“六爪章鱼”机器人是由上海交通大学研发的具有完全自主知识产权的救援型机器人，具备深入极端复杂危险环境的能力，可在核辐射、水下和火灾等极端环境下完成搬运、搜索、探测和救援作业等多种任务。

面 临 挑 战

与轮式机器人相比，由于有腿机器人需要更加复杂的机械原理和控制策略来保持平衡、方位、效率及速度，因此设计难度更大。上海交通大学的研究人员面临着以尽量低的成本在新机器人上提供高水平的速度、有效负载、耐用性及其他参数的挑战。设计师必须了解他们的设计方案能够承受多大的负载，在各种任务中的表现如何，以及施加到机器人各个关节上的作用力有多大，以便优化设计并交付具有竞争力的产品。

解 决 / 验 证

实验室的潘博士使用 Adams 多体动力学软件创建了完整的机器人及其所执行任务的工作样机，例如携带重载或转动阀门。潘博士采用SolidWorks 计算机辅助设计(CAD)软件开发了针对机器人设计方案的几何体，并编写了Adams/View 命令语言脚本，将几何体转换成Adams 模型，例如添加关节、轴承及电机。潘博士表示：“Adams/View 命令语言在机器人参数化建模方面表现良好，这是因为我可以通过编程创建单个文件来生成机器人设计，然后只需更改命令语言文件中的数字就可以生成新的设计变量。”

Adams 能够在设计过程的最初阶段，将设计概念作为一个整体系统来评估动态性能。与通过样机实验获得同样的信息相比，借助 Adams 在设计过程初期就能以更短的时间、更低的成本对众多不同机器人设计方案的瞬态动态行为进行评估。他还可以加大机器人的速度和负载，同时确保机器人能够穿越各类不同的表面。

在确定章鱼机器人中所采用的 UP 和 UPS 组合所能得到最佳结果之后，设计人员尝试了众多不同的关节尺寸，这些工作只需更改 Adams/ View 命令语言脚本中的变量即可实现。他对机器人执行动作的各向同性能力进行了评估， 即能够以相同的速度、沿任何要求的方向移动给定的有效负载。他们还使用仿真对设计方案中有可能导致机器人停止移动的特殊条件进行了评估。

在进行了大量的设计迭代之后，研究人员确定了可满足其所有目标的设计。此时，该团队以大约 100,000 元的成本对建造的样机进行调试。

结 果

上海交通大学的研究人员在大量条件下对样机进行了测试，例如转动阀门和开关、运送重达 500 千克的载荷，以评估其与预期任务的符合情况。实物实验表明，样机的性能与 Adams 预测非常吻合。潘博士表示：“如果在建造样机之前没有使用 Adams 对设计进行优化，我们或许还需要另外五台样机，每台需要支付 100,000 元才能得到正确设计。借助 Adams，第一台样机就能完全按照预期工作，我们甚至无需进行任何改动。”