足(zu)槳式多模(mo)態(tai)(tai)水(shui)陸(lu)兩(liang)棲機器(qi)人辦理了機器(qi)人難以正(zheng)在淺灘環(huan)境(jing)中急(ji)迅游(you)(you)動(dong)和(he)(he)快速奔(ben)馳的業界(jie)困難。憑(ping)仗(zhang)足(zu)槳可(ke)變(bian)型樞紐和(he)(he)多模(mo)態(tai)(tai)驅動(dong)，機器(qi)人可(ke)正(zheng)在沙岸和(he)(he)水(shui)下智能切換奔(ben)馳形式和(he)(he)游(you)(you)動(dong)形式。研討團(tuan)隊正(zheng)在淺灘環(huan)境(jing)中對(dui)足(zu)槳式多模(mo)態(tai)(tai)水(shui)陸(lu)

兩棲機器(qi)人開展試驗哈爾(er)濱工(gong)程大學供圖(tu)

　　憑仗足槳可(ke)變型樞紐(niu)和多(duo)模態驅動(dong)，機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)可(ke)正在(zai)(zai)沙岸和水(shui)下智能切換奔馳形式和游動(dong)形式。這便是哈爾(er)濱(bin)工程大學王剛副(fu)教授科研(yan)團隊的(de)最(zui)新研(yan)究結果——足槳式多(duo)模態水(shui)陸(lu)兩(liang)棲(qi)機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)。這款水(shui)陸(lu)兩(liang)棲(qi)機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)處理了機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)難以正在(zai)(zai)淺灘環境中急迅游動(dong)和快速奔馳的(de)業界困難。日(ri)前，機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)行業國(guo)際頂(ding)級(ji)期刊《IEEE機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)學匯刊》正在(zai)(zai)線(xian)頒發了這一結果。

　　該論文由哈爾(er)濱(bin)工程(cheng)大學水(shui)下(xia)機器人技能重點實驗(yan)室自力(li)完成，王(wang)剛為論文的通(tong)訊作者，哈爾(er)濱(bin)工程(cheng)大學博士研究生馬鑫盟和(he)劉(liu)開鑫為配合第一作者。

　　新思路讓(rang)體系(xi)化繁為簡

　　兩棲(qi)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)研(yan)討一(yi)直是機(ji)器(qi)人(ren)范疇的(de)熱門之一(yi)，為了(le)正在水陸兩種差別的(de)介(jie)質(zhi)中活(huo)動，絕(jue)多數兩棲(qi)機(ji)器(qi)人(ren)既要有(you)輪子(zi)又(you)要有(you)螺旋槳，但由于(yu)水陸環(huan)境介(jie)質(zhi)密(mi)度相差偉大(da)，尤其是毗(pi)連海洋和陸地(di)的(de)淺灘，浪流(liu)擾動強(qiang)烈，空(kong)中干濕顆粒力學(xue)特征存正在很大(da)差別，是以不利于(yu)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)靈敏活(huo)動。

　　而王剛(gang)團隊提(ti)出的(de)(de)(de)足槳式(shi)多模態水(shui)陸(lu)兩(liang)棲機(ji)械(xie)(xie)人計劃，為兩(liang)棲機(ji)械(xie)(xie)人設計給(gei)予(yu)了(le)(le)一種新思路。經由過(guo)程推動(dong)(dong)安裝(zhuang)的(de)(de)(de)共(gong)同(tong)構型和參數優化(hua)要領，團隊將足槳本身的(de)(de)(de)多形式(shi)推動(dong)(dong)才(cai)能取機(ji)體的(de)(de)(de)變型才(cai)能相(xiang)結合，實現了(le)(le)機(ji)械(xie)(xie)人在(zai)兩(liang)棲環(huan)境(jing)下的(de)(de)(de)活(huo)動(dong)(dong)模態切換，降低(di)(di)了(le)(le)機(ji)械(xie)(xie)人體系(xi)的(de)(de)(de)龐雜水(shui)平，取此同(tong)時知足了(le)(le)水(shui)中、陸(lu)上兩(liang)種完整沒有(you)一樣(yang)環(huan)境(jing)下關于機(ji)械(xie)(xie)人迅速(su)活(huo)動(dong)(dong)的(de)(de)(de)需求，辦理了(le)(le)傳(chuan)統要領將爬游(you)功效(xiao)疊(die)加(jia)導致的(de)(de)(de)機(ji)械(xie)(xie)人活(huo)動(dong)(dong)性能沒有(you)迅速(su)、功課效(xiao)力低(di)(di)的(de)(de)(de)題目。

　　這(zhe)款水(shui)陸兩棲機(ji)(ji)器人(ren)由機(ji)(ji)體(ti)框架、變型(xing)(xing)驅(qu)動(dong)(dong)樞(shu)紐、操縱(zong)艙、電池倉、足槳(jiang)驅(qu)動(dong)(dong)裝配構成(cheng)。正(zheng)(zheng)在奔馳形式下(xia)(xia)，機(ji)(ji)體(ti)正(zheng)(zheng)在變型(xing)(xing)驅(qu)動(dong)(dong)樞(shu)紐的驅(qu)動(dong)(dong)下(xia)(xia)展(zhan)平，足槳(jiang)驅(qu)動(dong)(dong)樞(shu)紐以(yi)低(di)速(su)形式驅(qu)動(dong)(dong)足槳(jiang)，機(ji)(ji)器人(ren)依托足部的推(tui)(tui)動(dong)(dong)力正(zheng)(zheng)在海底或沙(sha)岸奔馳；正(zheng)(zheng)在游(you)動(dong)(dong)形式下(xia)(xia)，機(ji)(ji)體(ti)正(zheng)(zheng)在變型(xing)(xing)驅(qu)動(dong)(dong)樞(shu)紐的驅(qu)動(dong)(dong)下(xia)(xia)折(zhe)疊(die)，足槳(jiang)驅(qu)動(dong)(dong)樞(shu)紐以(yi)高速(su)形式驅(qu)動(dong)(dong)足槳(jiang)，機(ji)(ji)器人(ren)依托槳(jiang)的推(tui)(tui)動(dong)(dong)才能正(zheng)(zheng)在水(shui)面、水(shui)中游(you)動(dong)(dong)。

　　奔馳速度優于同類機器人

　　讓科研成果落地(di)是(shi)(shi)團隊(dui)搏斗的(de)目(mu)的(de)。團隊(dui)研發的(de)機器(qi)人(ren)無(wu)論是(shi)(shi)正在石地(di)、草地(di)、沙岸(an)，照舊水底(di)、水中、水面(mian)，皆浮現出(chu)了比(bi)同類機器(qi)人(ren)更優(you)越的(de)活動才能(neng)和負載才能(neng)，“體(ti)能(neng)測試”成果非常優(you)秀(xiu)。

　　憑仗奇特(te)的(de)構型，足槳式多(duo)模態水陸兩棲(qi)機械人(ren)正在水下陸上均能實現高速活(huo)動(dong)。團隊經(jing)過彈性剛體(ti)—顆粒介質—兩相流體(ti)耦合仿(fang)真辦法，對(dui)機械人(ren)的(de)足部多(duo)少(shao)參(can)數(shu)(shu)和奔馳進程的(de)活(huo)動(dong)參(can)數(shu)(shu)開展優(you)化(hua)，極大地增加了其正在沙岸和海底的(de)活(huo)動(dong)本領(ling)。

　　與此同時(shi)，團(tuan)隊采取(qu)多傳感器感知和信息交融手藝，讓機(ji)(ji)械(xie)人可自(zi)動(dong)識(shi)別當前的(de)環境并調(diao)劑活動(dong)形式。取(qu)同類機(ji)(ji)械(xie)人相比，正在(zai)已公開揭橥(zhu)的(de)研究成果中，該機(ji)(ji)械(xie)人正在(zai)顆粒介質(zhi)地面的(de)奔馳(chi)速(su)度可到(dao)達4倍體長/秒，是(shi)今朝同范例機(ji)(ji)械(xie)人中活動(dong)速(su)度最快的(de)。

　　絕多數兩棲機械(xie)(xie)人(ren)下水(shui)(shui)后易懸(xuan)浮(fu)(fu)于水(shui)(shui)中，而該機械(xie)(xie)人(ren)入水(shui)(shui)后處(chu)于背浮(fu)(fu)力狀(zhuang)況，可直(zhi)接沉入海底(di)(di)，這為(wei)(wei)(wei)機械(xie)(xie)人(ren)正在海底(di)(di)事情給予了也許。該機械(xie)(xie)人(ren)高度唯一0.22米(mi)，當它(ta)緊(jin)貼海底(di)(di)時，比懸(xuan)浮(fu)(fu)式(shi)機械(xie)(xie)人(ren)受水(shui)(shui)流的(de)危害更小，功課更穩固(gu)。正在海底(di)(di)功課時，碰到(dao)大(da)面積水(shui)(shui)草、珊瑚礁，機械(xie)(xie)人(ren)直(zhi)接穿過必然會形成(cheng)必然生態損(sun)壞(huai)，此(ci)時機械(xie)(xie)人(ren)可由匍匐狀(zhuang)況切換為(wei)(wei)(wei)游動形式(shi)，當切換為(wei)(wei)(wei)游動形式(shi)時，它(ta)正在水(shui)(shui)中可以敏捷地(di)正在各種障(zhang)礙物中穿越。

　　別的，借助游動(dong)形式(shi)，機器人可運動(dong)到水面四周接納定位取通訊旌旗燈(deng)號，對本(ben)人的位置信息舉行校準。

　　研發團(tuan)隊平均(jun)年齡(ling)26歲

　　這支(zhi)機器(qi)人研發團隊非常(chang)年青，除(chu)王(wang)剛，也有(you)3名博(bo)士生和5名碩士生，團隊成員平均(jun)年齡只有(you)26歲。

　　想(xiang)要(yao)完成一(yi)個具有優秀性能(neng)的機器(qi)(qi)人，須要(yao)團隊正(zheng)(zheng)在(zai)系統集成、智能(neng)掌(zhang)握、環境感知等方面都不能(neng)有短板(ban)。正(zheng)(zheng)在(zai)機器(qi)(qi)人的重量(liang)取負載才(cai)能(neng)、陸上取水下介質受力差別、快速性取操縱性等種種干(gan)系中尋覓平衡點是研發(fa)過程中的最大難(nan)點。

　　團隊(dui)正在(zai)研(yan)討(tao)(tao)進(jin)程(cheng)中發覺(jue)，由(you)(you)陸(lu)到水全部(bu)進(jin)程(cheng)中的(de)顆(ke)粒(li)(li)介質力(li)學(xue)特征差別，而現有理論皆(jie)是以干顆(ke)粒(li)(li)為研(yan)討(tao)(tao)工具，濕顆(ke)粒(li)(li)研(yan)討(tao)(tao)成果則鳳毛(mao)麟角。沒(mei)有能(neng)夠參(can)考的(de)研(yan)討(tao)(tao)成果，團隊(dui)便由(you)(you)最根本(ben)的(de)機(ji)械人(ren)(ren)足部(bu)取顆(ke)粒(li)(li)介質交互進(jin)程(cheng)的(de)力(li)學(xue)性質入(ru)手。經過(guo)豎立機(ji)械人(ren)(ren)正在(zai)沙岸和(he)海底奔(ben)馳進(jin)程(cheng)的(de)靜態阻(zu)力(li)模子，團隊(dui)實現了對機(ji)械人(ren)(ren)正在(zai)顆(ke)粒(li)(li)介質空中奔(ben)馳進(jin)程(cheng)的(de)展(zhan)望和(he)參(can)數(shu)優化(hua)；借(jie)助測算流體(ti)力(li)學(xue)、離散(san)元和(he)多體(ti)動力(li)學(xue)耦合(he)仿真等要領，團隊(dui)完成了機(ji)械人(ren)(ren)的(de)設計和(he)優化(hua)進(jin)程(cheng)。雖然(ran)“由(you)(you)頭開始”拉長了全部(bu)研(yan)討(tao)(tao)周(zhou)期，但正在(zai)這(zhe)個(ge)進(jin)程(cheng)中，同學(xue)們疾(ji)速發展(zhan)起來。現正在(zai)，正在(zai)這(zhe)個(ge)唯一9人(ren)(ren)的(de)團隊(dui)里，由(you)(you)設計到裝(zhuang)配，由(you)(you)接線(xian)到調(diao)試，由(you)(you)編程(cheng)到試驗的(de)各個(ge)步(bu)驟皆(jie)有“專家”。

　　王(wang)剛透露表現，該(gai)論(lun)文(wen)是對團隊(dui)曩昔探(tan)索歷(li)(li)程的一(yi)次回(hui)想，想要(yao)這篇論(lun)文(wen)能起到必然的示范作用，讓同學們認識(shi)到正(zheng)在使用實(shi)踐中找到真(zhen)題目，靜下心來(lai)一(yi)步(bu)一(yi)個(ge)腳(jiao)印處理它(ta)，必然會有好的后果產(chan)出。將來(lai)團隊(dui)將針對機械人正(zheng)在兩棲環境活(huo)動歷(li)(li)程中的根蒂根基力(li)學理論(lun)持續深入(ru)研究，為進(jin)步(bu)機械人的智能化程度持續起勁。