近日,，土木工程學(xué)院馮曉東副教授團(tuán)隊(duì)與日本科研人員合作在機(jī)器人領(lǐng)域頂級(jí)期刊《Soft Robotics》在線刊登題為“Trajectory Planning on Rolling Locomotion of Spherical Movable Tensegrity Robots with Multi-Gait Patterns”的最新研究成果,。經(jīng)過(guò)大量數(shù)據(jù)分析及模擬測(cè)試，該研究首次實(shí)現(xiàn)了多步態(tài)球形可動(dòng)張拉整體機(jī)器人在滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)的軌跡規(guī)劃,，為此類(lèi)軟體機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境和場(chǎng)景中的應(yīng)用提供夯實(shí)的理論依據(jù),。

圖1研究成果發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《Soft Robotics》

相對(duì)于傳統(tǒng)剛性機(jī)器人結(jié)構(gòu)復(fù)雜,、運(yùn)動(dòng)靈活性低、環(huán)境交互性差等缺點(diǎn),，柔性張拉整體機(jī)器人作為軟體機(jī)器人的一種典型代表,，具有良好的柔順性、運(yùn)動(dòng)靈活性,、環(huán)境適應(yīng)性和交互能力,，在航空航天、探勘,、醫(yī)療等領(lǐng)域越來(lái)越受到重視,。球形可動(dòng)張拉整體機(jī)器人，憑借其重量輕,、彈性強(qiáng)的內(nèi)在特點(diǎn),，在探索不可預(yù)測(cè)地形和極端環(huán)境方面表現(xiàn)出巨大潛力。球形張拉整體的幾何形狀決定了其適合滾動(dòng)運(yùn)動(dòng),，同時(shí)其柔性特征保證了系統(tǒng)能夠?qū)Σ粩嘧兓男枨笞龀龇磻?yīng)以穿越未知地形,，并在遭受?chē)?yán)重?fù)p壞后仍能執(zhí)行任務(wù)。

圖2柔性張拉整體機(jī)器人的應(yīng)用

現(xiàn)有的球形張拉整體機(jī)器人幾乎均為單步態(tài)運(yùn)動(dòng)模式,，從而導(dǎo)致其在對(duì)未知復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行探索時(shí)存在步態(tài)單一,、路徑空間盲區(qū)大、行進(jìn)效率低等缺陷,。為此,，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了三個(gè)具有多步態(tài)特征的12桿張拉整體機(jī)器人原型并對(duì)其各自的獨(dú)立（或進(jìn)化）步態(tài)模式進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬和驗(yàn)證，并結(jié)合步態(tài)驅(qū)動(dòng)量,、路徑盲區(qū)大小和行進(jìn)跨度等參數(shù)指標(biāo)評(píng)估三種12桿張拉整體機(jī)器人與經(jīng)典的6桿張拉整體機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)學(xué)步態(tài)模式的可行性和適用性,，從而篩選出最優(yōu)者,。

圖3 三種12桿球形張拉整體機(jī)器人的基本獨(dú)立步態(tài)及進(jìn)化步態(tài)分類(lèi)及模擬

進(jìn)一步地，研究團(tuán)隊(duì)制定了一套軌跡轉(zhuǎn)向控制策略并將其嵌入至改進(jìn)的快速搜索隨機(jī)樹(shù)（MRRT）算法用以生成最佳軌跡路線,，提出了兩個(gè)適用于多步態(tài)張拉整體機(jī)器人的重要引導(dǎo)指標(biāo),，以搜索與特定需求相符的最佳步態(tài)模式，從而實(shí)現(xiàn)了基于目標(biāo)優(yōu)先級(jí)的機(jī)器人軌跡路線自適應(yīng)調(diào)整,。

圖4 三種12桿球形張拉整體機(jī)器人在探索三個(gè)場(chǎng)景時(shí)形成的最佳軌跡

我校土木工程學(xué)院,、人工智能研究院馮曉東副教授為論文第一作者，日本京都大學(xué)張景耀教授為通訊作者,。土木工程學(xué)院研究生徐佶,、日本京都大學(xué)Ohsaki Makoto教授、紹興文理學(xué)院趙陽(yáng)教授,、浙江大學(xué)羅堯治教授,、東南大學(xué)陳耀教授、浙江大學(xué)許賢教授等科研人員共同參與了此項(xiàng)工作,。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（Grant No. 51908356）,，國(guó)家留學(xué)基金委（Grant No. 202008330250）等相關(guān)項(xiàng)目資助。
據(jù)悉,，《Soft Robotics》是機(jī)器人領(lǐng)域的頂級(jí)期刊,，具有廣泛的國(guó)際影響力。該期刊鼓勵(lì)多學(xué)科交叉,，涵蓋機(jī)械,、力學(xué)、材料,、控制,、化學(xué)、生命科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域,。

論文鏈接：https://www.liebertpub.com/doi/full/10.1089/soro.2023.0103?#core-collateral-purchase-access