《机器人》2025年5期正式上线啦！

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基于预训练—微调框架的四足机器人结构—控制协同设计（封面文章）

王越

浙江大学工业控制技术国家重点实验室教授。研究领域：机器人自主导航，智能操作，计算机视觉，深度学习。

摘要：在自然界中，美洲狮等具有卓越运动能力的动物通常具有不对称的前腿和后腿，其强壮的后腿能够为跳跃提供强劲的动力。受这一类生物启发，提出了一种机械结构与控制策略协同设计的方法，通过优化机器人的腿部长度来提升其整体运动性能。首先，引入一种预训练—微调框架，该框架不仅能够为每个候选的机械结构提供最佳控制策略，还提升了算法的训练效率。此外，将空间域随机化与折扣正则化方法相结合，显著提高了预训练网络的泛化能力。实验结果表明，所提出的预训练—微调框架显著增强了协同设计算法的性能，并且减少了时间消耗。此外，所提算法在提高机器人运动性能方面远远超越了传统的对控制策略进行独立优化的方法，为提升四足机器人的极限跑酷能力提供了一种新型的解决方案。

引用信息：陈词, 余纪宇, 李超, 陆豪健, 高洪波, 熊蓉, 王越. 基于预训练—微调框架的四足机器人结构—控制协同设计[J]. 机器人, 2025, 47(5): 625-635.

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RefN-SLAM：反射场景下的神经SLAM方法（特邀文章）

尚伟伟

中国科学技术大学自动化系教授。研究领域：化学机器人，绳索机器人，柔性协作机器人，工业机器人，机器人学习控制。

摘要：传统的同步定位与地图构建（SLAM）方法依赖光度一致性假设，往往无法处理光照复杂变化的场景。为此，提出了一种基于神经辐射场的反射场景映射方法RefN-SLAM。具体来说，使用2个神经辐射场对场景的高光和低光部分分别建模，并通过与固定色调映射系数加权相加，得到最终场景的颜色表示。与此同时，结合表面感知采样和透视感知采样，进一步增强了场景的深度感知，并通过由粗到精的优化提升了重建精度和计算效率。最终，在全局关键帧像素数据库上对场景表示和相机位姿进行了联合优化。实验结果表明，RefN-SLAM方法在化学实验室场景下取得了良好的重建结果，并在合成数据集和真实世界机器人实验中都具有出色的跟踪性能。

引用信息：胡佳豪, 尚伟伟, 汤新胜, 张飞. RefN-SLAM：反射场景下的神经SLAM方法[J]. 机器人, 2025, 47(5): 708-717.

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机器人力控精密抛光技术研究进展（特邀文章）

孙玉文

大连理工大学机械工程学院教授。研究领域：数字化制造与智能制造，机器人加工技术，加工制造过程建模、仿真与优化。

摘要：工业机器人固有的机械结构特点导致其在运动过程中存在较大的定位误差和刚度各向异性问题，一定程度上限制了其在模具、航空结构件等高表面完整性抛光中的应用。力控精密抛光技术是应对上述挑战、实现机器人在精密抛光领域应用拓展的必然选择。为此，本文介绍了机器人力控抛光技术的主要实现途径，并从力控系统结构和控制策略层面阐明了制约力控抛光性能提升的关键因素。进而，以表面波纹度和表面粗糙度为纽带，分析了抛光路径、机器人加工姿态、定位精度和工艺参数等因素与抛光表面质量间的内在关联性，系统评述了机器人力控精密抛光的研究进展，并针对机器人力控抛光技术存在的问题和未来发展方向进行了深入探讨。

引用信息：王英鹏, 宋慧鹏, 孙玉文. 机器人力控精密抛光技术研究进展[J]. 机器人, 2025, 47(5): 730-752.

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六杆张拉整体翻滚机器人驱动优化设计

冯晓东

绍兴文理学院土木工程学院、浙江大学建筑工程学院教授。研究领域：智能材料制造及智能结构。

方益明

绍兴文理学院机械与电气工程学院教授。研究领域：智能信号与信息处理及智能系统与装备控制。

摘要：为降低六杆张拉整体机器人(TR-6)的驱动成本，提出了一种基于索驱动的遗传天牛须混合优化策略。首先，根据TR-6机器人的初始几何构形，建立起机器人的等效模型，以机器人单步驱动前后的应变能差值为目标函数，构建了综合考虑重力矩、翻滚能量及索调控量等约束条件的驱动优化模型。然后，通过非刚体运动分析(NRMA)方法确定不平衡状态下机器人的姿态，利用遗传天牛须混合算法获取最优的机器人驱动方案，并在ADAMS系统中开展了仿真验证。最后，采用电机驱动方式对TR-6机器人进行了物理样机测试，验证了所提方法的有效性和实用性。研究结果表明，该方法可有效降低张拉整体机器人的驱动成本(单索方案比双索方案节省应变能约14%)，并为此类机器人的研究提供了理论依据和技术支撑。

引用信息：冯晓东, 宋思远, 赵树彬, 崔文华, 方益明. 六杆张拉整体翻滚机器人驱动优化设计[J]. 机器人, 2025, 47(5): 636-645, 707.

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基于梁单元的曲面软体机器人简化力学模型

刘珂

北京大学工学院先进制造与机器人系研究员。研究领域：柔性结构与软体机器，结构优化，可展结构，力学超材料。

摘要：针对一种可进行曲面自由变形的软体机器人，提出了一种基于梁单元和非线性有限元理论的简化力学模型。首先，使用特定的梁单元对曲面软体机器人进行有限元离散。其次，使用牛顿—拉弗森迭代法对非线性变形过程进行求解，同时推导出给定全局几何特征时逆向求解各个驱动器收缩量的映射关系。数值计算和仿真结果表明，该简化力学模型为曲面软体机器人的建模、仿真以及控制提供了一个高效的计算平台。

引用信息：程屹涛, 杨焕煜, 刘珂. 基于梁单元的曲面软体机器人简化力学模型[J]. 机器人, 2025, 47(5): 646-656.

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履带式管道机器人的弯管通过性研究

刘城

北京理工大大学副教授。研究领域：多模态管道机器人，车辆混合动力技术，液力传动，瞬态空化及其控制技术。

摘要：针对履带参数对管道机器人通过性的影响，对管道机器人过弯原理进行阐述。首先，基于传统圆筒型机器人模型建立多参数矩形机器人模型，研究履带长度与履带宽度对通过性的影响。然后，对机器人和管道结构进行参数化处理，根据其几何约束关系进行过弯运动分析，总结过弯时的运动控制规律。最后，基于SolidWorks三维建模软件建立管道机器人模型，利用Webots仿真软件对机器人实际运动过程进行仿真，通过对比仿真结果与理论分析结果，验证了分析的正确性和结构设计的合理性。研究结果表明，该研究为四轴履带式管道机器人的结构设计以及控制策略提供了理论支撑。

引用信息：刘城, 孙永站, 李军, 田哲. 履带式管道机器人的弯管通过性研究[J]. 机器人, 2025, 47(5): 657-667.

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机器人末端自动化螺栓装配执行器的设计与控制

彭海军

大连理工大学力学与航空航天学院工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室教授。研究领域：多体系统动力学与最优控制，连续体机器人。

摘要：针对现有螺栓装配机器人在狭小空间装配操作的难题，设计了一种安装在机器人末端的轻质小型自动化装配执行器，并以STM32单片机作为控制器进行了电压电流双闭环控制系统设计。在实现螺栓的自动推进和自动复位的装配过程中，控制系统可实时采集执行器工作所需的电压、电流信号，经处理后由STM32单片机产生电压信号，实现对执行器工作的精确控制。螺栓装配过程的自动推进和自动复位降低了携带执行器的机械臂的运动控制难度；通过电流间接控制螺栓拧紧力矩，与现有的扭力传感器反馈控制相比减小了执行器的体积和重量。实际测试结果表明，该自动化执行器能较为精准地完成M4、M5和M6外六角碳钢螺栓的自动化安装、拆卸和拧紧操作。

引用信息：刘宗诚, 马鹏菲, 彭海军. 机器人末端自动化螺栓装配执行器的设计与控制[J]. 机器人, 2025, 47(5): 668-676.

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基于时间干扰的家鸽机器人转向行为调控

槐瑞托

山东科技大学电气及自动化工程学院副教授。研究领域：动物机器人，脑机接口，信号检测与处理。

摘要：动物机器人运动行为调控中广泛使用植入式电极刺激，该方法在电极植入和行为调控刺激阶段易造成脑组织损伤。本文利用时间干扰（TI）刺激方法（一种可聚焦到深部脑区的非侵入式神经调控方法），通过在颅骨固定电极，开展了对家鸽机器人的转向行为调控研究。首先，基于构建的鸽脑物理模型进行仿真测试，分析电场分布情况，并确定电极排列位置及刺激强度大小；然后，通过行为学实验进一步验证该刺激方法对家鸽机器人行为调控的有效性；最后，通过c-Fos免疫组化方法确定该刺激在脑内部聚焦情况。研究表明，TI刺激有效刺激深度达到7.5 mm，能够有效刺激到控制家鸽行为的腹前背中核（DIVA），完成对家鸽机器人的行为调控。本文方法不但避免了电极植入手术对家鸽脑部的损伤，而且基于该刺激深度可以对鸽脑内部绝大部分核团施加电刺激，验证了TI刺激应用于家鸽机器人行为调控的可行性，为动物机器人提供了一种非侵入式刺激方式。

引用信息：殷涛, 槐瑞托, 田鸿超, 杨俊卿, 汪慧, 邵峰. 基于时间干扰的家鸽机器人转向行为调控[J]. 机器人, 2025, 47(5): 677-686.

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基于动态权重复用的深度局部特征匹配器

曹雏清

安徽工程大学高级工程师。研究领域：智能机器人视觉感知，人机交互等。

摘要：本文旨在通过堆叠更多的Transformer层，探讨深度Transformer网络对匹配性能的影响，并解决增加Transformer层数导致模型大小线性增长的问题。为此，提出了一种结合动态权重复用技术和特征增强的局部特征匹配器DWR-Matcher。首先，利用深层Transformer网络对提取的局部特征进行特征聚合，其允许相邻Transformer层之间动态复用权重，从而减少模型参数，有效降低因增加网络层数所带来的存储负担。其次，为防止网络过深导致的特征崩溃，引入了特征增强模块，通过残差连接方式增强每个Transformer层的特征表达，以此丰富特征的多样性。最后，在HPatches、InLoc、MegaDepth数据集上进行实验验证，结果显示，在MegaDepth数据集上，DWR-Matcher在5、10和20°的阈值条件下达到了44.20%、61.20% 和74.90% 的相对位姿估计精度，同时参数量减少了8.3 MB，证明了DWR-Matcher在各种复杂场景中的卓越性能。

引用信息：曹雏清, 郑方军, 张紫阳, 孙涛. 基于动态权重复用的深度局部特征匹配器[J]. 机器人, 2025, 47(5): 687-695, 707.

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基于改进人工势场算法的移动机器人路径规划方法

唐凤珍

中国科学院沈阳自动化研究所研究员。研究领域：脑机接口，神经计算，机器人学。

摘要：传统人工势场算法（APF）在路径生成过程中存在目标不可达、局部极小值及规划效率低等问题。为此，本文提出一种改进的APF算法：针对目标不可达问题，设计新的斥力场函数，通过引入正弦距离因子动态调节目标点附近障碍物对机器人的斥力；针对局部极小值问题，提出障碍物边界点群切向量算法，利用障碍物边界构建虚拟点群，计算用于逃离局部极小值的临时目标点；针对路径规划效率低的问题，设计自适应步长方法，根据机器人周围障碍物的拥挤程度自适应选择迭代步长，在减少迭代次数的同时，避免机器人因与障碍物过近而被反弹。仿真实验结果显示，改进算法可有效解决传统APF算法的目标不可达与局部极小值问题；在无此类问题的场景中，其路径长度与传统APF算法接近，而路径规划时间缩短约23.52%。此外通过与当前主流的机器人局部路径规划算法的横向对比实验，进一步验证了本文算法在规划效率与路径质量上的优越性。最后，基于真实机器人的实验证实了该算法的可行性与有效性。

引用信息：黄锋, 张志慧, 姜静, 唐凤珍. 基于改进人工势场算法的移动机器人路径规划方法[J]. 机器人, 2025, 47(5): 696-707.

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面向无人机的多源异构传感器融合地图建立方法

宋大雷

沈阳工业大学信息科学与工程学院教授。研究领域：无人系统动力学建模、导航、路径规划与优化控制方法。

摘要：基于异构距离传感器构建全局空间占据栅格地图时存在高内存需求、标定对齐以及噪点干扰敏感等问题，为此，提出了直接栅格法来构建融合栅格地图。首先，采用环形缓存方式实现栅格地图滑动更新，减少栅格量以降低内存消耗，同时结合感知与控制误差模型，推导了高速飞行时的地图更新误差式，确定滑动栅格数，并构建了栅格分辨率、范围缩放因子与飞行速度的关系式。其次，基于栅格分辨率与雷达探测模型逆向求解成像雷达的尺度变换倍数，实现了激光雷达与成像雷达点云数据直接映射和对齐在统一的栅格空间内。最后，提出了“概率地形图”更新策略，通过加权计算占据概率并引入更新系数，提升了栅格地图在复杂环境下的抗噪性能和鲁棒性。结果表明，滑动更新策略显著减少了栅格地图的内存占用量与构建时间，同时使构建时间的极差下降了16 ms，降低了计算波动；在开源激光雷达与成像雷达数据集NTU4DRadLM的烟雾干扰场景中进行对比实验，证明了直接栅格法在构建多源异构融合栅格地图时具备较低时延和较强抗干扰性；在实际大规模复杂地形作业任务中，内存占用量稳定在1.5~2 GB范围内，满足无人机嵌入式计算单元的资源约束。

引用信息：王啸天, 夏凯, 宋大雷. 面向无人机的多源异构传感器融合地图建立方法[J]. 机器人, 2025, 47(5): 718-729.