

机器鱼的鱼体内部配备了语音模块、无线WIFI模块、摄像头、红外传感器和姿态传感器等多种不同功能的传感器，使其具备了人机交互、摄像监控、语音交流、自主避障和自身姿态调节的功能。用户可通过手机专用的APP命令小佳水下运动、拍照、放音乐等，机器鱼也会将其自身和周围的环境数据实时反馈给用户。

该柔性仿生机器鱼的制作分人工肌肉驱动器设计、机器鱼机械系统设计和控制系统设计三个方面。经过三个月的设计制作，完成了第一代和第二代仿生机器鱼，并对其进行了试验，验证了系统的可靠性和实用性。

SMA人工肌肉仿生灵巧手

仿生灵巧手的研制主要目的在于解决身体障碍者在家庭中的诸多不便，让残疾人拥有一款美观真实并且柔软灵巧的智能假手，帮助他们解决衣、食、住、行上的各种难题。当然，仿生灵巧手还可以用作服务机器人的末端机械手，完成相应的实操任务。

本作品依照人手仿生学原理，采用形状记忆合金(SMA)丝作为人工肌肉设计和制作了一款外形具有高仿真性、动作具有高逼真性且工作稳定、寿命长、成本低的柔性多指仿生灵巧手。该灵巧手由软体材料制成，具有小巧、轻便、安全、灵活的特性，对抓取物与操作者不会造成伤害，特别是操作涉及到柔软、脆嫩的对象，或是涉及碰撞、需求阻尼的场合，其优势便显现出来。该柔性灵巧手有望取代传统机械手成为人类未来生活的最亲密伙伴，其主要特点有：（1）全新的驱动方式：采用智能材料SMA丝作为驱动源，具有能力密度高、成本低、承载能力强、响应快、无声操作且具有自感知能力的优点，而且启动与控制简单；（2）外表高仿真性，柔性外皮不会对操作者与目标物造成损伤；（3）动作高逼真性：手指弯曲幅度、响应时间、指尖输出力都与人手极为相似；（4）工作稳定，寿命长，测试中往复运行6×10⁵次性能仍很稳定；（5）制作简单，成本低。

经团队近4个月的合作，现已完成第三代灵巧手主体模块和控制模块的设计与制作。并将肌电控制系统应用到了灵巧手中，实现灵巧手的人机交互操作，为其作为智能假肢的应用提供了基础。另外，将柔性仿生灵巧手与Kinova机械臂相结合，通过控制机械臂与灵巧手的运动可以完成更加多样的任务，并采用Tobii眼动仪系统控制机械臂运动，对于四肢障碍的残疾人来说仅用自己的眼睛，就能达到控制机械臂。目前已对灵巧手系统进行了多项试验，实现了系统高度的稳定性和极高的使用性。