智能機(jī)器人的發(fā)展一直是科研領(lǐng)域的重點(diǎn)，尤其是在智能化時(shí)代的今天，機(jī)器人的研發(fā)已經(jīng)成為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目，全世界都在智能機(jī)器人領(lǐng)域展開(kāi)科研探究。

天津大學(xué)是中國(guó)第一所現(xiàn)代大學(xué)，在機(jī)器人研究領(lǐng)域有著重要優(yōu)勢(shì)，為實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略化管理目標(biāo)，積極培育機(jī)器人研究領(lǐng)域人才的建設(shè)。天津大學(xué)機(jī)器人與汽車(chē)技術(shù)研究所是以醫(yī)療機(jī)器人、水下機(jī)器人、燃料電池制造技術(shù)、汽車(chē)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)為主要研究方向，以多學(xué)科交叉融合為特色、以建設(shè)國(guó)際化研究基地為目標(biāo)，成立于2004年。

研究所裝備有工業(yè)機(jī)器人、外科手術(shù)機(jī)器人“妙手”系統(tǒng)、水下機(jī)器人、水下滑翔器、動(dòng)力學(xué)觸感裝置、六維力傳感器、LMS系列振動(dòng)測(cè)試儀器等先進(jìn)裝置與儀器，以及多種分析軟件。

在機(jī)器人科研領(lǐng)域，天津大學(xué)已成功研制出多款機(jī)器人，并參與應(yīng)用。

第三代“多足變胞爬行機(jī)器人”操控成功

4月1日，天津大學(xué)學(xué)子操控“第三代多足變胞爬行機(jī)器人”跨越障礙。據(jù)了解，該款機(jī)器人可通過(guò)手機(jī)無(wú)線遙控，將根據(jù)環(huán)境變化和任務(wù)需求進(jìn)行靈活變形，適應(yīng)各種狹窄彎道及地面條件，且運(yùn)動(dòng)方式與自然界中爬行動(dòng)物類(lèi)似，在航空航天、地質(zhì)勘探以及搶險(xiǎn)救災(zāi)等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。

多足變胞爬行機(jī)器人設(shè)計(jì)者模仿哺乳動(dòng)物通過(guò)腰腿配合實(shí)現(xiàn)靈活運(yùn)動(dòng)的原理，在機(jī)構(gòu)中加入由4節(jié)結(jié)構(gòu)組成的“腰”，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)配以腰、腿結(jié)構(gòu)的變形，實(shí)現(xiàn)靈活、穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)。該機(jī)器人設(shè)計(jì)者介紹說(shuō)，由于采用了變胞機(jī)構(gòu)，這款機(jī)器人能伸能縮還能變形，既能并和成線性，又能伸展成“張牙舞爪”的章魚(yú)形狀，而且還能通過(guò)手機(jī)的無(wú)線遙控，在各種不規(guī)則的狹小空間里自如運(yùn)動(dòng)。“這種機(jī)器人將在惡劣環(huán)境下的搶險(xiǎn)救災(zāi)中大顯身手。”

“光控DNA核酸分子機(jī)器人”奪冠

這是一群來(lái)自天津大學(xué)的學(xué)生，憑著對(duì)機(jī)器人的熱愛(ài)，積極投入機(jī)器人的研究中。2014國(guó)際生物分子設(shè)計(jì)大賽(BIOMOD)在哈佛大學(xué)舉行，天津大學(xué)7名本科生組成的團(tuán)隊(duì)?wèi){借“光控DNA核酸分子機(jī)器人”一舉奪得金獎(jiǎng)。該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)利用DNA“折紙技術(shù)”，以DNA分子為骨架構(gòu)建了納米級(jí)別的“容器”，并為這個(gè)容器設(shè)計(jì)了一個(gè)納米金屬“鎖”。更妙的是，用來(lái)打開(kāi)鎖、開(kāi)啟容器的鑰匙是光照。解鎖，容器中的藥物即可在特定位置“靶向”釋放，殺死癌細(xì)胞，并有效減少周?chē)＜?xì)胞的損傷。

“機(jī)器人并不都是我們想象的機(jī)械結(jié)構(gòu)，它需要具備自主完成任務(wù)的能力。”參賽隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)、天大化工學(xué)院學(xué)生劉悅說(shuō)，這個(gè)具有天津大學(xué)典型標(biāo)志的納米分子機(jī)器人可以利用光的遙感自我控制。該設(shè)計(jì)的獨(dú)創(chuàng)性贏得了大賽評(píng)委的一致好評(píng)，天津大學(xué)團(tuán)隊(duì)從哥倫比亞大學(xué)、滑鐵盧大學(xué)、東京大學(xué)、香港浸會(huì)大學(xué)等30所知名大學(xué)團(tuán)隊(duì)中脫穎而出，獲得金獎(jiǎng)。“該設(shè)計(jì)部分已獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐，在合成生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。”該團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)教師齊浩研究員表示。

排雷機(jī)器人“嗅”出雷點(diǎn)

機(jī)器人排雷，編者只知用于軍事，所謂排雷就是排除危險(xiǎn)、探索險(xiǎn)情。卻不想天津大學(xué)學(xué)子將排雷機(jī)器人用于軍訓(xùn)，這真的很有趣。

去年5月，由信息學(xué)院李杰、吳岳峰等6名2011級(jí)本科生設(shè)計(jì)。這個(gè)學(xué)生自己發(fā)明的“神器”是能分辨正步整齊與否的“順風(fēng)耳”，是全國(guó)首個(gè)正步測(cè)評(píng)系統(tǒng)。該“正步評(píng)價(jià)系統(tǒng)”最重要的指標(biāo)是頻率與整齊度，主要通過(guò)分析聲音信號(hào)，對(duì)正步的整齊程度進(jìn)行打分。系統(tǒng)依靠話筒對(duì)正步行進(jìn)中的步伐聲音進(jìn)行收集，隨即電腦上便會(huì)產(chǎn)生一組波形數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)步數(shù)、步頻、整齊度等數(shù)據(jù)的具體分析以及和預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比得出最終分?jǐn)?shù)。校方對(duì)這個(gè)“正步評(píng)價(jià)系統(tǒng)”給予了支持，并在軍訓(xùn)匯演中正式啟用，配合部隊(duì)教官對(duì)同學(xué)們的軍訓(xùn)成果進(jìn)行評(píng)價(jià)。校方希望同學(xué)們繼續(xù)改進(jìn)這一系統(tǒng)，明年能夠做到音頻、視頻相結(jié)合的評(píng)判方法，使之更加完善。

此外，天大學(xué)生還為軍訓(xùn)研發(fā)了能排雷的“千里眼”。草地上，3個(gè)坦克外形的履帶車(chē)駛?cè)?ldquo;戰(zhàn)場(chǎng)”進(jìn)行直線、轉(zhuǎn)彎雷點(diǎn)探測(cè)。不一會(huì)兒，“雷點(diǎn)”被發(fā)現(xiàn)，3輛車(chē)相繼停下，一個(gè)發(fā)出聲音警報(bào)，一個(gè)自動(dòng)打開(kāi)了報(bào)閃燈，還有一個(gè)噴出藍(lán)綠色霧氣。戰(zhàn)術(shù)小組的精兵迅速出動(dòng)，在履帶車(chē)停下的位置找到了地雷點(diǎn)。這3輛身長(zhǎng)約1米的小車(chē)叫做“智能排爆預(yù)警機(jī)器人”，由4名軍訓(xùn)學(xué)生在短短10天的配合中純手工打造。學(xué)生們還計(jì)劃增加機(jī)械手臂進(jìn)行地雷排除工作，將人操作的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

機(jī)器人“懸絲”治癌

由天津大學(xué)師生研發(fā)了一款“核磁儀導(dǎo)航絲傳動(dòng)乳腺癌近距離粒子植入機(jī)器人”，在核磁儀等成像儀器導(dǎo)航下將一定劑量放射性粒子放至病灶中，使其一直保留在體內(nèi)，達(dá)到“靶向”持續(xù)放射殺死癌細(xì)胞。

在這款智能機(jī)器人研制中，天大師生設(shè)計(jì)了巧妙的“絲傳動(dòng)”，從而使機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)、升降、搖擺、前后進(jìn)針、推送藥物等所有動(dòng)作都是通過(guò)多條高強(qiáng)度的非金屬絲的巧妙纏繞來(lái)帶動(dòng)。由于是這樣“懸絲診病”，電機(jī)可以放在離核磁共振儀較遠(yuǎn)的地方，減少“偽影”，也使醫(yī)生能夠“遠(yuǎn)程”操控，離放射性粒子更遠(yuǎn)一些。

研發(fā)人員經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，采用了核磁兼容的超聲波電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人；用符合力學(xué)性能要求且具有“順磁性”的pve工程塑料來(lái)制造機(jī)器人整體；關(guān)鍵部件，如針管針芯等使用鈦合金以增加強(qiáng)度和可靠性，軸承、螺栓、螺母等使用了氮化硅陶瓷材料。

手術(shù)時(shí)，病人俯臥在核磁共振儀腔體內(nèi)的病床上，醫(yī)生通過(guò)mri系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)針刺目標(biāo)點(diǎn)的位置，將采集到的圖像傳送至計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行處理后，結(jié)合可編程邏輯控制器傳送過(guò)來(lái)的信號(hào)，對(duì)針刺軌跡路線進(jìn)行調(diào)整，并發(fā)送相應(yīng)指令來(lái)控制機(jī)器人，從而將放射性粒子準(zhǔn)確植入癌變部位。

設(shè)計(jì)中，研發(fā)人員摒棄了傳統(tǒng)的升降、平移等運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了“環(huán)套乳房全方位旋轉(zhuǎn)穿刺結(jié)構(gòu)”，只需一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度即可實(shí)現(xiàn)對(duì)乳房各個(gè)方向的穿刺，再附加一個(gè)針刺系統(tǒng)搖擺自由度輔助矯正進(jìn)針姿態(tài)，使針刺的位置誤差低于1mm。

機(jī)器人的發(fā)展是我國(guó)智能裝備制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)，近幾年來(lái)，國(guó)家對(duì)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)建設(shè)加大力度，建立機(jī)器人產(chǎn)業(yè)園區(qū)，用于大力發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)。各高校在國(guó)家產(chǎn)業(yè)建設(shè)的引導(dǎo)下，應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)型人才的培養(yǎng)，順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要。天津大學(xué)機(jī)器人研究所是國(guó)家建設(shè)支持的重點(diǎn)研究點(diǎn)，引導(dǎo)著我國(guó)機(jī)器人研究領(lǐng)域的發(fā)展需求，同時(shí)，為機(jī)器人產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)大量的技術(shù)型高精尖人才。

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