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我國首臺蛇形機(jī)器人悠然出“洞” -------------------------------------------------------------------------------- 2001年12月5日14:53 東方網(wǎng) 農(nóng)諺說：“三月三，蛇出山；九月九，蛇進(jìn)土”。然而，就在初冬時(shí)節(jié)，我國第一條機(jī)器蛇（又稱蛇形機(jī)器人）卻在國防科技大學(xué)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(jī)器蛇的呢？ 靈感來自一次電視節(jié)目 今年4月的一天，中央電視臺《動物世界》正在播放一個(gè)介紹蛇的電視節(jié)目。平時(shí)很難有時(shí)間看電視的國防科大99級碩士研究生張代兵，此時(shí)卻被節(jié)目內(nèi)容深深吸引住了。蛇的特殊生理結(jié)構(gòu)和獨(dú)樹一幟的運(yùn)動方式，使他產(chǎn)生了濃厚興趣，聯(lián)想到國外有關(guān)仿生物機(jī)器人研制的信息，張代兵萌發(fā)一個(gè)大膽的想法：研制中國的機(jī)器蛇�！ 】萍紕�(chuàng)新的靈感來自一次電視節(jié)目，但張代兵的想法并非空穴來風(fēng)。國防科大一直十分注重研究生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，每年都舉辦“保利———?jiǎng)?chuàng)新杯”學(xué)員課外科技競賽活動，以調(diào)動學(xué)員的科技創(chuàng)新積極性。張代兵讀本科時(shí)學(xué)的是自動控制專業(yè)，讀研究生學(xué)導(dǎo)航制導(dǎo)與控制。研制機(jī)器蛇有一定的專業(yè)基礎(chǔ)，而且研究生隊(duì)的同學(xué)各方面高手都有，可以聯(lián)合起來集智攻關(guān)。更重要的是，張代兵所在的機(jī)電工程與自動化學(xué)院是我國開展機(jī)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(jī)器人和第一臺類人型機(jī)器人，既有較好的研制條件，又有專家教授指點(diǎn)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(lǐng)導(dǎo)和導(dǎo)師的支持鼓勵(lì)。與他同專業(yè)的潘獻(xiàn)飛、譚紅力、田菁和機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)的周旭升4名研究生馬上加入到這次科技創(chuàng)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(gè)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(jīng)費(fèi)，可供借鑒的資料極少，而且只能利用課余時(shí)間進(jìn)行科研攻關(guān)。但這一切都不能阻擋他們投身科研實(shí)踐、大膽進(jìn)行科技創(chuàng)新的熱情和決心�！ ⊙兄茩C(jī)器蛇，首先必須了解蛇的生理結(jié)構(gòu)和運(yùn)動原理。因此，他們的第一項(xiàng)工作就是像生物專業(yè)的學(xué)生一樣，對蛇進(jìn)行觀察和研究。圖書館有關(guān)蛇類的書籍幾乎都被他們翻遍了，一面苦讀一面又不時(shí)地到動物園觀察蛇類運(yùn)動，甚至跑到野外尋找蛇的蹤影�！ 」Ψ虿回�(fù)有心人。他們終于對蛇的生理結(jié)構(gòu)、幾種主要運(yùn)動方式和機(jī)理摸了個(gè)一清二楚。如蛇的橫向波動，就如同波的傳播一樣前進(jìn)，是通過橫縱向摩擦力大小的不同產(chǎn)生向前的動力；而蛇的伸縮運(yùn)動則是像風(fēng)琴一樣折疊前進(jìn)，蛇體的一部分保持靜止不動，其它部分向前運(yùn)動。此外還有側(cè)向和直線運(yùn)動等運(yùn)動方式，他們都進(jìn)行了一定的研究。 蛇是一種柔性體系，如何用一種機(jī)械機(jī)構(gòu)來模仿生物蛇一樣的運(yùn)動呢？張代兵等5名研究生決定采用多環(huán)節(jié)剛體來制作機(jī)器蛇的身體，每節(jié)之間用連桿相連，通過控制每個(gè)環(huán)節(jié)的相對運(yùn)動角度使蛇體達(dá)到模仿生物蛇運(yùn)動的目的�！ 〈_立了機(jī)器蛇的設(shè)計(jì)思想，他們就根據(jù)各自的特長進(jìn)行了分工：周旭升是機(jī)械設(shè)計(jì)方面的高手，負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)蛇形機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)；潘獻(xiàn)飛和譚紅力本科時(shí)就愛擺弄單片機(jī)集成塊，還在全國大學(xué)生電子制作大賽中拿過獎(jiǎng)，由他們負(fù)責(zé)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(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽一等獎(jiǎng)，自然是蛇的運(yùn)動模型、動力學(xué)分析的最佳人選。而組長張代兵則負(fù)責(zé)總體設(shè)計(jì)和協(xié)調(diào)�！ 〕跎俨慌禄ⅰ C(jī)器蛇是一種能夠模仿生物蛇運(yùn)動的新型仿生機(jī)器人，由于它能像生物蛇一樣實(shí)現(xiàn)“無肢運(yùn)動”，被國際機(jī)器人業(yè)界稱為“最富于現(xiàn)實(shí)感的機(jī)器人”。自1972年日本東京科技大學(xué)研制出世界上第一臺蛇形機(jī)器人至今，世界上只有日本、美國、德國等少數(shù)幾個(gè)國家研制和開發(fā)了這種新型機(jī)器人�！ ∪缃瘢瑖揽拼蟮�5名研究生也要向這個(gè)目標(biāo)挺進(jìn)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(jī)的選型和配置難題。過去上有關(guān)實(shí)驗(yàn)課時(shí)，電機(jī)都是老師事先準(zhǔn)備好的，大家對電機(jī)的各種型號參數(shù)缺乏了解，對電機(jī)市場更是知之不多。為了選配電機(jī)，張代兵和潘獻(xiàn)飛、譚紅力課余時(shí)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(jī)都不理想。電機(jī)是機(jī)器蛇的心臟，電機(jī)解決不好，其它無從談起。于是，他們向研制類人型機(jī)器人的馬宏緒博士請教。馬博士對他們研制“蛇形機(jī)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(jī)的優(yōu)劣，最后推薦使用伺服電機(jī)�？墒堑侥睦锶ベI價(jià)廉物美的電機(jī)呢？譚紅力就在網(wǎng)上發(fā)布求購信息，終于在一個(gè)電子市場買到了合適的電機(jī)�！ 〗酉聛恚麄兙兔χ阍O(shè)計(jì)、進(jìn)行仿真分析、做模型，編程序、調(diào)試電路，不斷地進(jìn)行修改和完善……9月初，終于可以將機(jī)器蛇組裝進(jìn)行調(diào)試了。這天晚飯后，張代兵等5人興致勃勃地來到實(shí)驗(yàn)室，將機(jī)器蛇連接到計(jì)算機(jī)上，期待著“蛇”流暢蜿蜒運(yùn)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(jìn)。大家有些失望，但不氣餒。為了搬開這個(gè)“攔路虎”，他們一有空就趴在一起開“諸葛亮?xí)�，集思廣益，從源程序代碼的一字一句到運(yùn)動算法的思想和方法，每一個(gè)可疑點(diǎn)都不放過，反復(fù)討論、修改，不斷進(jìn)行受力分析實(shí)驗(yàn)……常常忘了吃飯、睡覺。經(jīng)過了好幾個(gè)不眠之夜，終于解決了這個(gè)問題。之后的一個(gè)多月時(shí)間里，他們又克服了一系列困難，將8節(jié)蛇身加長到了16節(jié)，增加了無線監(jiān)視系統(tǒng)和無線控制系統(tǒng)，使機(jī)器蛇擺脫了電纜的束縛，游出實(shí)驗(yàn)室，走進(jìn)大自然�！ √斓莱昵�。他們以初生牛犢不怕虎的精神，先后攻克了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制電路、運(yùn)動規(guī)劃、遙測遙控等一系列技術(shù)難題，僅僅半年時(shí)間，這5名研究生就將我國第一條機(jī)器蛇展示在人們的面前�！ 粝氤烧妗 �11月26日，機(jī)器人實(shí)驗(yàn)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(jī)器人進(jìn)行公開演示。記者在現(xiàn)場看到，這條長1.2米，直徑0.06米，重1.8公斤的機(jī)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(jìn)、后退，一會兒拐彎和加速，其最大運(yùn)動速度可達(dá)每分鐘20米。而安裝機(jī)器蛇頭部的視頻監(jiān)視器，將機(jī)器蛇運(yùn)動前方景象實(shí)時(shí)傳輸?shù)胶蠓诫娔X中，科研人員則可根據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)膱D像觀察運(yùn)動前方情景，不斷向機(jī)器蛇發(fā)出各種遙控指令。更為引人入勝的是，這條蛇形機(jī)器還能像蛇一樣在水中游泳，披上“蛇皮”后的機(jī)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(shí)贏得觀眾的陣陣掌聲�！ ∮嘘P(guān)專家認(rèn)為，這條機(jī)器蛇的問世，標(biāo)志著我國機(jī)器人技術(shù)又有了新突破，是我國機(jī)器人研究領(lǐng)域取得的一個(gè)科技創(chuàng)新成果。它具有結(jié)構(gòu)合理、控制靈活、性能可靠、可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，如在有輻射、有粉塵、有毒及戰(zhàn)場環(huán)境下，執(zhí)行偵察任務(wù)；在地震、塌方及火災(zāi)后的廢墟中尋傷員；在狹小和危險(xiǎn)條件下探測和疏通管道；它還可以為人們在實(shí)驗(yàn)室里研究數(shù)學(xué)、力學(xué)、控制理論和人工智能等提供實(shí)驗(yàn)平臺�！ ∷麄兂晒α�，但對于平均年齡只有23歲的5個(gè)年輕人來說，今后的科技創(chuàng)新之路還很長。 王握文 神州行超大驚喜：搜狐短信為神州行手機(jī)用戶開通搜狐短信服務(wù) 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(jī)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(guān)專題:國內(nèi) 相關(guān)新聞: 美國將用機(jī)器人打開可能含數(shù)十億炭疽孢子的信件(圖) (11/30 09:49) 圖文:中國研制成"蛇形機(jī)器人" 可廣泛用于軍事 (11/28 08:00) 中國研制首臺蛇形機(jī)器人 可執(zhí)行戰(zhàn)場偵察任務(wù) (11/27 16:56) 我國首個(gè)蛇形機(jī)器人研制成功(圖) (11/27 16:06) 圖:中國成功研制出蛇形機(jī)器人 (11/27 14:38) 我國第一個(gè)蛇形機(jī)器人研制成功 每分鐘可移動20米 (11/26 17:26) 圖:高新技術(shù)展覽上機(jī)器人受眾人矚目 (11/26 14:56) 機(jī)器人為何不靈活 (11/26 10:42) ?--給編輯寫信 |
