机器人可在沙滩和水下智能切换奔跑模式和游动模式——日前，机器人领域国际顶级期刊《IEEE机器人学汇刊》在线发表了哈尔滨工程大学王刚副教授科研团队的“足桨式多模态水陆两栖机器人”最新研究成果，使一直困扰业界的机器人在浅滩环境中敏捷游动和快速奔跑的科学难题得到完美解决。

足桨式多模态水陆两栖机器人

足桨式多模态水陆两栖机器人在颗粒介质地面能够达到4倍体长/秒的奔跑速度，达到同类型机器人的国际领先水平，实现了从问题提出、理论突破到技术成果落地的跨越。

该论文由哈尔滨工程大学水下机器人技术国家级重点实验室独立完成，王刚副教授为论文的通讯作者，该校博士研究生马鑫盟和刘开鑫为共同第一作者。

足桨式多模态两栖机器人研发团队

两栖机器人的研究一直是机器人领域的热点之一，为了在海陆两种不同的介质中运动，大部分两栖机器人既有轮子又有螺旋桨，但由于环境介质密度相差巨大，尤其在连接海洋和陆地的浅滩，浪流扰动剧烈，地面干湿颗粒力学特性存在很大不同，这样的构型不利于机器人敏捷运动。而王刚团队提出了一种足桨式多模态水陆两栖机器人方案，为两栖机器人方案设计提供了一种新的思路。

通过推进装置的独特构型和参数优化方法，将足桨自身的多模式推进能力与机体的变型能力相结合，实现了机器人在两栖环境下的运动模态切换，降低了机器人系统的复杂程度，同时满足水中、陆上两种完全不同环境下对于敏捷运动的需求，解决了传统方法将爬游功能叠加造成的运动性能不敏捷、作业效率低的难题。

足桨式多模态两栖机器人在水中

机器人由可变形机体框架、变型驱动关节、控制舱、电池仓、足桨驱动装置组成。在奔跑模式下，机体在变型驱动关节的驱动下展平，足桨驱动关节以低速模式驱动足桨，机器人依靠足部的推进能力在海底或沙滩奔跑；在游动模式下，机体在变型驱动关节的驱动下折叠，足桨驱动关节以高速模式驱动足桨，机器人依靠桨的推进能力在水面、水中游动。国际上，首次实现机器人既能在沙滩、海底高速奔跑，也能在水中敏捷游动。

做真科研，让科研成果落地是团队奋斗的目标，团队研发的机器人并非实验室的模型，无论是石地、草地、沙滩，还是水底、水中、水面，机器人都表现出了比同类机器人更优越的运动能力和负载能力，“体能测试”十分优异。

足桨式多模态两栖机器人在沙滩上

足桨式多模态水陆两栖机器人凭借独特的构型，水下陆上均能实现高速运动。团队通过弹性刚体-颗粒介质-两相流体耦合仿真方法，对机器人的足部几何参数和奔跑过程的运动参数进行优化，极大地提高了其在沙滩和海底的运动能力。

采用多传感器感知和信息融合技术，机器人可自动识别当前的环境并调整运动模式。与同类机器人相比，在已公开发表的研究成果中，该机器人在颗粒介质地面奔跑速度可达到4倍体长/秒，是目前同类型机器人中运动速度最快的。

大部分两栖机器人下水后悬浮于水中，而足桨式多模态水陆两栖机器人入水后处于负浮力状态，可直接沉入海底，这为机器人在海底工作提供了优越条件。

在海底时，机器人遇到大面积水草、珊瑚礁，直接穿过必然会造成一定生态破坏，而此时足桨式多模态水陆两栖机器人由爬行状态切换为游动状态，身体折叠同时足桨驱动关节切换为高速转动模式，形似空中的四旋翼构型，针对这个构型团队开发的控制算法让两栖机器人实现了水中多自由度运动。

此外，借助游动模式，足桨式多模态水陆两栖机器人可在运动水面附近接收定位与通讯信号，对自己的位置信息进行校准，这对于两栖机器人来讲是十分必要的能力，因为在浅水环境中的定位和通讯都是行业难题。

（图片由哈尔滨工程大学提供）

（原标题《首次实现！国际领先！这个水陆两栖机器人不简单》）

编辑 高原 审读 刘春生 审核 张雪松