足槳式多模態(tài)水陸兩棲機(jī)器人辦理了機(jī)器人難以正在淺灘環(huán)境中急迅游動(dòng)和快速奔馳的業(yè)界困難。憑仗足槳可變型樞紐和多模態(tài)驅(qū)動(dòng)，機(jī)器人可正在沙岸和水下智能切換奔馳形式和游動(dòng)形式。研討團(tuán)隊(duì)正在淺灘環(huán)境中對(duì)足槳式多模態(tài)水陸
兩棲機(jī)器人開展試驗(yàn)哈爾濱工程大學(xué)供圖
憑仗足槳可變型樞紐和多模態(tài)驅(qū)動(dòng)，機(jī)器人可正在沙岸和水下智能切換奔馳形式和游動(dòng)形式。這便是哈爾濱工程大學(xué)王剛副教授科研團(tuán)隊(duì)的最新研究結(jié)果——足槳式多模態(tài)水陸兩棲機(jī)器人。這款水陸兩棲機(jī)器人處理了機(jī)器人難以正在淺灘環(huán)境中急迅游動(dòng)和快速奔馳的業(yè)界困難。日前，機(jī)器人行業(yè)國際頂級(jí)期刊《IEEE機(jī)器人學(xué)匯刊》正在線頒發(fā)了這一結(jié)果。
該論文由哈爾濱工程大學(xué)水下機(jī)器人技能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自力完成，王剛為論文的通訊作者，哈爾濱工程大學(xué)博士研究生馬鑫盟和劉開鑫為配合第一作者。
新思路讓體系化繁為簡
兩棲機(jī)器人的研討一直是機(jī)器人范疇的熱門之一，為了正在水陸兩種差別的介質(zhì)中活動(dòng)，絕多數(shù)兩棲機(jī)器人既要有輪子又要有螺旋槳，但由于水陸環(huán)境介質(zhì)密度相差偉大，尤其是毗連海洋和陸地的淺灘，浪流擾動(dòng)強(qiáng)烈，空中干濕顆粒力學(xué)特征存正在很大差別，是以不利于機(jī)器人的靈敏活動(dòng)。
而王剛團(tuán)隊(duì)提出的足槳式多模態(tài)水陸兩棲機(jī)械人計(jì)劃，為兩棲機(jī)械人設(shè)計(jì)給予了一種新思路。經(jīng)由過程推動(dòng)安裝的共同構(gòu)型和參數(shù)優(yōu)化要領(lǐng)，團(tuán)隊(duì)將足槳本身的多形式推動(dòng)才能取機(jī)體的變型才能相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械人在兩棲環(huán)境下的活動(dòng)模態(tài)切換，降低了機(jī)械人體系的龐雜水平，取此同時(shí)知足了水中、陸上兩種完整沒有一樣環(huán)境下關(guān)于機(jī)械人迅速活動(dòng)的需求，辦理了傳統(tǒng)要領(lǐng)將爬游功效疊加導(dǎo)致的機(jī)械人活動(dòng)性能沒有迅速、功課效力低的題目。
這款水陸兩棲機(jī)器人由機(jī)體框架、變型驅(qū)動(dòng)樞紐、操縱艙、電池倉、足槳驅(qū)動(dòng)裝配構(gòu)成。正在奔馳形式下，機(jī)體正在變型驅(qū)動(dòng)樞紐的驅(qū)動(dòng)下展平，足槳驅(qū)動(dòng)樞紐以低速形式驅(qū)動(dòng)足槳，機(jī)器人依托足部的推動(dòng)力正在海底或沙岸奔馳；正在游動(dòng)形式下，機(jī)體正在變型驅(qū)動(dòng)樞紐的驅(qū)動(dòng)下折疊，足槳驅(qū)動(dòng)樞紐以高速形式驅(qū)動(dòng)足槳，機(jī)器人依托槳的推動(dòng)才能正在水面、水中游動(dòng)。
奔馳速度優(yōu)于同類機(jī)器人
讓科研成果落地是團(tuán)隊(duì)搏斗的目的。團(tuán)隊(duì)研發(fā)的機(jī)器人無論是正在石地、草地、沙岸，照舊水底、水中、水面，皆浮現(xiàn)出了比同類機(jī)器人更優(yōu)越的活動(dòng)才能和負(fù)載才能，“體能測(cè)試”成果非常優(yōu)秀。
憑仗奇特的構(gòu)型，足槳式多模態(tài)水陸兩棲機(jī)械人正在水下陸上均能實(shí)現(xiàn)高速活動(dòng)。團(tuán)隊(duì)經(jīng)過彈性剛體—顆粒介質(zhì)—兩相流體耦合仿真辦法，對(duì)機(jī)械人的足部多少參數(shù)和奔馳進(jìn)程的活動(dòng)參數(shù)開展優(yōu)化，極大地增加了其正在沙岸和海底的活動(dòng)本領(lǐng)。
與此同時(shí)，團(tuán)隊(duì)采取多傳感器感知和信息交融手藝，讓機(jī)械人可自動(dòng)識(shí)別當(dāng)前的環(huán)境并調(diào)劑活動(dòng)形式。取同類機(jī)械人相比，正在已公開揭橥的研究成果中，該機(jī)械人正在顆粒介質(zhì)地面的奔馳速度可到達(dá)4倍體長/秒，是今朝同范例機(jī)械人中活動(dòng)速度最快的。
絕多數(shù)兩棲機(jī)械人下水后易懸浮于水中，而該機(jī)械人入水后處于背浮力狀況，可直接沉入海底，這為機(jī)械人正在海底事情給予了也許。該機(jī)械人高度唯一0.22米，當(dāng)它緊貼海底時(shí)，比懸浮式機(jī)械人受水流的危害更小，功課更穩(wěn)固。正在海底功課時(shí)，碰到大面積水草、珊瑚礁，機(jī)械人直接穿過必然會(huì)形成必然生態(tài)損壞，此時(shí)機(jī)械人可由匍匐狀況切換為游動(dòng)形式，當(dāng)切換為游動(dòng)形式時(shí)，它正在水中可以敏捷地正在各種障礙物中穿越。
別的，借助游動(dòng)形式，機(jī)器人可運(yùn)動(dòng)到水面四周接納定位取通訊旌旗燈號(hào)，對(duì)本人的位置信息舉行校準(zhǔn)。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)平均年齡26歲
這支機(jī)器人研發(fā)團(tuán)隊(duì)非常年青，除王剛，也有3名博士生和5名碩士生，團(tuán)隊(duì)成員平均年齡只有26歲。
想要完成一個(gè)具有優(yōu)秀性能的機(jī)器人，須要團(tuán)隊(duì)正在系統(tǒng)集成、智能掌握、環(huán)境感知等方面都不能有短板。正在機(jī)器人的重量取負(fù)載才能、陸上取水下介質(zhì)受力差別、快速性取操縱性等種種干系中尋覓平衡點(diǎn)是研發(fā)過程中的最大難點(diǎn)。
團(tuán)隊(duì)正在研討進(jìn)程中發(fā)覺，由陸到水全部進(jìn)程中的顆粒介質(zhì)力學(xué)特征差別，而現(xiàn)有理論皆是以干顆粒為研討工具，濕顆粒研討成果則鳳毛麟角。沒有能夠參考的研討成果，團(tuán)隊(duì)便由最根本的機(jī)械人足部取顆粒介質(zhì)交互進(jìn)程的力學(xué)性質(zhì)入手。經(jīng)過豎立機(jī)械人正在沙岸和海底奔馳進(jìn)程的靜態(tài)阻力模子，團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)械人正在顆粒介質(zhì)空中奔馳進(jìn)程的展望和參數(shù)優(yōu)化；借助測(cè)算流體力學(xué)、離散元和多體動(dòng)力學(xué)耦合仿真等要領(lǐng)，團(tuán)隊(duì)完成了機(jī)械人的設(shè)計(jì)和優(yōu)化進(jìn)程。雖然“由頭開始”拉長了全部研討周期，但正在這個(gè)進(jìn)程中，同學(xué)們疾速發(fā)展起來?，F(xiàn)正在，正在這個(gè)唯一9人的團(tuán)隊(duì)里，由設(shè)計(jì)到裝配，由接線到調(diào)試，由編程到試驗(yàn)的各個(gè)步驟皆有“專家”。
王剛透露表現(xiàn)，該論文是對(duì)團(tuán)隊(duì)曩昔探索歷程的一次回想，想要這篇論文能起到必然的示范作用，讓同學(xué)們認(rèn)識(shí)到正在使用實(shí)踐中找到真題目，靜下心來一步一個(gè)腳印處理它，必然會(huì)有好的后果產(chǎn)出。將來團(tuán)隊(duì)將針對(duì)機(jī)械人正在兩棲環(huán)境活動(dòng)歷程中的根蒂根基力學(xué)理論持續(xù)深入研究，為進(jìn)步機(jī)械人的智能化程度持續(xù)起勁。
