变形金刚走进现实 变胞理论让机器人学会变形技巧

如何让机器人像变形金刚一样在不同形态间自如切换，一直是科技领域的热门话题。英国皇家工程院院士、天津大学教授戴建生，从人类进化和细胞分裂重组的过程中汲取灵感，成功研发出“机构演变与变胞机理”项目。这一理论为机器构型变构提供了坚实的理论体系支撑，使得机器人在面对复杂环境时，能够迅速适应并改变自身结构，完成各种任务。该项目近期荣获天津市科学技术奖自然科学一等奖。

戴建生的灵感源于细胞分裂重组的自然现象。他发现，传统机器人在面对多变的工作环境时，常常因为结构单一而束手无策。例如，轮式机器人在平坦路面上可以快速行进，但遇到台阶时则无法应对。如果车轮能够变形成轮腿式构型，机器人就能轻松跨越障碍物。

戴建生在设计与开发机器人自动包装生产线时，也曾遇到过类似难题。他发现传统机械多指手的手掌都是固定结构，无法像人手一样灵活运动。于是，他设计出可以自由活动的仿人灵巧手。遇到孔洞时，灵巧手可以模仿人手攥拳，伸入孔内，再展开进行各种操作。这种灵活的构型变化使得机器人在不同场景中能够迅速适应并完成任务。

机械构型的改变涉及到诸多技术参数的协调统一，包括结构、轴、关节等方面。特别是复杂构形的改变，需要更多的技术和精力。每一次的实践都需要经历大量的试错，浪费人力物力，效率低下。

戴建生的变胞理论为机器人变形提供了更加高效、便捷的设计方法。通过理论支撑，设计师们可以减少实践试错，更加精准地实现机器人的构型变化。这一技术的突破，将使得机器人在未来能够更加广泛地应用于各个领域，为人类带来更多的便利和创新。探索机器变身重构的奥秘：变胞理论的诞生与发展

想象一下，一只蝴蝶从茧中破壳而出，背后蕴藏着的是生物演化的精妙机理。与此相类似，机器构型的设计综合与演变分析同样需要一套创新的理论体系来指导。这正是康荣杰教授为我们解释的戴建生的理论。

自1998年戴建生提出这一理论以来，经过二十多年的深耕，该理论逐渐完善并得到了广泛应用。面对传统机器设计难以适应多变工作环境的问题，戴建生及其团队创立了变胞理论，为机器与机械根据实际需求的“变身重构”、“动态演变”提供了理论支撑。

变胞理论如同一盏明灯，照亮了机器设计的未来之路。它不仅开创了可重构机构与可重构机器人这一大领域，还首次提出了具有变活动度、变构态、变拓扑的变胞机构理念。这一理论，如同为机器设计注入了一股灵动之力，使其能够灵活地适应各种工作环境与功能需求。

背后的科研之路并非一帆风顺。团队在融合旋量理论、李群理论、微分流形三大理论的基础上，揭示了变胞机构/可重构机构的演变机理。这就像是把复杂的数学工具融会贯通，找到它们的共通之处，为机器设计提供源源不断的创新动力。

不仅如此，团队还攻克了变胞机构与可重构机器人驱动选择、变构调控等关键科学问题，建立了变胞机构/可重构机构的构态调控机制与控制策略。这意味着，有了变胞理论，设计师们只需按照需求设定好条件，输入参数，就能轻松设计出灵活的机器构型。

在戴建生及其团队的共同努力下，变胞理论让机器变构设计变得触手可及。未来，随着这一理论的不断发展和完善，我们有望见证更多机器“变身”的奇迹。在绝缘子劣化诊断与维护、输电线路巡检以及断股补修等领域，我们的团队深入应用变胞理论，成功研发出多款变胞电力机器人。这些机器人不仅具有多样化的形态，还能展现出各种爬行姿势，特别是我们的变胞足式机器人，它的适应性极强，能在复杂环境中灵活作业。

团队成员、机器人学国家重点实验室、沈阳自动化所研究员王洪光为我们揭示了背后的故事。南方地区的输电线路常常穿越崇山峻岭，电路巡检工作一直以来都依赖于人工，这不仅劳动强度大，而且危险性高。传统的巡检机器人在面对线路杆塔时常常束手无策。我们的变胞机构实现了“一机多能、一机多用”的特点，显著提升了线路巡检机器人的行走、越障能力以及对环境的适应性。我们的“输—变—配”电力设备的智能化运维水平也得到了大幅提升。

值得一提的是，我们团队研发的变胞多指灵巧手已在中国航天员科研训练中心的特种防护服测试装备中得到了应用，为国家的载人航天工程提供了有力支持。我们的变胞灵巧手与足式机器人项目更是被孵化成了由学生创办的高科技创业公司——天津大然机器人和深圳大寰机器人。我们的理论指导还参与了数个国家自然科学基金委项目和国家重点研发计划项目的研究，始终服务于国家重大需求。我们团队始终致力于将科技创新与实际应用相结合，为国家的技术进步和产业发展贡献自己的力量。