智能機器人的發(fā)展一直是科研領域的重點，尤其是在智能化時代的今天，機器人的研發(fā)已經(jīng)成為國家重點發(fā)展項目，全世界都在智能機器人領域展開科研探究。

天津大學是中國第一所現(xiàn)代大學，在機器人研究領域有著重要優(yōu)勢，為實現(xiàn)戰(zhàn)略化管理目標，積極培育機器人研究領域人才的建設。天津大學機器人與汽車技術研究所是以醫(yī)療機器人、水下機器人、燃料電池制造技術、汽車結構動力學為主要研究方向，以多學科交叉融合為特色、以建設國際化研究基地為目標，成立于2004年。

研究所裝備有工業(yè)機器人、外科手術機器人“妙手”系統(tǒng)、水下機器人、水下滑翔器、動力學觸感裝置、六維力傳感器、LMS系列振動測試儀器等先進裝置與儀器，以及多種分析軟件。

在機器人科研領域，天津大學已成功研制出多款機器人，并參與應用。

第三代“多足變胞爬行機器人”操控成功

4月1日，天津大學學子操控“第三代多足變胞爬行機器人”跨越障礙。據(jù)了解，該款機器人可通過手機無線遙控，將根據(jù)環(huán)境變化和任務需求進行靈活變形，適應各種狹窄彎道及地面條件，且運動方式與自然界中爬行動物類似，在航空航天、地質(zhì)勘探以及搶險救災等領域有著重要應用。

多足變胞爬行機器人設計者模仿哺乳動物通過腰腿配合實現(xiàn)靈活運動的原理，在機構中加入由4節(jié)結構組成的“腰”，機器人運動時配以腰、腿結構的變形，實現(xiàn)靈活、穩(wěn)定的運動。該機器人設計者介紹說，由于采用了變胞機構，這款機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”的章魚形狀，而且還能通過手機的無線遙控，在各種不規(guī)則的狹小空間里自如運動。“這種機器人將在惡劣環(huán)境下的搶險救災中大顯身手。”

“光控DNA核酸分子機器人”奪冠

這是一群來自天津大學的學生，憑著對機器人的熱愛，積極投入機器人的研究中。2014國際生物分子設計大賽(BIOMOD)在哈佛大學舉行，天津大學7名本科生組成的團隊憑借“光控DNA核酸分子機器人”一舉奪得金獎。該團隊設計利用DNA“折紙技術”，以DNA分子為骨架構建了納米級別的“容器”，并為這個容器設計了一個納米金屬“鎖”。更妙的是，用來打開鎖、開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，殺死癌細胞，并有效減少周圍正常細胞的損傷。

“機器人并不都是我們想象的機械結構，它需要具備自主完成任務的能力。”參賽隊隊長、天大化工學院學生劉悅說，這個具有天津大學典型標志的納米分子機器人可以利用光的遙感自我控制。該設計的獨創(chuàng)性贏得了大賽評委的一致好評，天津大學團隊從哥倫比亞大學、滑鐵盧大學、東京大學、香港浸會大學等30所知名大學團隊中脫穎而出，獲得金獎。“該設計部分已獲得實驗數(shù)據(jù)支撐，在合成生物醫(yī)學領域具有很大的應用前景。”該團隊指導教師齊浩研究員表示。

排雷機器人“嗅”出雷點

機器人排雷，編者只知用于軍事，所謂排雷就是排除危險、探索險情。卻不想天津大學學子將排雷機器人用于軍訓，這真的很有趣。

去年5月，由信息學院李杰、吳岳峰等6名2011級本科生設計。這個學生自己發(fā)明的“神器”是能分辨正步整齊與否的“順風耳”，是全國首個正步測評系統(tǒng)。該“正步評價系統(tǒng)”最重要的指標是頻率與整齊度，主要通過分析聲音信號，對正步的整齊程度進行打分。系統(tǒng)依靠話筒對正步行進中的步伐聲音進行收集，隨即電腦上便會產(chǎn)生一組波形數(shù)據(jù)，通過對步數(shù)、步頻、整齊度等數(shù)據(jù)的具體分析以及和預設的標準進行對比得出最終分數(shù)。校方對這個“正步評價系統(tǒng)”給予了支持，并在軍訓匯演中正式啟用，配合部隊教官對同學們的軍訓成果進行評價。校方希望同學們繼續(xù)改進這一系統(tǒng)，明年能夠做到音頻、視頻相結合的評判方法，使之更加完善。

此外，天大學生還為軍訓研發(fā)了能排雷的“千里眼”。草地上，3個坦克外形的履帶車駛入“戰(zhàn)場”進行直線、轉彎雷點探測。不一會兒，“雷點”被發(fā)現(xiàn)，3輛車相繼停下，一個發(fā)出聲音警報，一個自動打開了報閃燈，還有一個噴出藍綠色霧氣。戰(zhàn)術小組的精兵迅速出動，在履帶車停下的位置找到了地雷點。這3輛身長約1米的小車叫做“智能排爆預警機器人”，由4名軍訓學生在短短10天的配合中純手工打造。學生們還計劃增加機械手臂進行地雷排除工作，將人操作的風險降到最低。

機器人“懸絲”治癌

由天津大學師生研發(fā)了一款“核磁儀導航絲傳動乳腺癌近距離粒子植入機器人”，在核磁儀等成像儀器導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)，達到“靶向”持續(xù)放射殺死癌細胞。

在這款智能機器人研制中，天大師生設計了巧妙的“絲傳動”，從而使機器人的旋轉、升降、搖擺、前后進針、推送藥物等所有動作都是通過多條高強度的非金屬絲的巧妙纏繞來帶動。由于是這樣“懸絲診病”，電機可以放在離核磁共振儀較遠的地方，減少“偽影”，也使醫(yī)生能夠“遠程”操控，離放射性粒子更遠一些。

研發(fā)人員經(jīng)過反復實驗，采用了核磁兼容的超聲波電機來驅(qū)動機器人；用符合力學性能要求且具有“順磁性”的pve工程塑料來制造機器人整體；關鍵部件，如針管針芯等使用鈦合金以增加強度和可靠性，軸承、螺栓、螺母等使用了氮化硅陶瓷材料。

手術時，病人俯臥在核磁共振儀腔體內(nèi)的病床上，醫(yī)生通過mri系統(tǒng)實時檢測針刺目標點的位置，將采集到的圖像傳送至計算機。計算機對圖像進行處理后，結合可編程邏輯控制器傳送過來的信號，對針刺軌跡路線進行調(diào)整，并發(fā)送相應指令來控制機器人，從而將放射性粒子準確植入癌變部位。

設計中，研發(fā)人員摒棄了傳統(tǒng)的升降、平移等運動結構，設計了“環(huán)套乳房全方位旋轉穿刺結構”，只需一個旋轉自由度即可實現(xiàn)對乳房各個方向的穿刺，再附加一個針刺系統(tǒng)搖擺自由度輔助矯正進針姿態(tài)，使針刺的位置誤差低于1mm。

機器人的發(fā)展是我國智能裝備制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點，近幾年來，國家對機器人產(chǎn)業(yè)建設加大力度，建立機器人產(chǎn)業(yè)園區(qū)，用于大力發(fā)展機器人產(chǎn)業(yè)。各高校在國家產(chǎn)業(yè)建設的引導下，應加強技術型人才的培養(yǎng)，順應時代發(fā)展的需要。天津大學機器人研究所是國家建設支持的重點研究點，引導著我國機器人研究領域的發(fā)展需求，同時，為機器人產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)大量的技術型高精尖人才。

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