上海交大研发“六爪章鱼”机器人灾难救援中大显身手

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上海交大研发“六爪章鱼”机器人灾难救援中大显身手

2024-07-10 05:56| 来源: 网络整理| 查看: 265

  听说过“蜘蛛侠”“钢铁侠”“蝙蝠侠”,但是您听说过“章鱼侠”吗?

  “章鱼侠”来了!

  远看,它长有六爪,在地上灵活稳健地行走,酷像一条章鱼,在深海中自在地游弋;

  近观,颇有“钢铁侠”之风范,钢足铁骨,想象它在火海水灾核难中穿行、救援,恰像一位无畏艰险的英雄。

  可是它既不是章鱼,也不是“钢铁侠”,而是“章鱼侠”机器人,是上海机器人家族中的一名“新丁”,由上海交大机械与动力工程学院高峰教授带领团队自主研发而成。

  别看是“新丁”,“章鱼侠”本领却非同寻常。哪里最危险,哪里就有它的身影。其移动自如的“六足”具有良好的复杂环境适应能力,可在核辐射、水下和火灾等极端环境下完成搬运、搜索、探测和救援作业等任务,让极端条件下的远程救援成为可能,标志着我国救援机器人迈入国际先进行列。

  “章鱼侠”成救援“超人”

  设想一下,当某个厂房或民居发生大火,火势蔓延,消防队员无法进入“火海”,而“火海”中有百姓和物资需要抢救,在这种情况下如何开展救援?

  当某地发生9级以上地震,且余震不断,一时间通信中断,断壁残垣把灾区和外界隔绝开来,同时灾区产生大量的高温和高辐射蒸汽,使得救援工作也难以展开。如何第一时间了解灾区情况,抢险救人?

  发生在2011年的日本福岛核电站灾难,人们还记忆犹新。在核电事故发生后,核电站内产生了高温、高压、高辐射的极端环境。在这种情况下,想要对事故进行处理和救援,如果仅仅依靠人力,必然会产生很大的伤亡和损失。

  这些绝地的情形,却正是“章鱼侠”机器人大显身手之处。

  高峰教授告诉记者,在这些极端环境下工作,救援机器人需要具备适应各种不同地形环境的灵活稳定的运动能力、环境实时感知能力,以及自律控制与人机交互协同的远程操控能力。这些都是仿生救援机器人的前沿技术。

  围绕这些前沿技术,高峰团队提出了既有很高承载,又有较大工作空间的仿生并联机构,研制出了高频、高响应的机器人伺服运动控制和规划技术,实现了机器人的高速、高精度控制。“章鱼侠”还具有较好的抗惯性力扰动的平衡能力,能够在热浪和强气流中,能够实现稳定平衡。

  当这些高端技术全副“武装”在“章鱼侠”上,“章鱼侠”就变成了救援“超人”。通过远程人机结合,“章鱼侠”具备深入极端复杂危险环境的能力,可以完成搬运、搜索、探测和救援作业等多种任务。

  可背400斤重物,在极端条件下灵活行走

  记者看到,“章鱼侠”机器人高约1米,最大伸展尺寸是1.5*1.5米,采用了特殊的腿部设计,每条腿都装有3个电机,由18个电机驱动,能负重400斤。“章鱼侠”腿脚可实现18个自由度变换,能够灵活地沿各个方向稳定行走,时速可达1.2千米/小时。

  高峰教授介绍,“依靠安装在腹部或者背部的设备,机器人可以充当一个稳固的移动操作平台,执行搬运、打孔等作业;当用“四爪”站立时,空出的“两爪”便可当“两手”完成拧动阀门,清理事故现场等作业。

  “章鱼侠”机身采用完全对称的设计,可以不分前后,在任意方向快速运动,拥有很强的机动性和避障能力。行走任何时刻总有3条腿作为支撑,具有很好的稳定性。依靠现代化的通讯、控制手段,机器人能对抗干扰,准确地执行人们的指令。拥有了这些能力,“章鱼侠”便宛如现实版的“蜘蛛侠”,深入灾区,代替人们完成最危险的工作。

  事实上,“章鱼侠”的能力远不止如此,采用各种不同的防护后,它还能在水下环境中作业,还可以在火灾现场或有毒环境中完成救灾任务。

  “章鱼侠”打破国际垄断

  长期以来,步行机器人技术在国际上一直是发达国家的天下。高峰教授介绍,发达国家仿生机器人单元技术发展迅速,在仿生机器人的机构系统、驱动技术、信息感知和控制技术等方面开展了深入系统的基础研究,有些单元技术和成果进入商品化实用阶段,国内仿生机器人和单元技术的基础研究与应用水平同国际先进水平相比有明显差距。

  高峰教授带领的团队早在2000年便开始仿生机器人的研究工作,先后开发了两足、四足和六足机器人,尤其在并联仿生机构、高功率密度驱动等技术上积累了大量经验。2011年初,项目团队成功获得国家863计划主题项目“高性能四足仿生机器人”资助。项目实施之后,先后研究出4代“四足仿生小象机器人”。2013年初,项目团队又成功获得国家973项目“核电站紧急救灾机器人的基础科学问题”资助。仅仅经过半年多的时间,核电站救援章鱼机器人的原型机就已制造出来,并可实现多种任务。

  高峰教授团队研发“章鱼侠”是“智慧小象”的兄弟。“智慧小象”已在四足仿生机器人设计与控制上取得重要成果,突破了仿生机构、高功率密度液压驱动、状态感知与环境适应、仿生步态规划与动态控制等核心技术。作为它的“兄弟”,“章鱼侠”机器人具有高速、高负载能力、对典型非结构化地形具有高适应能力,使我国六足救援机器人进入国际先进行列,促进智能机器人技术的发展。“六爪章鱼”具有完全自主知识产权,成为我国机器人技术的重要成果。

曹杰 杜欣


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