“章魚(yú)俠”來(lái)了！

遠(yuǎn)看，它長(zhǎng)有六爪，在地上靈活穩(wěn)健地行走，酷像一條章魚(yú)，在深海中自在地游弋；近觀，頗有“鋼鐵俠”之風(fēng)范，鋼足鐵骨，想象它在火海水災(zāi)核難中穿行、救援，恰像一位無(wú)畏艱險(xiǎn)的英雄。

可是它既不是章魚(yú)，也不是“鋼鐵俠”，而是“章魚(yú)俠”機(jī)器人，是上海機(jī)器人家族中的一名“新丁”，由上海交大機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院高峰教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)而成。

別看是“新丁”，“章魚(yú)俠”本領(lǐng)卻非同尋常。哪里最危險(xiǎn)，哪里就有它的身影。其移動(dòng)自如的“六足”具有良好的復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)能力，可在核輻射、水下和火災(zāi)等極端環(huán)境下完成搬運(yùn)、搜索、探測(cè)和救援作業(yè)等任務(wù)，讓極端條件下的遠(yuǎn)程救援成為可能，標(biāo)志著我國(guó)救援機(jī)器人邁入國(guó)際先進(jìn)行列。

“章魚(yú)俠”成救援“超人”

當(dāng)某個(gè)廠房或民居發(fā)生大火，火勢(shì)蔓延，消防隊(duì)員無(wú)法進(jìn)入，而“火海”中有百姓和物資需要搶救，在這種情況下如何開(kāi)展救援？

當(dāng)某地發(fā)生9級(jí)以上地震且余震不斷，通訊中斷，斷壁殘?jiān)由系卣甬a(chǎn)生的大量高溫和高輻射蒸汽，阻斷著救援工作。如何第一時(shí)間了解災(zāi)區(qū)情況，搶險(xiǎn)救人？

一旦發(fā)生如2011年日本福島一般的核電站災(zāi)難，在高溫、高壓、高輻射的極端環(huán)境下進(jìn)行處理和救援，如僅靠人力，必然會(huì)產(chǎn)生很大的傷亡和損失。

這些絕地情形，正是“章魚(yú)俠”機(jī)器人大顯身手之處。

高峰教授介紹說(shuō)，救援機(jī)器人需要具備適應(yīng)各種不同地形環(huán)境的靈活穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)能力、環(huán)境實(shí)時(shí)感知能力，以及自律控制與人機(jī)交互協(xié)同的遠(yuǎn)程操控能力。這些都是仿生救援機(jī)器人的前沿技術(shù)。

圍繞這些前沿技術(shù)，高峰團(tuán)隊(duì)提出了既有很高承載、又有較大工作空間的仿生并聯(lián)機(jī)構(gòu)，研制出高頻、高響應(yīng)的機(jī)器人伺服運(yùn)動(dòng)控制和規(guī)劃技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的高速、高精度控制。“章魚(yú)俠”具有較好的抗慣性力擾動(dòng)的平衡能力，能夠在熱浪和強(qiáng)氣流中保持穩(wěn)定平衡。

被高端技術(shù)“全副武裝”的“章魚(yú)俠”，化身為救援“超人”。通過(guò)遠(yuǎn)程人機(jī)結(jié)合，它可以深入極端復(fù)雜危險(xiǎn)環(huán)境，完成搬運(yùn)、搜索、探測(cè)和救援作業(yè)等多種任務(wù)。

可背400斤重物，在極端條件下靈活行走

“章魚(yú)俠”機(jī)器人高約1米，最大伸展尺寸是1.5×1.5米，采用了特殊的腿部設(shè)計(jì)，每條腿都裝有3個(gè)電機(jī)，由18個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，能負(fù)重400斤，腿腳可實(shí)現(xiàn)18個(gè)自由度變換，能夠靈活地沿各個(gè)方向穩(wěn)定行走，時(shí)速可達(dá)1.2千米/小時(shí)。

高峰教授介紹，“依靠安裝在腹部或者背部的設(shè)備，機(jī)器人可以充當(dāng)一個(gè)穩(wěn)固的移動(dòng)操作平臺(tái)，執(zhí)行搬運(yùn)、打孔等作業(yè)；當(dāng)用“四爪”站立時(shí)，空出的“兩爪”便可當(dāng)“兩手”完成擰動(dòng)閥門(mén)，清理事故現(xiàn)場(chǎng)等作業(yè)。

“章魚(yú)俠”機(jī)身采用完全對(duì)稱的設(shè)計(jì)，可以不分前后，在任意方向快速運(yùn)動(dòng)，擁有很強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性和避障能力。任何時(shí)刻總有3條腿穩(wěn)穩(wěn)地作為支撐。依靠現(xiàn)代化的通訊、控制手段，機(jī)器人能對(duì)抗干擾，準(zhǔn)確地執(zhí)行人們的指令。于是，“章魚(yú)俠”宛如現(xiàn)實(shí)版的“蜘蛛俠”，能深入災(zāi)區(qū)，代替人們完成最危險(xiǎn)的工作。

“章魚(yú)俠”的能力遠(yuǎn)不止如此，采用各種不同的防護(hù)后，它還能在水下環(huán)境中作業(yè)，在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)或有毒環(huán)境中完成救災(zāi)任務(wù)。

“章魚(yú)俠”打破國(guó)際壟斷

步行機(jī)器人技術(shù)在國(guó)際上一直是發(fā)達(dá)國(guó)家的天下。據(jù)了解，發(fā)達(dá)國(guó)家仿生機(jī)器人單元技術(shù)發(fā)展迅速，在機(jī)構(gòu)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)技術(shù)、信息感知和控制技術(shù)等方面已有深入系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究，有些成果已進(jìn)入商品化實(shí)用階段，國(guó)內(nèi)尚有明顯差距。

高峰團(tuán)隊(duì)2000年起研究仿生機(jī)器人，先后開(kāi)發(fā)了兩足、四足和六足機(jī)器人，尤其在并聯(lián)仿生機(jī)構(gòu)、高功率密度驅(qū)動(dòng)等技術(shù)上積累了大量經(jīng)驗(yàn)。2011年，團(tuán)隊(duì)獲得國(guó)家863計(jì)劃資助，先后研究出4代“四足仿生小象機(jī)器人”。2013年，又獲得國(guó)家973項(xiàng)目“核電站緊急救災(zāi)機(jī)器人的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題”資助，才過(guò)半年多，核電站救援章魚(yú)機(jī)器人的原型機(jī)就已制造出來(lái)，并可實(shí)現(xiàn)多種任務(wù)。

“章魚(yú)俠”是高峰團(tuán)隊(duì)此前研制的“智慧小象”的兄弟。“智慧小象”已在四足仿生機(jī)器人設(shè)計(jì)與控制上取得重要成果，突破了仿生機(jī)構(gòu)、高功率密度液壓驅(qū)動(dòng)、狀態(tài)感知與環(huán)境適應(yīng)、仿生步態(tài)規(guī)劃與動(dòng)態(tài)控制等核心技術(shù)。“章魚(yú)俠”則具有高速、高負(fù)載能力和對(duì)典型非結(jié)構(gòu)化地形的高適應(yīng)能力，使我國(guó)六足救援機(jī)器人進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)行列。“六爪章魚(yú)”具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，成為我國(guó)機(jī)器人技術(shù)的重要成果。