数数冬奥会上的酷炫机器人

 

北京2022年冬残奥会日前闭幕了。在本届冬奥会和冬残奥会上，闪光出彩的不光是那些拼搏的运动员，还有各种酷炫的高科技。比如，中国科学院沈阳自动化研究所在“科技冬奥”重点专项支持下研发的多种类型机器人就十分吸睛。

两名机器人“火炬手”完成水下传递。

3月4日，在北京2022年冬残奥会火炬传递活动中，上肢助力外骨骼机器人成功协助火炬手传递火炬，彰显了奥运与科技融合的理念。

科研人员在上肢助力外骨骼机器人的研制中，突破了人机神经接口技术，创新研制了贴合皮肤的多模态信息采集系统，准确解析受试者意念，实现了残肢与外骨骼机器人间的自然操控;突破了残肢功能再造技术，实现了外骨骼拟人化设计，确保手臂具备精细操作、负重操作能力。

会变身的水下变结构机器人

在冰面下，水下变结构机器人游向下潜而来的水陆两栖机器人，又稳又准地对接了机器人小伙伴“手”中的火炬。随后，水下变结构机器人依靠自身高精度的冰下组合导航定位系统，精准地游至洞口，如芙蓉出水一般浮出水面，点燃下一棒火炬。机器人的水下接力也成为北京冬奥火炬传递的亮点。

机器人与机器人之间水下火炬传递既是亮点，也是难点。科研团队突破了复杂流场扰动的水下动态对准、机器人—机械臂厘米级精准作业、冰下高精度定位导引等关键技术，保证了水下变结构机器人这一浮动平台，在野外复杂流场扰动条件下，控制机械臂手持火炬，达到并持续保持在末端厘米级的对接精度，从而顺利完成火炬传递任务。

“云雀”飞行机器人

在上文提到的两名机器人“火炬手”完成水下传递中，另一个主角就是水陆两栖机器人。

伴随机械臂的舞动，两栖机器人一路旋转，在冰壶赛道上以优美的运动曲线展示科技之美，到达黄色圆垒沿斜面进入冰洞。研发团队通过两栖机器人多运动模式控制，完成不同运动模式的流畅切换。两栖机器人入水后在水面调整位置、姿态，开启水下火焰模式后，垂直下潜到指定位置，稳定悬停定位，等待与水下变结构机器人的火炬对接。

在空中“接力”的飞行机器人

如果将以往大范围观测任务比作“快马加鞭”的话，这对“云雀”来说就是小尺度范围内“穿针引线”的精细活儿，对飞行机器人系统提出了新的技术挑战：强大的飞行控制器是“云雀”的“大脑”，能够在近地扰流和机械臂扰动下完成精准稳定的悬停;近红外视觉系统作为“云雀”的“眼睛”，能够准确捕捉到冰面火炬并识别燃烧状态;搭载的多自由度机械臂相当于“云雀”的“手臂”，能够通过“机臂协同”和“手眼协同”完成高精度伺服作业;而舱内的主动热平衡系统就像“云雀”的“体温调节系统”，能够在超低温环境下保持舱内器件工作温度恒定。

水下变结构机器人

这款地面移动机器人，在冬奥公园展示了多种地形环境通过、自主定位、自主导航等功能，还展示了与火炬手以及两栖机器人的模拟对接，可谓“身怀绝技”。

手臂灵活视力好：为了更好地契合奥运人文理念，机器人的上半身采用了仿人型结构。机器人的躯干部分有两个自由度，每个手臂分别有七个自由度，可以做出和人一样的肢体动作。机器人的头部也具有俯仰和回转两个自由度，可快速灵活转动。同时，头部还配有双目立体视觉，操作者可以在远程实时获取现场的3D沉浸感立体画面。

可视精准的手术机器人

实时图像引导的可视精准手术机器人系统，已经用在了冬奥会等大型体育赛事的医疗保障上。这个手术机器人能够在微创手术时提供精准的神经外科、脊柱外科辅助手术服务。科研人员突破了多功能运动创伤手术机器人异维多模态医学图像融合配准、手术实时可视化、术中导航实时操控等关键技术及方法，使手术机器人可从手、眼两个维度拓展医生的能力。

“明亮”医生的眼：在手术中进行影像采集，会对人体造成额外射线损伤。科研人员利用光学扫描仪取代透视影像设备，在手术中实时扫描手术区域，降低了透视设备对医生和患者的身体损伤。此外，通过多传感器标定算法，将解剖结构进行三维医学影像显示，为医生提供“透视眼”，呈现了更清晰形象的人体透视图，从而扩展医生的眼。(沈自)

 

 

【第一对焦：沈阳自动化所】中国科学院沈阳自动化研究所

 

中国科学院沈阳自动化研究所(以下简称沈阳自动化所)成立于1958年，主要研究方向是机器人、智能制造和光电信息技术。研究所拥有以中国工程院院士为顶尖人才、“杰青”基金获得者等为领军人才、青年拔尖人才等为骨干的人才梯队。

建所六十多年来，沈阳自动化所在自动化科学与工程领域不断探索，为国民经济、社会发展和国家安全做出了突出贡献，获得国家、中科院、各部委及地方奖励300余项。作为中国机器人事业的摇篮，在中国机器人事业发展历史上创造了二十多个第一，引领中国机器人技术的研究发展，解决了国家制造业发展一系列重大关键技术问题。

1999年成为中国科学院知识创新工程首批试点单位以来，沈阳自动化所着眼国民经济和国家安全重大战略需求，凝练研究方向，开展创新研究，在先进制造和智能机器、机器人学应用基础研究、工业机器人产业化、水下智能装备及系统、特种机器人、工业数字化控制系统、无线传感与通信技术、新型光电系统、大型数字化装备及控制系统等研究与开发方面取得大批成果，形成技术领先优势。

2014年，沈阳自动化所深入贯彻“率先行动”计划，组建了中国科学院机器人与智能制造创新研究院，围绕产业链，打通创新链，形成了“科学研究、工程应用、检测评估、标准制定”四位一体的发展态势。

沈阳自动化所近年来科研成果令人瞩目。“海翼”水下滑翔机于2017年打破世界水下滑翔机最大下潜深度纪录并入选习近平总书记2018年元旦贺词，“海斗一号”全海深无人潜水器于2020年成功海试最深下潜至10907米，全景相机转台助力嫦娥五号成功完成我国首次地外天体采样返回。上述成果都于当年入选两院院士评选的中国十大科技进展新闻。工业4.0互联制造解决方案获评“世界互联网领先科技成果”。

今天的沈阳自动化所已发展成为具有现代化科研与工作条件、具有一流科学家和科技队伍的国立科研机构，是机器人学国家重点实验室、机器人技术国家工程研究中心、国家机器人质量监督检验中心(辽宁)等国家和省部平台的依托单位，主办中国科技核心刊物《机器人》和《信息与控制》。研究所拥有博士培养点5个、硕士培养点8个，博士后流动站2个。

沈阳自动化所以国家战略高技术及其产业发展提供技术基础为发展理念，努力建成具有强大自主创新能力和可持续发展能力，具有中国特色、国际知名的国立科研机构。