其中來自中科院的國家杰青喻俊志研究員和來自浙江大學(xué)的朱秋國副教授分別對(duì)其仿生機(jī)器海豚和浙大赤兔四足機(jī)器人做了詳細(xì)（驚艷）介紹。山大杰出專家教授，也對(duì)其相關(guān)領(lǐng)域的最新研究做了精彩報(bào)告。總之，在數(shù)九寒冬中，在山東大學(xué)這個(gè)百年學(xué)府中，一場(chǎng)跨學(xué)科領(lǐng)域的思想碰撞讓參會(huì)的每一位教授、學(xué)子都受益匪淺。    

仿生學(xué)是人類歷史上最具吸引力和創(chuàng)造力的領(lǐng)域之一，從億萬年進(jìn)化中歸納的規(guī)矩法則，有著渾然天成的魅力！而機(jī)器人與仿生學(xué)的結(jié)合，無疑是人類師法自然的最高境界，從材料到結(jié)構(gòu)再到機(jī)能的仿生，人類總是能從自然界中找到靈感的源泉。山東大學(xué)近期舉辦的仿生智能機(jī)器人沙龍，近乎把我?guī)нM(jìn)了一場(chǎng)仿學(xué)的殿堂，小編有幸受邀參加了這場(chǎng)學(xué)術(shù)論壇，也很榮幸將干貨分享給大家。

提到四足機(jī)器人，大多數(shù)人想到的便是波士頓動(dòng)力的四足機(jī)器人家族。但在中國也有很多高校團(tuán)隊(duì)致力于四足仿生機(jī)器人的研究，浙江大學(xué)四足機(jī)器人團(tuán)隊(duì)便是其中之一，這次論壇也讓我看到了他們的赤兔在短短的兩年時(shí)間之內(nèi)進(jìn)步之神速。

來自浙江大學(xué)的朱秋國副教授為我們帶來了《四足機(jī)器人跑跳運(yùn)動(dòng)控制》的精彩講座。浙大的赤兔機(jī)器人是我國第一個(gè)實(shí)現(xiàn)跑跳運(yùn)動(dòng)功能的四足機(jī)器人。而如何實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的跑跳，除了完美的機(jī)械結(jié)構(gòu)，更重要的進(jìn)行一個(gè)完美的仿生學(xué)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與控制。

機(jī)器人的動(dòng)態(tài)步態(tài)又分為很多種形式，Trot步態(tài)，是靠對(duì)角步態(tài)來支撐機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)；Bound步態(tài)，兔子跳的一種步態(tài)形式，即雙前腿或雙后退著地的跑跳運(yùn)動(dòng)；Gallop步態(tài)，是動(dòng)物快速奔跑的一種形式，四條腿循環(huán)波動(dòng)以實(shí)現(xiàn)最快的運(yùn)動(dòng)速度。

分析完機(jī)器人以何種步態(tài)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)后，便需要對(duì)機(jī)器人進(jìn)行建模。如果將四足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)簡化來看，包括三個(gè)功能：保持身體支撐的高度、保持身體的平衡和帶動(dòng)身體往目標(biāo)方向運(yùn)動(dòng)。明確了目標(biāo)之后歸結(jié)到數(shù)學(xué)模型中，便是我們?nèi)绾巫岅P(guān)節(jié)和腿部產(chǎn)生的力來驅(qū)動(dòng)身體。并在次基礎(chǔ)上建立簡單的模型并進(jìn)行相應(yīng)分析。

據(jù)朱秋國教授介紹，通過數(shù)學(xué)分析我們可以得到，身體運(yùn)動(dòng)所需要的力的大小，都可以動(dòng)過機(jī)器人關(guān)節(jié)力矩輸出來實(shí)現(xiàn)。通過這種方式，便能解決及機(jī)器人運(yùn)動(dòng)所需要力的大小和關(guān)節(jié)輸出力的大小之間的關(guān)聯(lián)。此外，對(duì)四足機(jī)器人建模還需要對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行估計(jì)，并對(duì)機(jī)器人腿足的擺動(dòng)進(jìn)行軌跡規(guī)劃來實(shí)現(xiàn)讓機(jī)器人的足部著地時(shí)損失的能量最小。

在基礎(chǔ)建模之后，便可以對(duì)機(jī)器人的跑跳運(yùn)動(dòng)進(jìn)行規(guī)劃。拿對(duì)角小跑來說，因?yàn)槭菍?duì)角上的兩條腿同時(shí)運(yùn)動(dòng)，可以將四足簡化為兩足。通過虛擬腿和虛擬力的控制方式，通過關(guān)節(jié)上產(chǎn)生的力矩來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)所需要的六個(gè)量的控制（x、y、z三個(gè)方向的力和力矩）。但在實(shí)際計(jì)算的過程中，還存在問題，便是整個(gè)矩陣的質(zhì)只有5個(gè)，但我們需要控制六個(gè)量，這就需要對(duì)機(jī)器人其中一個(gè)量進(jìn)行模糊控制。因而這需要將其中一個(gè)量從主動(dòng)的控制變成被動(dòng)的驅(qū)動(dòng)，例如通過落腳點(diǎn)的方式實(shí)現(xiàn)前進(jìn)速度的控制。

此外，朱秋國教授還對(duì)四足機(jī)器人Bound運(yùn)動(dòng)模式建模分析進(jìn)行了講解。由于篇幅問題，在這里不做過多介紹，感興趣的同學(xué)可以后臺(tái)留言，了解更多詳細(xì)內(nèi)容。請(qǐng)大家欣賞一段赤兔在16年底能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的視頻。

經(jīng)過將近1年的訓(xùn)練與提升，如今的Chitu與之前的版本也有了極大的進(jìn)步。期待在不久的將來能聽到浙大更多好消息的傳出。

喻俊志研究員是2017年新晉的國家杰出青年，現(xiàn)任中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所復(fù)雜系統(tǒng)管理與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員，從事水下仿生智能機(jī)器人及應(yīng)用的研究。喻俊志研究員的一席演講，把我們也帶進(jìn)了水下機(jī)器人的精彩世界。

如果其他的研究人員想要做研發(fā)一款致力于應(yīng)用的仿生機(jī)器人。那么在我看來，喻俊志研究員便是想要做一個(gè)龐大的水下機(jī)器人家族。從小到8cm到大到3m的機(jī)器人，還有機(jī)器人水母，喻俊志研究員似乎都有涉獵。

而此次喻俊志研究員的演講重點(diǎn)，便是其仿生海豚的躍水運(yùn)動(dòng)。海豚水下生物中和人類非常友好的動(dòng)物之一，它身上有很多優(yōu)點(diǎn)值得我們學(xué)習(xí)研究。其中便包括優(yōu)異的游動(dòng)性能，特殊的減阻機(jī)制、卓越的學(xué)習(xí)和交互能力以及獨(dú)特的回聲定位機(jī)制。除此之外，還有海豚的特有風(fēng)景：躍水。對(duì)于海豚喜歡在水面上跳躍很多學(xué)者給過解釋，包括節(jié)省游泳時(shí)消耗的能量，獲得更好的視野，甚至是通訊等等。但這一切對(duì)于人類來說，便是對(duì)海豚躍水機(jī)制完美的復(fù)制出來。

因?yàn)?，喻俊志研究員總結(jié)出機(jī)器海豚躍水運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵科學(xué)問題。即讓自己的仿生海豚做到能起跳+做得出+做得好。

在此基礎(chǔ)上，喻俊志研究員對(duì)機(jī)器海豚做了相應(yīng)的建模。對(duì)躍水的三個(gè)階段建立力學(xué)模型。

并為了簡化問題，作出相應(yīng)的假設(shè)。并建立力和力矩的平衡方程，用數(shù)值模擬不同體長、不同出水角對(duì)最小出水速度的影響。

之后，喻俊志研究員團(tuán)隊(duì)對(duì)機(jī)器海豚做了原型系統(tǒng)開發(fā)。從對(duì)海豚的外形仿制開始，建立了相應(yīng)的海豚模型。從低阻流線外形到多自由度胸鰭機(jī)構(gòu)，從高推重比尾推機(jī)構(gòu)再到多傳感器信息融合，一只惟妙惟肖的海豚便仿制出來了。

對(duì)于海豚來說，其重要的參數(shù)便是尾鰭攻角。魚類或者鯨豚累的主要推力來源于強(qiáng)有力的尾鰭，在游動(dòng)過程中，通過感知環(huán)境流場(chǎng)，其能夠?qū)崟r(shí)調(diào)整尾鰭攻角，最大化尾鰭推力，以實(shí)現(xiàn)高速游動(dòng)。因而，喻俊志研究員團(tuán)隊(duì)自己開發(fā)了一款攻角傳感器，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了攻角控制算法的研究，從而使機(jī)器海豚達(dá)到最高游速。