足(zu)槳式多模態水陸兩棲(qi)機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)人辦(ban)理(li)了(le)機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)人難以正(zheng)在淺(qian)(qian)灘(tan)環境中急迅游動和(he)快速奔馳(chi)的業界困難。憑仗(zhang)足(zu)槳可變(bian)型樞紐和(he)多模態驅動，機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)人可正(zheng)在沙岸和(he)水下智能切換(huan)奔馳(chi)形(xing)式和(he)游動形(xing)式。研(yan)討團隊(dui)正(zheng)在淺(qian)(qian)灘(tan)環境中對足(zu)槳式多模態水陸

兩棲(qi)機器人開展試驗哈爾(er)濱工程大學供圖

　　憑仗足槳(jiang)可(ke)變型樞紐(niu)和多模態(tai)驅動(dong)，機(ji)(ji)(ji)器人(ren)可(ke)正在(zai)沙岸和水(shui)下智能(neng)切(qie)換(huan)奔馳形式和游動(dong)形式。這(zhe)便(bian)是(shi)哈(ha)爾濱工程大(da)學(xue)王剛(gang)副教(jiao)授科研團隊的最新(xin)研究(jiu)結果——足槳(jiang)式多模態(tai)水(shui)陸兩棲(qi)機(ji)(ji)(ji)器人(ren)。這(zhe)款水(shui)陸兩棲(qi)機(ji)(ji)(ji)器人(ren)處理(li)了(le)(le)機(ji)(ji)(ji)器人(ren)難以正在(zai)淺灘(tan)環境中急迅(xun)游動(dong)和快速奔馳的業界(jie)困(kun)難。日前，機(ji)(ji)(ji)器人(ren)行(xing)業國際頂級(ji)期(qi)刊《IEEE機(ji)(ji)(ji)器人(ren)學(xue)匯刊》正在(zai)線頒發了(le)(le)這(zhe)一(yi)結果。

　　該論文由哈爾(er)(er)濱工程大學(xue)水下(xia)機器人技能重點實驗室自力完(wan)成，王(wang)剛為論文的(de)通訊(xun)作者(zhe)，哈爾(er)(er)濱工程大學(xue)博(bo)士研究生馬鑫盟和劉開鑫為配(pei)合(he)第一(yi)作者(zhe)。

　　新思路(lu)讓體系化繁為簡(jian)

　　兩(liang)棲機(ji)器人(ren)的(de)(de)研討一直是機(ji)器人(ren)范疇的(de)(de)熱門之一，為了正(zheng)在(zai)水(shui)陸兩(liang)種差(cha)別(bie)的(de)(de)介(jie)(jie)質(zhi)中活(huo)動，絕多數兩(liang)棲機(ji)器人(ren)既要有輪(lun)子又(you)要有螺旋槳，但由于水(shui)陸環境介(jie)(jie)質(zhi)密(mi)度相差(cha)偉(wei)大，尤其是毗連海(hai)洋和陸地的(de)(de)淺灘，浪流擾(rao)動強烈(lie)，空中干(gan)濕顆粒力學特征存正(zheng)在(zai)很大差(cha)別(bie)，是以(yi)不利于機(ji)器人(ren)的(de)(de)靈敏活(huo)動。

　　而王剛團(tuan)隊提(ti)出的(de)(de)足槳(jiang)式多(duo)模態(tai)水(shui)陸兩棲(qi)(qi)機(ji)(ji)(ji)械(xie)人(ren)(ren)計(ji)劃，為兩棲(qi)(qi)機(ji)(ji)(ji)械(xie)人(ren)(ren)設計(ji)給(gei)予了一(yi)種新思路。經由過程(cheng)推(tui)動(dong)安裝的(de)(de)共同(tong)構型(xing)和參(can)數優化要(yao)領(ling)，團(tuan)隊將足槳(jiang)本身的(de)(de)多(duo)形式推(tui)動(dong)才能(neng)取機(ji)(ji)(ji)體(ti)的(de)(de)變型(xing)才能(neng)相結(jie)合，實現了機(ji)(ji)(ji)械(xie)人(ren)(ren)在兩棲(qi)(qi)環境下(xia)(xia)的(de)(de)活(huo)(huo)動(dong)模態(tai)切換(huan)，降低了機(ji)(ji)(ji)械(xie)人(ren)(ren)體(ti)系的(de)(de)龐雜水(shui)平，取此同(tong)時知足了水(shui)中(zhong)、陸上兩種完(wan)整沒有一(yi)樣環境下(xia)(xia)關于機(ji)(ji)(ji)械(xie)人(ren)(ren)迅(xun)速活(huo)(huo)動(dong)的(de)(de)需求，辦理(li)了傳統要(yao)領(ling)將爬游功效(xiao)(xiao)疊加導致的(de)(de)機(ji)(ji)(ji)械(xie)人(ren)(ren)活(huo)(huo)動(dong)性能(neng)沒有迅(xun)速、功課效(xiao)(xiao)力低的(de)(de)題目。

　　這款水陸(lu)兩(liang)棲機(ji)器(qi)人(ren)由機(ji)體框(kuang)架(jia)、變(bian)型(xing)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)樞紐(niu)、操縱艙(cang)、電池(chi)倉、足(zu)槳(jiang)(jiang)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)裝(zhuang)配(pei)構成。正在奔(ben)(ben)馳形式下，機(ji)體正在變(bian)型(xing)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)樞紐(niu)的(de)(de)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)下展平，足(zu)槳(jiang)(jiang)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)樞紐(niu)以低速形式驅(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)足(zu)槳(jiang)(jiang)，機(ji)器(qi)人(ren)依(yi)托(tuo)足(zu)部的(de)(de)推(tui)動(dong)(dong)(dong)(dong)力(li)正在海底或沙岸奔(ben)(ben)馳；正在游(you)動(dong)(dong)(dong)(dong)形式下，機(ji)體正在變(bian)型(xing)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)樞紐(niu)的(de)(de)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)下折疊，足(zu)槳(jiang)(jiang)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)樞紐(niu)以高速形式驅(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)足(zu)槳(jiang)(jiang)，機(ji)器(qi)人(ren)依(yi)托(tuo)槳(jiang)(jiang)的(de)(de)推(tui)動(dong)(dong)(dong)(dong)才(cai)能正在水面、水中(zhong)游(you)動(dong)(dong)(dong)(dong)。

　　奔馳(chi)速度優于(yu)同(tong)類機器(qi)人

　　讓科研成果落地(di)是團(tuan)隊(dui)(dui)搏(bo)斗的(de)目的(de)。團(tuan)隊(dui)(dui)研發的(de)機器(qi)人無論是正在石地(di)、草地(di)、沙岸，照(zhao)舊水(shui)底(di)、水(shui)中、水(shui)面，皆浮現出(chu)了比同類機器(qi)人更(geng)優(you)越的(de)活動(dong)才(cai)能(neng)和負載才(cai)能(neng)，“體能(neng)測試”成果非常(chang)優(you)秀。

　　憑(ping)仗奇特的構型，足槳式多模態水(shui)陸兩棲機械人(ren)正(zheng)在(zai)水(shui)下陸上(shang)均(jun)能實現高速活(huo)動(dong)。團隊經過彈性剛體(ti)—顆粒介(jie)質—兩相流體(ti)耦合仿真辦法，對機械人(ren)的足部多少參數和奔(ben)馳(chi)進程的活(huo)動(dong)參數開展優化(hua)，極大地增加(jia)了(le)其正(zheng)在(zai)沙(sha)岸和海(hai)底(di)的活(huo)動(dong)本領。

　　與此同時，團隊(dui)采(cai)取多傳感(gan)器(qi)感(gan)知和信息交融手藝，讓機(ji)械人可(ke)(ke)自動(dong)識別當前的環境(jing)并調劑活動(dong)形式。取同類(lei)機(ji)械人相(xiang)比，正(zheng)在已公開(kai)揭(jie)橥的研究成果中(zhong)，該機(ji)械人正(zheng)在顆粒介(jie)質(zhi)地(di)面(mian)的奔馳速度(du)可(ke)(ke)到達4倍體(ti)長/秒，是(shi)今朝同范例機(ji)械人中(zhong)活動(dong)速度(du)最快(kuai)的。

　　絕多數兩棲機械(xie)(xie)(xie)人(ren)下水(shui)(shui)后(hou)(hou)易懸浮(fu)(fu)于水(shui)(shui)中(zhong)，而(er)該(gai)機械(xie)(xie)(xie)人(ren)入水(shui)(shui)后(hou)(hou)處(chu)于背浮(fu)(fu)力狀況，可直(zhi)接(jie)沉入海(hai)底，這為(wei)(wei)機械(xie)(xie)(xie)人(ren)正(zheng)在(zai)海(hai)底事情(qing)給予了也許。該(gai)機械(xie)(xie)(xie)人(ren)高度(du)唯一0.22米(mi)，當它緊(jin)貼(tie)海(hai)底時(shi)(shi)，比懸浮(fu)(fu)式機械(xie)(xie)(xie)人(ren)受水(shui)(shui)流的(de)危害更小，功(gong)課(ke)(ke)更穩固。正(zheng)在(zai)海(hai)底功(gong)課(ke)(ke)時(shi)(shi)，碰到大面積水(shui)(shui)草(cao)、珊瑚礁，機械(xie)(xie)(xie)人(ren)直(zhi)接(jie)穿過必然會(hui)形成必然生態損壞，此(ci)時(shi)(shi)機械(xie)(xie)(xie)人(ren)可由匍(pu)匐狀況切換為(wei)(wei)游(you)動(dong)形式，當切換為(wei)(wei)游(you)動(dong)形式時(shi)(shi)，它正(zheng)在(zai)水(shui)(shui)中(zhong)可以敏(min)捷(jie)地正(zheng)在(zai)各種障礙物中(zhong)穿越。

　　別(bie)的，借(jie)助(zhu)游動形式，機器(qi)人可運動到水面四周接納定位取通訊旌(jing)旗(qi)燈號，對本(ben)人的位置信息舉(ju)行校準(zhun)。

　　研發團隊平均(jun)年齡26歲

　　這支機器人(ren)研(yan)發團隊(dui)非(fei)常(chang)年青，除(chu)王剛，也有3名博(bo)士生(sheng)(sheng)和5名碩士生(sheng)(sheng)，團隊(dui)成(cheng)員平均年齡只有26歲。

　　想(xiang)要完成一個具(ju)有優秀(xiu)性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)機器人，須要團隊正在系統集(ji)成、智能(neng)(neng)掌握、環境感知等(deng)方面都不能(neng)(neng)有短板。正在機器人的(de)(de)重量取負載才能(neng)(neng)、陸上(shang)取水下介(jie)質受力差(cha)別(bie)、快速(su)性(xing)取操縱性(xing)等(deng)種種干系中尋覓平(ping)衡點(dian)是(shi)研(yan)發(fa)過程中的(de)(de)最大難點(dian)。

　　團(tuan)隊正(zheng)(zheng)在(zai)(zai)研(yan)(yan)討(tao)進程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)發(fa)覺，由(you)(you)陸到(dao)(dao)水全部(bu)(bu)進程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)的(de)(de)顆(ke)粒(li)(li)(li)介(jie)(jie)質力(li)(li)(li)學(xue)(xue)特征差(cha)別，而現有理論皆是以干(gan)顆(ke)粒(li)(li)(li)為研(yan)(yan)討(tao)工具，濕顆(ke)粒(li)(li)(li)研(yan)(yan)討(tao)成(cheng)果則(ze)鳳毛麟角。沒有能(neng)夠(gou)參考的(de)(de)研(yan)(yan)討(tao)成(cheng)果，團(tuan)隊便由(you)(you)最根本的(de)(de)機(ji)械(xie)人(ren)足部(bu)(bu)取顆(ke)粒(li)(li)(li)介(jie)(jie)質交互進程(cheng)(cheng)的(de)(de)力(li)(li)(li)學(xue)(xue)性質入手(shou)。經過豎立機(ji)械(xie)人(ren)正(zheng)(zheng)在(zai)(zai)沙岸和海底(di)奔馳進程(cheng)(cheng)的(de)(de)靜態阻(zu)力(li)(li)(li)模子，團(tuan)隊實現了對(dui)機(ji)械(xie)人(ren)正(zheng)(zheng)在(zai)(zai)顆(ke)粒(li)(li)(li)介(jie)(jie)質空中(zhong)(zhong)奔馳進程(cheng)(cheng)的(de)(de)展望和參數優化(hua)；借(jie)助測算流(liu)體力(li)(li)(li)學(xue)(xue)、離散元和多體動(dong)力(li)(li)(li)學(xue)(xue)耦(ou)合(he)仿真等要(yao)領(ling)，團(tuan)隊完成(cheng)了機(ji)械(xie)人(ren)的(de)(de)設計(ji)和優化(hua)進程(cheng)(cheng)。雖然“由(you)(you)頭開(kai)始”拉長了全部(bu)(bu)研(yan)(yan)討(tao)周期，但正(zheng)(zheng)在(zai)(zai)這個(ge)進程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)，同學(xue)(xue)們疾速發(fa)展起(qi)來。現正(zheng)(zheng)在(zai)(zai)，正(zheng)(zheng)在(zai)(zai)這個(ge)唯一9人(ren)的(de)(de)團(tuan)隊里，由(you)(you)設計(ji)到(dao)(dao)裝配，由(you)(you)接線到(dao)(dao)調試，由(you)(you)編程(cheng)(cheng)到(dao)(dao)試驗的(de)(de)各個(ge)步驟(zou)皆有“專家”。

　　王(wang)剛透露表現，該論(lun)文(wen)是對團(tuan)隊曩昔探索歷程的(de)(de)一次回想(xiang)，想(xiang)要這(zhe)篇論(lun)文(wen)能起(qi)(qi)到(dao)必然的(de)(de)示范作用(yong)，讓同(tong)學(xue)們認識(shi)到(dao)正(zheng)在(zai)使(shi)用(yong)實踐(jian)中找到(dao)真題目，靜下心來一步一個腳印處理它，必然會有好的(de)(de)后果產出。將來團(tuan)隊將針對機(ji)械人正(zheng)在(zai)兩(liang)棲(qi)環境(jing)活動歷程中的(de)(de)根(gen)蒂根(gen)基力學(xue)理論(lun)持續深入研究，為進(jin)步機(ji)械人的(de)(de)智能化程度持續起(qi)(qi)勁。