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我國首臺蛇形機器人悠然出“洞” -------------------------------------------------------------------------------- 2001年12月5日14:53 東方網 農諺說：“三月三，蛇出山；九月九，蛇進土”。然而，就在初冬時節，我國第一條機器蛇（又稱蛇形機器人）卻在國防科技大學5名碩士研究生的“孵化”下，悠然出“洞”了。 那么，5名平均年齡只有23歲的碩士研究生，是如何造出中國第一條機器蛇的呢？ 靈感來自一次電視節目 今年4月的一天，中央電視臺《動物世界》正在播放一個介紹蛇的電視節目。平時很難有時間看電視的國防科大99級碩士研究生張代兵，此時卻被節目內容深深吸引住了。蛇的特殊生理結構和獨樹一幟的運動方式，使他產生了濃厚興趣，聯想到國外有關仿生物機器人研制的信息，張代兵萌發一個大膽的想法：研制中國的機器蛇�！ 】萍紕撔碌撵`感來自一次電視節目，但張代兵的想法并非空穴來風。國防科大一直十分注重研究生創新意識和創新能力的培養，每年都舉辦“保利———創新杯”學員課外科技競賽活動，以調動學員的科技創新積極性。張代兵讀本科時學的是自動控制專業，讀研究生學導航制導與控制。研制機器蛇有一定的專業基礎，而且研究生隊的同學各方面高手都有，可以聯合起來集智攻關。更重要的是，張代兵所在的機電工程與自動化學院是我國開展機器人研究最早的單位，曾先后研制成功我國第一臺兩足步行機器人和第一臺類人型機器人，既有較好的研制條件，又有專家教授指點幫助，這些都使張代兵充滿了信心�！ 〔怀鰪埓�，他的想法很快得到了各級領導和導師的支持鼓勵。與他同專業的潘獻飛、譚紅力、田菁和機械設計專業的周旭升4名研究生馬上加入到這次科技創新的行列中來。 5名碩士生組成課題組 今年4月底，國防科大建校以來第一個全部由在讀研究生組成的課題組成立了�！ ∑鸩绞瞧D難的。沒有科研啟動經費，可供借鑒的資料極少，而且只能利用課余時間進行科研攻關。但這一切都不能阻擋他們投身科研實踐、大膽進行科技創新的熱情和決心�！ ⊙兄茩C器蛇，首先必須了解蛇的生理結構和運動原理。因此，他們的第一項工作就是像生物專業的學生一樣，對蛇進行觀察和研究。圖書館有關蛇類的書籍幾乎都被他們翻遍了，一面苦讀一面又不時地到動物園觀察蛇類運動，甚至跑到野外尋找蛇的蹤影�！ 」Ψ虿回撚行娜�。他們終于對蛇的生理結構、幾種主要運動方式和機理摸了個一清二楚。如蛇的橫向波動，就如同波的傳播一樣前進，是通過橫縱向摩擦力大小的不同產生向前的動力；而蛇的伸縮運動則是像風琴一樣折疊前進，蛇體的一部分保持靜止不動，其它部分向前運動。此外還有側向和直線運動等運動方式，他們都進行了一定的研究�！ ∩呤且环N柔性體系，如何用一種機械機構來模仿生物蛇一樣的運動呢？張代兵等5名研究生決定采用多環節剛體來制作機器蛇的身體，每節之間用連桿相連，通過控制每個環節的相對運動角度使蛇體達到模仿生物蛇運動的目的�！ 〈_立了機器蛇的設計思想，他們就根據各自的特長進行了分工：周旭升是機械設計方面的高手，負責設計蛇形機器人的機械結構；潘獻飛和譚紅力本科時就愛擺弄單片機集成塊，還在全國大學生電子制作大賽中拿過獎，由他們負責硬件電路和軟件程序；田菁是小組里唯一的巾幗，曾獲國際大學生數學建模競賽一等獎，自然是蛇的運動模型、動力學分析的最佳人選。而組長張代兵則負責總體設計和協調�！ 〕跎俨慌禄ⅰ C器蛇是一種能夠模仿生物蛇運動的新型仿生機器人，由于它能像生物蛇一樣實現“無肢運動”，被國際機器人業界稱為“最富于現實感的機器人”。自1972年日本東京科技大學研制出世界上第一臺蛇形機器人至今，世界上只有日本、美國、德國等少數幾個國家研制和開發了這種新型機器人。 如今，國防科大的5名研究生也要向這個目標挺進了。各種各樣的難題接踵而至。課題研究剛起步，他們首先遇到電機的選型和配置難題。過去上有關實驗課時，電機都是老師事先準備好的，大家對電機的各種型號參數缺乏了解，對電機市場更是知之不多。為了選配電機，張代兵和潘獻飛、譚紅力課余時間騎著破自行車幾乎跑遍了長沙大街小巷，但幾次買回的電機都不理想。電機是機器蛇的心臟，電機解決不好，其它無從談起。于是，他們向研制類人型機器人的馬宏緒博士請教。馬博士對他們研制“蛇形機器人”大加贊賞，立即放下手頭工作幫助他們分析比較各種電機的優劣，最后推薦使用伺服電機。可是到哪里去買價廉物美的電機呢？譚紅力就在網上發布求購信息，終于在一個電子市場買到了合適的電機。 接下來，他們就忙著搞設計、進行仿真分析、做模型，編程序、調試電路，不斷地進行修改和完善……9月初，終于可以將機器蛇組裝進行調試了。這天晚飯后，張代兵等5人興致勃勃地來到實驗室，將機器蛇連接到計算機上，期待著“蛇”流暢蜿蜒運動那激動人心的一刻。然而，他們辛辛苦苦“孵化”的“蛇”只會原地抖動，不會蜿蜒前進。大家有些失望，但不氣餒。為了搬開這個“攔路虎”，他們一有空就趴在一起開“諸葛亮會”，集思廣益，從源程序代碼的一字一句到運動算法的思想和方法，每一個可疑點都不放過，反復討論、修改，不斷進行受力分析實驗……常常忘了吃飯、睡覺。經過了好幾個不眠之夜，終于解決了這個問題。之后的一個多月時間里，他們又克服了一系列困難，將8節蛇身加長到了16節，增加了無線監視系統和無線控制系統，使機器蛇擺脫了電纜的束縛，游出實驗室，走進大自然。 天道酬勤。他們以初生牛犢不怕虎的精神，先后攻克了機械結構設計、控制電路、運動規劃、遙測遙控等一系列技術難題，僅僅半年時間，這5名研究生就將我國第一條機器蛇展示在人們的面前�！ 粝氤烧妗 �11月26日，機器人實驗室人頭攢動，熱鬧非凡。由國防科大張代兵等5名研究生研制的我國第一臺蛇形機器人進行公開演示。記者在現場看到，這條長1.2米，直徑0.06米，重1.8公斤的機器蛇，正扭動著身軀，在地上自主地蜿蜒爬行，只見它一會兒前進、后退，一會兒拐彎和加速，其最大運動速度可達每分鐘20米。而安裝機器蛇頭部的視頻監視器，將機器蛇運動前方景象實時傳輸到后方電腦中，科研人員則可根據實時傳輸的圖像觀察運動前方情景，不斷向機器蛇發出各種遙控指令。更為引人入勝的是，這條蛇形機器還能像蛇一樣在水中游泳，披上“蛇皮”后的機器蛇似乎更像蛇了，它在水中擺動的身軀在水面激起層層漣漪，煞是好看。不時贏得觀眾的陣陣掌聲�！ ∮嘘P專家認為，這條機器蛇的問世，標志著我國機器人技術又有了新突破，是我國機器人研究領域取得的一個科技創新成果。它具有結構合理、控制靈活、性能可靠、可擴展性強等優點，在許多領域有著廣泛的應用前景，如在有輻射、有粉塵、有毒及戰場環境下，執行偵察任務；在地震、塌方及火災后的廢墟中尋傷員；在狹小和危險條件下探測和疏通管道；它還可以為人們在實驗室里研究數學、力學、控制理論和人工智能等提供實驗平臺�！ ∷麄兂晒α耍珜τ谄骄挲g只有23歲的5個年輕人來說，今后的科技創新之路還很長�！ ⊥跷瘴� 神州行超大驚喜：搜狐短信為神州行手機用戶開通搜狐短信服務 天大地大看“十大”！2001年度搜狐十大新聞評選震撼登場！ 無限精彩無限情：搜狐短信各品牌手機圖片鈴聲傳真情 我來說兩句 推薦給我的朋友（短信或Email） -------------------------------------------------------------------------------- 相關專題:國內 相關新聞: 美國將用機器人打開可能含數十億炭疽孢子的信件(圖) (11/30 09:49) 圖文:中國研制成"蛇形機器人" 可廣泛用于軍事 (11/28 08:00) 中國研制首臺蛇形機器人 可執行戰場偵察任務 (11/27 16:56) 我國首個蛇形機器人研制成功(圖) (11/27 16:06) 圖:中國成功研制出蛇形機器人 (11/27 14:38) 我國第一個蛇形機器人研制成功 每分鐘可移動20米 (11/26 17:26) 圖:高新技術展覽上機器人受眾人矚目 (11/26 14:56) 機器人為何不靈活 (11/26 10:42) ?--給編輯寫信 |
