◎本報記者 李麗雲 通 訊 員 朱 虹

pingjiezujiangkebianxingguanjieheduomotaiqudong
，jiqirenkezaishatanheshuixiazhinengqiehuanbenpaomoshiheyoudongmoshi。zhejiushihaerbingongchengdaxuewanggangfujiaoshoukeyantuanduidezuixinyanjiuchengguo——足zu槳jiang式shi多duo模mo態tai水shui陸lu兩liang棲qi機ji器qi人ren。這zhe款kuan水shui陸lu兩liang棲qi機ji器qi人ren解jie決jue了le機ji器qi人ren難nan以yi在zai淺qian灘tan環huan境jing中zhong敏min捷jie遊you動dong和he快kuai速su奔ben跑pao的de業ye界jie難nan題ti。日ri前qian，機ji器qi人ren領ling域yu國guo際ji頂ding級ji期qi刊kan《IEEE機器人學彙刊》在線發表了這一成果。

該gai論lun文wen由you哈ha爾er濱bin工gong程cheng大da學xue水shui下xia機ji器qi人ren技ji術shu重zhong點dian實shi驗yan室shi獨du立li完wan成cheng，王wang剛gang為wei論lun文wen的de通tong訊xun作zuo者zhe
，哈ha爾er濱bin工gong程cheng大da學xue博bo士shi研yan究jiu生sheng馬ma鑫xin盟meng和he劉liu開kai鑫xin為wei共gong同tong第di一yi作zuo者zhe。

新思路讓係統化繁為簡

兩liang棲qi機ji器qi人ren的de研yan究jiu一yi直zhi是shi機ji器qi人ren領ling域yu的de熱re點dian之zhi一yi，為wei了le在zai水shui陸lu兩liang種zhong不bu同tong的de介jie質zhi中zhong運yun動dong
，大da部bu分fen兩liang棲qi機ji器qi人ren既ji要yao有you輪lun子zi又you要yao有you螺luo旋xuan槳jiang，但dan由you於yu水shui陸lu環huan境jing介jie質zhi密mi度du相xiang差cha巨ju大da，尤you其qi是shi連lian接jie海hai洋yang和he陸lu地di的de淺qian灘tan，浪lang流liu擾rao動dong劇ju烈lie，地di麵mian幹gan濕shi顆ke粒li力li學xue特te性xing存cun在zai很hen大da不bu同tong，因yin此ci不bu利li於yu機ji器qi人ren的de敏min捷jie運yun動dong。

而王剛團隊提出的足槳式多模態水陸兩棲機器人方案，為兩棲機器人設計提供了一種新思路。通tong過guo推tui進jin裝zhuang置zhi的de獨du特te構gou型xing和he參can數shu優you化hua方fang法fa，團tuan隊dui將jiang足zu槳jiang自zi身shen的de多duo模mo式shi推tui進jin能neng力li與yu機ji體ti的de變bian型xing能neng力li相xiang結jie合he，實shi現xian了le機ji器qi人ren在zai兩liang棲qi環huan境jing下xia的de運yun動dong模mo態tai切qie換huan
，降jiang低di了le機ji器qi人ren係xi統tong的de複fu雜za程cheng度du
，同tong時shi滿man足zu了le水shui中zhong

、陸上兩種完全不同環境下對於機器人敏捷運動的需求，解決了傳統方法將爬遊功能疊加造成的機器人運動性能不敏捷
、作業效率低的問題。

這款水陸兩棲機器人由機體框架、變型驅動關節
、控製艙、電池倉、足zu槳jiang驅qu動dong裝zhuang置zhi組zu成cheng。在zai奔ben跑pao模mo式shi下xia
，機ji體ti在zai變bian型xing驅qu動dong關guan節jie的de驅qu動dong下xia展zhan平ping，足zu槳jiang驅qu動dong關guan節jie以yi低di速su模mo式shi驅qu動dong足zu槳jiang，機ji器qi人ren依yi靠kao足zu部bu的de推tui進jin力li在zai海hai底di或huo沙sha灘tan奔ben跑pao；在遊動模式下，機體在變型驅動關節的驅動下折疊，足槳驅動關節以高速模式驅動足槳

，機器人依靠槳的推進能力在水麵
、水中遊動。

奔跑速度優於同類機器人

讓科研成果落地是團隊奮鬥的目標。團隊研發的機器人無論是在石地、草地、沙灘
，還是水底、水中、水麵，都表現出了比同類機器人更優越的運動能力和負載能力，“體能測試”成績十分優異。

憑借獨特的構型，足槳式多模態水陸兩棲機器人在水下陸上均能實現高速運動。團隊通過彈性剛體—顆粒介質—兩相流體耦合仿真方法，對機器人的足部幾何參數和奔跑過程的運動參數進行優化，極大地提高了其在沙灘和海底的運動能力。

同(tong)時(shi)，團(tuan)隊(dui)采(cai)用(yong)多(duo)傳(chuan)感(gan)器(qi)感(gan)知(zhi)和(he)信(xin)息(xi)融(rong)合(he)技(ji)術(shu)，讓(rang)機(ji)器(qi)人(ren)可(ke)自(zi)動(dong)識(shi)別(bie)當(dang)前(qian)的(de)環(huan)境(jing)並(bing)調(tiao)整(zheng)運(yun)動(dong)模(mo)式(shi)。與(yu)同(tong)類(lei)機(ji)器(qi)人(ren)相(xiang)比(bi)，在(zai)已(yi)公(gong)開(kai)發(fa)表(biao)的(de)研(yan)究(jiu)成(cheng)果(guo)中(zhong)，該(gai)機(ji)器(qi)人(ren)在(zai)顆(ke)粒(li)介(jie)質(zhi)地(di)麵(mian)的(de)奔(ben)跑(pao)速(su)度(du)可(ke)達(da)到(dao)4倍體長/秒，是目前同類型機器人中運動速度最快的。

dabufenliangqijiqirenxiashuihouyixuanfuyushuizhong

，ergaijiqirenrushuihouchuyufufulizhuangtai，kezhijiechenruhaidi，zheweijiqirenzaihaidigongzuotigonglekeneng。gaijiqirengaodujinyou0.22米，當它緊貼海底時
，比懸浮式機器人受水流的影響更小，作業更穩定。在海底作業時
，遇到大麵積水草、珊shan瑚hu礁jiao，機ji器qi人ren直zhi接jie穿chuan過guo必bi然ran會hui造zao成cheng一yi定ding生sheng態tai破po壞huai
，此ci時shi機ji器qi人ren可ke由you爬pa行xing狀zhuang態tai切qie換huan為wei遊you動dong模mo式shi，當dang切qie換huan為wei遊you動dong模mo式shi時shi，它ta在zai水shui中zhong能neng夠gou敏min捷jie地di在zai各ge類lei障zhang礙ai物wu中zhong穿chuan梭suo。

此外，借助遊動模式
，機器人可運動到水麵附近接收定位與通訊信號，對自己的位置信息進行校準。

研發團隊平均年齡26歲

這支機器人研發團隊十分年輕，除了王剛

，還有3名博士生和5名碩士生，團隊成員平均年齡隻有26歲。

想要完成一個具有優異性能的機器人
，需要團隊在係統集成、智能控製、環境感知等方麵都不能有短板。在機器人的重量與負載能力、陸上與水下介質受力差異


、快速性與操縱性等各種關係中尋找平衡點是研發過程中的最大難點。

團tuan隊dui在zai研yan究jiu過guo程cheng中zhong發fa現xian，從cong陸lu到dao水shui整zheng個ge過guo程cheng中zhong的de顆ke粒li介jie質zhi力li學xue特te性xing不bu同tong，而er現xian有you理li論lun都dou是shi以yi幹gan顆ke粒li為wei研yan究jiu對dui象xiang，濕shi顆ke粒li研yan究jiu成cheng果guo則ze寥liao寥liao無wu幾ji。沒mei有you可ke以yi參can考kao的de研yan究jiu成cheng果guo，團tuan隊dui便bian從cong最zui基ji礎chu的de機ji器qi人ren足zu部bu與yu顆ke粒li介jie質zhi交jiao互hu過guo程cheng的de力li學xue性xing質zhi入ru手shou。通tong過guo建jian立li機ji器qi人ren在zai沙sha灘tan和he海hai底di奔ben跑pao過guo程cheng的de動dong態tai阻zu力li模mo型xing，團tuan隊dui實shi現xian了le對dui機ji器qi人ren在zai顆ke粒li介jie質zhi地di麵mian奔ben跑pao過guo程cheng的de預yu測ce和he參can數shu優you化hua
；借助計算流體力學、離散元和多體動力學耦合仿真等方法，團隊完成了機器人的設計和優化過程。雖然“從頭開始”拉長了整個研究周期，但在這個過程中

，同學們迅速成長起來。如今，在這個僅有9人的團隊裏，從設計到裝配

，從接線到調試，從編程到試驗的各個流程都有“專家”。

王wang剛gang表biao示shi
，該gai論lun文wen是shi對dui團tuan隊dui過guo去qu探tan索suo過guo程cheng的de一yi次ci回hui顧gu，希xi望wang這zhe篇pian論lun文wen能neng起qi到dao一yi定ding的de示shi範fan作zuo用yong，讓rang同tong學xue們men認ren識shi到dao在zai應ying用yong實shi踐jian中zhong找zhao到dao真zhen問wen題ti
，靜jing下xia心xin來lai腳jiao踏ta實shi地di解jie決jue它ta
，一yi定ding會hui有you好hao的de結jie果guo產chan出chu。未wei來lai團tuan隊dui將jiang針zhen對dui機ji器qi人ren在zai兩liang棲qi環huan境jing運yun動dong過guo程cheng中zhong的de基ji礎chu力li學xue理li論lun繼ji續xu深shen入ru研yan究jiu，為wei提ti高gao機ji器qi人ren的de智zhi能neng化hua水shui平ping繼ji續xu努nu力li。