◎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。

大(da)部(bu)分(fen)兩(liang)棲(qi)機(ji)器(qi)人(ren)下(xia)水(shui)後(hou)易(yi)懸(xuan)浮(fu)於(yu)水(shui)中(zhong)
，而(er)該(gai)機(ji)器(qi)人(ren)入(ru)水(shui)後(hou)處(chu)於(yu)負(fu)浮(fu)力(li)狀(zhuang)態(tai)，可(ke)直(zhi)接(jie)沉(chen)入(ru)海(hai)底(di)，這(zhe)為(wei)機(ji)器(qi)人(ren)在(zai)海(hai)底(di)工(gong)作(zuo)提(ti)供(gong)了(le)可(ke)能(neng)。該(gai)機(ji)器(qi)人(ren)高(gao)度(du)僅(jin)有(you)0.22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”。

wanggangbiaoshi
，gailunwenshiduituanduiguoqutansuoguochengdeyicihuigu，xiwangzhepianlunwennengqidaoyidingdeshifanzuoyong
，rangtongxuemenrenshidaozaiyingyongshijianzhongzhaodaozhenwenti，jingxiaxinlaijiaotashidijiejueta

，yidinghuiyouhaodejieguochanchu。weilaituanduijiangzhenduijiqirenzailiangqihuanjingyundongguochengzhongdejichulixuelilunjixushenruyanjiu，weitigaojiqirendezhinenghuashuipingjixunuli。