乾貨！仿生智能機器人學術盛宴—山東大學第四期交叉學科學術沙龍

導讀

1月18日，由山東大學科學技術研究院主辦，山東大學控制學院青創聯和機器人大講堂共同承辦的山東大學第四期交叉學科學術沙龍暨仿生·智能·機器人學術沙龍在山東大學中心校區成功舉辦。會議邀請機器人、人工智慧、雲計算、醫學等多學科領域的專家教授做現場報告及交流發言。

其中來自中科院的國家傑青喻俊志研究員和來自浙江大學的朱秋國副教授分別對其仿生機器海豚和浙大赤兔四足機器人做了詳細（驚艷）介紹。山大傑出專家教授，也對其相關領域的最新研究做了精彩報告。總之，在數九寒冬中，在山東大學這個百年學府中，一場跨學科領域的思想碰撞讓參會的每一位教授、學子都受益匪淺。

乾貨分隔符

仿生學是人類歷史上最具吸引力和創造力的領域之一，從億萬年進化中歸納的規矩法則，有著渾然天成的魅力！而機器人與仿生學的結合，無疑是人類師法自然的最高境界，從材料到結構再到機能的仿生，人類總是能從自然界中找到靈感的源泉。山東大學近期舉辦的仿生智能機器人沙龍，近乎把我帶進了一場仿學的殿堂，小編有幸受邀參加了這場學術論壇，也很榮幸將乾貨分享給大家。

浙江大學 朱秋國副教授

《四足機器人跑跳運動控制》

提到四足機器人，大多數人想到的便是波士頓動力的四足機器人家族。但在中國也有很多高校團隊致力於四足仿生機器人的研究，浙江大學四足機器人團隊便是其中之一，這次論壇也讓我看到了他們的赤兔在短短的兩年時間之內進步之神速。

來自浙江大學的朱秋國副教授為我們帶來了《四足機器人跑跳運動控制》的精彩講座。浙大的赤兔機器人是我國第一個實現跑跳運動功能的四足機器人。而如何實現機器人的跑跳，除了完美的機械結構，更重要的進行一個完美的仿生學的運動規劃與控制。

機器人的動態步態又分為很多種形式，Trot步態，是靠對角步態來支撐機器人的運動；Bound步態，兔子跳的一種步態形式，即雙前腿或雙後退著地的跑跳運動；Gallop步態，是動物快速奔跑的一種形式，四條腿循環波動以實現最快的運動速度。

分析完機器人以何種步態實現相應的運動後，便需要對機器人進行建模。如果將四足機器人的運動簡化來看，包括三個功能：保持身體支撐的高度、保持身體的平衡和帶動身體往目標方向運動。明確了目標之後歸結到數學模型中，便是我們如何讓關節和腿部產生的力來驅動身體。並在次基礎上建立簡單的模型並進行相應分析。

據朱秋國教授介紹，通過數學分析我們可以得到，身體運動所需要的力的大小，都可以動過機器人關節力矩輸出來實現。通過這種方式，便能解決及機器人運動所需要力的大小和關節輸出力的大小之間的關聯。此外，對四足機器人建模還需要對機器人的運動速度進行估計，並對機器人腿足的擺動進行軌跡規劃來實現讓機器人的足部著地時損失的能量最小。

在基礎建模之後，便可以對機器人的跑跳運動進行規劃。拿對角小跑來說，因為是對角上的兩條腿同時運動，可以將四足簡化為兩足。通過虛擬腿和虛擬力的控制方式，通過關節上產生的力矩來實現機器人運動所需要的六個量的控制（x、y、z三個方向的力和力矩）。但在實際計算的過程中，還存在問題，便是整個矩陣的質只有5個，但我們需要控制六個量，這就需要對機器人其中一個量進行模糊控制。因而這需要將其中一個量從主動的控制變成被動的驅動，例如通過落腳點的方式實現前進速度的控制。

此外，朱秋國教授還對四足機器人Bound運動模式建模分析進行了講解。由於篇幅問題，在這裡不做過多介紹，感興趣的同學可以後台留言，了解更多詳細內容。

中科院 喻俊志

《躍水機器海豚高速高機動運動控制》

喻俊志研究員是2017年新晉的國家傑出青年，現任中國科學院自動化研究所複雜系統管理與控制國家重點實驗室研究員，從事水下仿生智能機器人及應用的研究。喻俊志研究員的一席演講，把我們也帶進了水下機器人的精彩世界。

如果其他的研究人員想要做研發一款致力於應用的仿生機器人。那麼在我看來，喻俊志研究員便是想要做一個龐大的水下機器人家族。從小到8cm到大到3m的機器人，還有機器人水母，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，便是其仿生海豚的躍水運動。海豚水下生物中和人類非常友好的動物之一，它身上有很多優點值得我們學習研究。其中便包括優異的遊動性能，特殊的減阻機制、卓越的學習和交互能力以及獨特的回聲定位機制。除此之外，還有海豚的特有風景：躍水。對於海豚喜歡在水面上跳躍很多學者給過解釋，包括節省游泳時消耗的能量，獲得更好的視野，甚至是通訊等等。但這一切對於人類來說，便是對海豚躍水機制完美的複製出來。

因為，喻俊志研究員總結出機器海豚躍水運動的關鍵科學問題。即讓自己的仿生海豚做到能起跳+做得出+做得好。

在此基礎上，喻俊志研究員對機器海豚做了相應的建模。對躍水的三個階段建立力學模型。

並為了簡化問題，作出相應的假設。並建立力和力矩的平衡方程，用數值模擬不同體長、不同出水角對最小出水速度的影響。

之後，喻俊志研究員團隊對機器海豚做了原型系統開發。從對海豚的外形仿製開始，建立了相應的海豚模型。從低阻流線外形到多自由度胸鰭機構，從高推重比尾推機構再到多感測器信息融合，一隻惟妙惟肖的海豚便仿製出來了。

對於海豚來說，其重要的參數便是尾鰭攻角。魚類或者鯨豚累的主要推力來源於強有力的尾鰭，在遊動過程中，通過感知環境流場，其能夠實時調整尾鰭攻角，最大化尾鰭推力，以實現高速遊動。因而，喻俊志研究員團隊自己開發了一款攻角感測器，並在此基礎上進行了攻角控制演算法的研究，從而使機器海豚達到最高游速。

以上這款惟妙惟肖的機器魚便是喻俊志研究員團隊的仿生海豚，並且其已經實現了連續六連跳的功能。小了解更多詳細信息，也歡迎後台留言挖掘。

此外山東大學控制科學與工程學院周風余教授做了《雲服務機器人》的相關報告。

山東大學軟體學院崔立真教授做了關於《人工智慧與行為認知技術》的專題報告。

此外，山東大學晶體材料國家重點實驗室的劉宏教授《電子皮膚—智能機器人的觸覺器官》；山東大學研究生馬高遠同學《上肢康復機器人》；山東大學文學院盛玉麟教授《大數據信度與中文服務機器人會話能力優化的思路》；SDU-VT聯合實驗室張舒信博士《仿生蝙蝠聲吶頭》的研究；山東大學機械工程學院萬熠教授《特種機器人研究》；山東大學齊魯醫院主治醫師劉超《鈦種植體表面改性影響鈦種植體骨結合的研究》；山東大學齊魯醫院李棟教授《細胞生物學在仿生科學潛在的應用價值》；山東大學控制科學與工程學院姬冰副教授《撲翼仿鳥飛行器結構及控制系統設計》；山東大學控制科學與工程學院高嵩博士《多自主機器人協同目標追蹤的非線性控制研究》；山東大學控制科學與工程學院李鳳鳴博士《基於深度強化學習的工業機器人行為能力增值及優化》等帶來的交流發言也是精彩紛呈，體現著不同學科之間的差異與共性，相信也對不少人增加了思考問題的新思路新方法。

學科交叉早就不是一個個性話題，不同學科間的相互融合互相促進，無疑為很多科研人員帶來了新的思想源泉。山東大學交叉學科的學術沙龍仍在繼續，相信思想碰撞的火花讓這個百年學府更加熠熠生輝。期待這樣的沙龍活動能讓更多人收益。

PS：由於篇幅關係，很多老教授專家的精彩講座並不能全面呈現給大家，如有相應需求，歡迎大家後台留言，大講堂也願竭盡全力服務大家。