狭窄空间难探测？灵巧智能“机器鼠”大显身手

来源： 光明网

城市的地面上，涌动的人潮往来交通、奔波生活、熙熙攘攘；但鲜有人关注过，在地面之下，狭小的管网交互系统星罗棋布，织出了城市的动力脉络。燃气、水电、热力、通信，管道网络不舍昼夜地向城市泵送着生命力。这根紧绷的弦一旦断裂——燃气爆炸、通信中断，对城市发展造成的损失难以估量。以人力对狭小空间开展探测极为困难，在自然灾害来袭时，更是十分凶险。

“在特殊狭小空间内部署机器人进行探测，这在国际机器人技术领域中还是一片空白。”来自北京理工大学机电学院的本科生许毅，正和他的团队一起在这片无人区“垦荒”。他们的灵感，来自一种机敏狡黠的生物——老鼠。

“灵微智探”团队自2019年起开始关注微小型仿生机器人技术领域。“在此之前，我所在的实验室对于轮式机器鼠有着丰富的研究经验，但行走机构上仍然与真实鼠存在着差距，仿生程度不够高。”

团队调研了国际机器人领域内先进的“机器狗”，认为其有很高的技术水平和广阔的应用场景，但难以在诸如管道等狭窄空间内进行运动和作业。他们以敏锐的眼光锁定狭窄空间探测问题，用科技智慧为方寸内的难题带来破局之策。

“灵微智探”团队考察了狭窄空间的多工况、小空间和复杂环境情况，分析了现有微小型仿生腿足机器人在系统集成度、运动模式、感知能力方面的问题。团队采用仿生设计思路，选择能在狭窄空间里灵活机动的老鼠作为仿生对象，确定了机器鼠的机械结构设计方案，独立完成了电驱动系统的设计和选型，并在机器鼠上搭载了感知传感器。

据了解，“灵微智探”团队主要围绕“灵、微、智、探”四个方面开展了技术创新。首先是灵巧：根据狭窄空间工况环境复杂的特点，提出了多运动模态控制方法，使得机器鼠能够在不同的狭窄环境下顺利完成移动、探测、侦察作业；其次是微小：采用X光照片分析手段，根据生物鼠的骨骼进行仿鼠结构和机构设计，实现了微小尺度下仿生腿足及柔性腰部结构的设计；再次是智能：构建了微型双目视觉及仿鼠微触须感知系统，利用深度学习算法融合实现了复杂环境多维智能感知；最后是探测：通过管道等狭窄空间巡检探查，实现了目标识别与环境的瑕疵检测。

“我们所采用的技术在国际上是具有一定的先进性的。现在国际上能够做到同等水平的有德国和日本。但是各国的机器人技术也有一定的区别。我们团队设计的微小型平台仿生机器人运动更灵活、拥有更多自由度、能够实现侧倾覆回正，因此能够用于野外探测巡检、室内狭窄空间探测、管道探测等场景。”团队的指导教师，北京理工大学机电学院石青教授这样介绍道。

开展技术创新，免不了坎坷征途。机器鼠早期研发过程中，“灵微智探”团队在试验时发现机器鼠的动作十分笨重，远无法达到课题研究要求的灵活性。经过团队成员分析，发现机器鼠采用的金属零部件太重，控制算法效率较低，这些都极大影响了机器鼠在狭窄空间的灵活性。团队成员针对这些不足，连续几天加班攻关，对控制算法进行了优化，又采用3D打印方案重新制造了轻量化零部件。采用全新3D打印“骨肉”的机器鼠在新控制算法作用下，迅速在实验狭窄空间内实现了灵活机动。

据介绍，“灵微智探”团队研发的机器鼠相关技术已经申请了多项技术专利，在机器人领域国际会议IEEE RCAR 2020上发表了相关学术论文，取得了多项科研成果。得益于机器鼠的多自由度集成与感知信息融合技术，其已经在农业检测和管道探测方面获得了初步应用，并将在未来应用于灾后搜救等重大公共安全相关领域。

青春志在高远，才俊意比鸿鹄。在“灵微智探”团队中，有三人是高年级本科生，两人是一年级硕士研究生。这支年轻的团队自建立以来，始终追寻微小型仿生机器人技术核心要义，以不懈努力和创新思维研发了灵巧的机器鼠。许毅表示，将来的学习与科研中，团队成员们将继续瞄准微小型仿生机器人在狭小空间下的感知探测与运动这一领域，开展学术研究和技术创新，为更多重要应用场景提供科技保障。（北京理工大学供稿）

[ 责编：宋雅娟]

标签： 狭窄 空间 探测 灵巧

为您推荐

精彩放送

精彩图片

热文