作业帮机器人变形金刚皮肤
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/11/12 14:20:08 字数作文
篇一：“变形金刚”机器人的设计与实现
“变形金刚”机器人的设计与实现
摘 要：本项目参照人体骨骼结构并综合考虑运动中模块间的碰撞、结构变化步数以及车型状态等因素，为机器人设计精确构型。基于机器人结构设计，详细探讨本项目变形机器人人车变形过程，具体展示不同构型的特点及相互之间的转换和衔接，打破变形机器人研究局限，推进本领域关键技术的突破。
关键词：“变形金刚”机器人；设计；实现
0 引言
随着机器人技术不断发展，机器人的应用越来越广泛，几乎渗透到所有的领域，使人类的生活发生了显著的改变。
美国和日本多年来引领国际机器人的发展方向，代表着国际上机器人领域的最高科技水平。第一台可变形机器人样机就诞生于1988年，由美国卡内基·梅隆大学机器人研究所研制的可重构模块化机械手系统（RMMS）。自此，变形机器人系统不断完善，各种可变形机器人层出不穷。
我国在某些关键技术上有所突破，但未掌握整体核心技术，具有中国知识产权的变形机器人较少。目前我国机器人技术相当于国外发达国家20 世纪80 年代初的水平。特别是在制造工艺与装备方面，不能生产高精密、高速与高效的关键部件。总而言之，国内产业缺乏可变形机器人的制作技术。
综合国内外机器人的发展状况，可见机器人的研究已经取得了一定的成绩。但是，由于某些机器人因机械结构的限制，很难适应工作环境和任务的变化，因此迫切需要一种能够灵活地根据周围环境调整运动姿态的机器人，以适应更为复杂的任务。
变形机器人是机器人领域中新兴起的一个研究方向，同时也是当前机器人学研究领域的一个热点和难点。变形机器人又称可重构机器人，是一种具有较强环境自适应能力的机器人，它可以根据环境变化和任务要求而改变自身的构形来完成不可预知的作业任务。目前已经开发的变形机器人系统根据其能否实现自动重组，一般分为两类：静态变形机器人和自变形机器人。但目前这两种机器人大多还处于原理样机研究阶段，其移动与变形速度比较缓慢。本项目所设计的变形机器人，由许多功能简单并具有一定感知能力的模块机器人有机联接而成，有效地解决了上述机器人移动和变形速度缓慢的问题。变形机器人通过变形获得不同的形态，实现机器人在不同的环境情况下采取不同的运动步伐或机器人关节的运动导致本体的某些部分相对位置的变化而呈现一种新的作业构形，以适应环境的要求，从而发挥不同的作用。
1 “变形金刚”机器人的设计
本项目对变形机器人进行合理的优化，在保证机器人整个拓扑连接关系不发生变化的前提下，通过机器人关节的运动导致本体的某些部分相对位置的变化而重新呈现一种新的作业构形，完成给定的任务。其次，通过汲取美国孩之宝公司推出一系列级别的变形金刚玩具构思，改进本项目变形机器人的形态和构形的整体协调运动形式。最后，通过3D-MAX等三维图解对机器人在变形过程中进行形象的运动过程进行分析，为机器人的设计与实现提供了实质性的参考依据。
1.1 机器人的结构设计
变形机器人的设计不同于一般人形机器人的设计。为了实现人形状态的完备功能，机器人的构型需要依照人类运动关节的构造而设计。本项目变形机器人采用了19个舵机实现其完整的功能。首先是变形机器人人形基本结构的设计（如图1）。腿部由10个舵机来实现人形的基本功能，保证变形机器人处于人形状态下能够自由行走，并且能够实现劈叉、侧走等多个功能。手部应用了6个舵机，能够实现手部的前举、上举、侧举等功能。另外是头部的设计。在变形机器人处于人形状态时，用舵机替代变形机器人的头部，而头部的挡板转至胸前，作为机器人的胸板；在变形机器人处于车型状态时，挡板转动覆盖住头部舵机，作为机器人车型的车头结构。为保证车型机器人（如图2）的实现，在机器人膝关节处加装了一对360度舵机并配有防滑轮作为主动轮，而在机器人的肩部加装了一对防滑轮作为从动轮，由主动轮带动从动轮实现机器人的自由前进。同时，在变形构型设计上既要考虑在变形过程中模块间的碰撞、一次结构改变的步数以及确保模块集合可以到达必要的位置，又要精确设计车型四轮的安装位置，以及其他构型对其变形过程所造成的影响。
图1 机器人人形结构设计图
图2 机器人车型结构设计图
1.2 机器人的运动模式及运动姿态设计
本项目机器人变形过程中，脚踝上360度舵机、膝盖舵机、腰部舵机照指令旋转，促使变形机器人身体部位前倾，根据惯性，机器人身体部位向前转动落于腿部、腰部部位接触地面、腿部呈现折叠状态。这时，变形机器人腿关节处装有的车轮便与地面接触，使其变成车型机器人的车轮，从而实现人形到车型的状态。接着，根据指令，轿车形态的机器人开始运动。
在实现轿车形态与双足形态的转换时，利用机器人的车门即手来做定点支撑，腿部伸直，脚板贴地，利用舵机的力度，使机器人缓缓撑起，从而得到双足的状态。（如图3）
图3 机器人变形过程图
2 “变形金刚”机器人的实现
变形机器人所有模块的运动都基于一套几何学的原理，并通过程序算法控制机器人的运动动作，实现机器人能够在不同的地面和环境情况下采取不同的运动步伐或机器人关节的运动导致本体的某些部分相对位置的变化而呈现一种新的作业构形。采用通用的权限算法和操作步骤，支持变形机器人处于双足状态时具备人形机器人舞蹈、格斗、行走等多种功能。
2.1 机器人基本部件
本项目所涉及的变形机器人采用舵机来实现机器人各部件的衔接，其中腿部为串联机构，共有12个舵机，单条腿上由5个180度舵机和1个360度舵机组成，具有6个自由度、6个旋转关节、4个轮子和多个连杆。
2.2 人形机器人转换成车型机器人
此转换过程是“变形金刚”的主要功能体现之处。机器人的驱动系统由左右2个电机构成，分别带动其对应的一侧车轮转动，从而实现机器人平台的前进、后退和转向等动作。车轮直径为200mm，正常行驶下采用轮式行进。机器人接收到操作员发出的信号，可以实现前进、转弯、后退等作业。当遇到高于轮子半径且低于250mm高的障碍时，通过前后腿协调摆动来实现越障；当遇到高于250mm的障碍时，可实现差速转向。轮腿之间的角度可以调节，进而调整机器人的横滚角，在遇到左右高度不同的地形时，可以通过调整轮腿之间的角度来保持机器人的平稳。当机器人接收到无线遥柄发出的信号时，机器人从站立的姿势开始，机器人的头部、胸部关节舵机先收起，然后其腿部关节、腰部关节以及肩部关节舵机按照指令进行旋转，直到手臂盘旋着贴近背部，随之双膝弯曲，类似于“扎马步”。根据惯性，变形机器人的重心往前倾，在此过程机器人的2个驱动轮和2个滚向轮落地。再者，脚板处的舵机向上收起，呈现折叠状态，作为车型状态下机器人的尾翼。而位于身体一侧的手部挡板则作为“车门”，可以实现“车门”的打开与关闭等动作，此时，背部的挡板作为车身的主体部位。由此实现了人形机器人（如图4）到车型机器人（如图5）之间的转换。
图4 该研究项目机器人变形人形状态的结构图
图5 该研究项目机器人变形车型状态的结构图
2.3 车型机器人转换成人形机器人
车型机器人转换成机器人是变形机器人在实际操作过程中的一个重难点。其结构左右分别对称，主要由“头部”、2只“手”、2条“腿”和“身体”构成。其中，对可变形机器人的单腿串联机构进行了运动学分析，构建了可变形移动机器人腿部的运动学模型。在结构上，单腿是由5个舵机通过U形构件连接而成，使得机器人能够保持平稳和正常行走，甚至具备舞蹈、越障等能力；单手由3个舵机构成，能够向360度“伸手”，实现多种功能。在站起的过程中要充分考虑机器人重心的问题，使之在整个变形过程中找到平衡点。在实现轿车形态与双足形态的转换时，利用机器人的车门即手来做定点支撑，腿部伸直，脚板贴地，利用舵机的
力度，使机器人缓缓撑起，从而得到双足的状态。
3 结束语
“变形金刚”机器人采用适当的优化方法确定最优的装配构形，通过机器人关节的运动导致本体的某些部分相对位置的变化而重新呈现一种新的作业构形，以适应环境的要求，完成各种给定的工作。“变形金刚”机器人是由许多功能简单并具有一定感知能力的模块机器人有机联接而成。变形机器人通过变形可以获得不同的形态，即通过人工操作无线手柄根据变化的环境和任务调整自己的结构，实现机器人能够在不同的地面和环境情况下采取不同的运动步伐或机器人关节的运动导致本体的某些部分相对位置的变化而呈现一种新的作业构形。变形机器人突破了单一形态机器人特定的运动方式的限制，直观具体展现不同形态机器人各自特征以及相互之间转换与衔接，更易理解机器人各关节运动对机器人动作运动的影响，其核心是智能技术。再者，机器人人车自由转换这一特点不仅可以完成不同性质的任务，还大大地节约了资源，降低了成本。
参考文献：
[1] 刘金国，王越超，李斌等.链式可重构模块化机器人变形机理与实现[J].农业机械学报，2005（9）：101-105
[2] 李斌，董慧颖，白雪.可重构机器人研究和发展现状[J].沈阳工业学院学报，2000（4）.
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[4] 刘明尧，谈大龙，李斌等.基于多Agent可重构机器人控制方法的研究.中国机械工程，2002（20）.
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[7] C.J.J.Paredis，H.B.Benjamin，P.K.Khosla. A Rapidly Deploya
ble Manipulator System[C].IEEE Robotics & Automation，Aptil 1996：1434-1439.
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篇二：暴帅变形金刚,机器人图
篇三：变形金刚2特效揭秘
《变形金刚2》特效揭底
看辣妹变机器全过程
在我们的团队中有很多技术人员，但我不认为他们是来自于这个星球的生物，反倒像是来自外太空的怪胎。
——丹·泰勒（动画导演）
时光网特稿 从制片人做到导演，再从导演做回制片人，迈克尔·贝的巨制《变形金刚2》获得了巨大的成功。在第二部变形金刚电影的制作中，他不仅承担起了影片的票房责任和作为一个导演所必须具有的旺
盛创作欲望，还兼任了数字效果的实现问题——他旗下的
DD
（数字领地，Digital Domain）公司帮他完成了这一艰巨的任务。
DD视觉特效公司一共负责五个主要内容：隐者战士爱丽丝（Alice）、8个厨房里的小变形金刚、转轮（Wheelie）、声波（Soundwave）和纳米机器人（Reed Man，机器狗吐出的珠子组成）。在130多个镜头中，“90%都是很难啃的骨头”，特效公司Asylum VFX的总监马修·巴特勒如是说。迈克尔·贝认为在第一部《变形金刚》中他已经实现了比较好的变形视觉效果，而他希望第二部能够有更多新尝试。这样一来，隐者战士爱丽丝Alice和纳米机器人Reed Man和就成了他的两块试金石……
隐者战士爱丽丝（Alice）的金刚结构
隐者战士爱丽丝（Alice）
希亚·拉博夫饰演的山姆在《变2》中离家去上大学，在那里见到了很多新人也结交到了新朋友。霸天虎一派一直希望可以从山姆那里打听到一些消息，于是就派出美艳的Alice假扮成大学新生和他住进同一幢公寓楼，希望通过勾引他而得到情报，而此时的山姆还是在一心想着女朋友凯米拉（梅根·福克斯）。
由伊丽莎白·卢卡斯饰演的变形机器人Alice首先在GGS特效公司（Gentle Giant Studios Inc.）做整体成型扫描，然后由玛雅（Maya）的服装模拟程序生成裙子。于是，在特定的70帧当中，数字模型就可以逐帧随着女演员的动作产生匹配其身体的效果。摄影板完成了所有质地和光感效果的信息数据处理。
CG总监保罗·乔治·帕洛普说：“我们在制作中遇到的首要困难就是缺少很多制作效果所必须的光照信息，变形金属片只能拥有常规的反射光线。我们将置光板按照几何规则排列，然后再依次开始，将它们做逐一的调整。这样的做法在刚开始的变形中能够提供一定的信息，但在后面的变形中就完全没有用武之地
了。因为光照在整个环境中是处于不断变化中的状态，随着变形，每时每刻所需要的光照信息都是完全不同的。”
为了解决这个问题，
DD
团队使用了高动态光照渲染摄影技法重新搭建了整个房间的模型，这样就完全可以提供满足光照效果的制作需求了。为了增加更为丰富的效果，他们还在完全避光和完全反光的条件下再次渲染了碎片变形的过程，虽然这样做不免会增加成本，但是从效果看还是非常值得的。“通过这种方法我们排除掉了人工排序产生的错误，为正确的排序效果提供了参考”，保罗·乔治·帕洛普又说。
爱丽丝皮肤变形及与内部结构的统一运动
“下一步就是要解决变形的实际过程了，参加变形的大部分碎片之间都是没有绝对关联性的独立碎片。我们所要做的就是将皮肤切割成细小的碎片，然后逐一变形使内部的机器人最终显露出来。几何序列被演绎输出到缓存然后放到特效处理软件里。模型的网状结构会生成出很多的位置点，碎片的预置模型结构就被标记出来了”，CG总监保罗·乔治·帕洛普接着说。
特效公司Asylum VFX的总监马修·巴特勒说：“但将身体解析成小碎片只是变形的第一部，你还需要将整体的过程幻化为变形金刚特有的风格才可以。DD视觉特效小组需要将身体打碎为小碎片使他们都能够程序化，这需要整体跟踪演员的皮肤和服饰的动态变化并转化为CG效果，让她从机械的外壳中完整地显露出骨骼，最后由电影特效软件和玛雅来共同完成关键帧的制作。表层的动画效果是由很复杂的规则变换完成的，每一个碎片都要单独从原有的光线环境开始变化，经过灯光处理最终组合到一起。”
还有一个问题，就是内部的隐藏机器人都是由巨大的肢体钢钉组成的，它的体积与妖艳的女主角身形根本不相匹配，因此隐藏状态下的机器人也是必须经过变形处理的。编排变形动作匹配碎片的大小是一项十分耗费时间的工作。“每一部分之间都是相互关联的，都会对最终的变形效果造成影响，因此我们总是反复演练动作统一的过程，一弄几个月是常有的事，但最终我们还是获得了令所有人满意的结果。”CG总监保罗·乔治·帕洛普说。
从变形结束的那一帧开始回溯整个变形过程，实现了内层机器人在保证正确光线效果和还原机器人外形颜色这两个前提下的变形过程。
篇四：变形金刚所有机器人的名字
变形金刚所有机器人的名字 Optimus Prime 擎天柱
Blaster 录音机
Perceptor 感知器
Ironhide 铁皮
Hound 探长
Jazz 爵士
Prowl 警车
Ratchet 救护车
Wheeljack 千斤顶
Bluestreak 兰霹雳
Mirage 幻影
Sideswipe 横炮
Trailbreaker 开路先锋
Sunstreaker 飞毛腿
Grapple 吊车 Hoist 滑车
Inferno 消防车 Red Alert 红色警报 Smokescreen 烟幕 Tracks 轮胎 Skids 刹车 Bumblebee 大黄蜂
Cliffjumper 飞过山
Gears 变速箱
Brawn 大汉
Beachcomber 巨浪
Cosmos 宇宙飞碟
Huffer 鲁莽
Powerglide 滑翔机
Seaspray 浪花
Warpath 战戟
Windcharger 充电器
Skyfire 天火
Omega Supreme 大力金刚
Grimlock 钢锁
Sludge 淤泥
Slag 铁渣
Swoop 飞标
Snarl 嚎叫 Superion 大无畏 Silverbolt 银剑 Slingshot 弹弓 Skydive 俯冲 Airraid 空袭
Fireflight 飞火
Defensor 守护神
Hot Spot 热点
First Aid 急救员
Streetwise 大街
Blades 刀刃
Groove 车辙
Elita One 艾丽塔
Chromia 克劳莉娅
Moonracer 月娇
Firestar 火翼星
Alpha Trion 钛师傅
Defcon 敌无双
Rodimus Prime 补天士
Ultra Magnus 通天晓
Kup 杯子
Blurr 罗嗦 Arcee 阿尔茜 Blaster 录音机 Steeljaw 钢钳 Ramhorn 犀牛 Rewind 发条
Eject 喷射
Springer 弹簧
Sandstorm 沙漠风暴
Broadside 排炮
Sky Lynx 天猫
Metroplex 猛大帅
Wreck-Gar 营救车
Pipes 管子
Tailgate 挡板
Outback 腹地
Hubcap 的士
Wheelie 转轮
Hubcap 金飞虫
Computron 计算王
Scattershot 机关炮
Lightspeed 光速
Nosecone 钻探机 Afterburner 烙铁 Fortress Maximus 福特 Chromedome 郭文 Hardhead 费特 Highbrow 海隆
Brainstorm 里恩
Pointblank 布兰卡
Crosshairs 克罗斯
Sureshot 沙特
Punch-Counterpunch 双面人
Fastlane 浪子
Cloudraker 腾云
Doublecross 双头龙
Grotusque 剑齿虎
Repugnus 暴乱兽
Chase 追捕
Freeway 高速
Rollbar 路障
Searchlight 探照灯
Wideload 宽载
霸天虎:
Megatron 威震天 Starscream 红蜘蛛 Thundercracker 惊天雷 Skywarp 闹翻天 Soundwave 声波 Rumble 轰隆隆
篇五：美国举办机器人大赛现实版变形金刚比拼救灾技能
DARPA机器人挑战赛（DRC）在加州波莫纳迎来决赛。（网页截图）
国际在线专稿：据英国《每日邮报》6月4日报道，6月5日-6日，美国国防部高级研究项目局(DARPA)举办的机器人挑战赛（DRC）总决赛将在加利福尼亚州波莫纳（Pomona）举行，来自世界各地的25个国际以及他们的机器人将为争夺350万美元奖金而战。
该机器人挑战赛历时三年，25个来自世界各地的机器人在选拔中脱颖而出，并将在6月的这场决赛中经历一系列困难的灾难救援竞技。
据报道，这25个机器人要面临的远远不是打扫地板、假扮宠物之类简单的活儿，而是要越过各类障碍物、打开房门、甚至驾驶汽车，并且大部分任务是自动完成的。冠军将获得200万美元的奖励，第二名将获得100
万美元，第三名50万美元。
据悉，DARPA机器人挑战赛的灵感来自于2011年日本福岛核灾难。当时，虽然机
本次比赛的目的就是推动自动化科技发展，让机器人进入人类难以进
入的现场，以帮助灾难重建及搜救活动。DRC号称机器人界的奥林匹克赛，备受世界瞩目。（米粒）
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共有25台来自世界各地的机器人参与这场机器人挑战赛。（网页截图） 美国卡内基-梅隆大学研制的四肢机器人“高智能移动平台”（CHIMP）可走路和爬梯子。（网页截图）
CHIMP的四肢装有履带，能够像坦克一样行进。（网页截图）
CHIMP在崎岖的地形时非常有利。（网页截图）
CHIMP还搭载智能装置，避免相撞，保持平衡。（网页截图）
CHIMP堪称现实版变形金刚。（网页截图）
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