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高校科技成果盡在科轉(zhuǎn)云

為應(yīng)對核生化恐怖威脅以及保障核電站的運營安全，迫切需要研制一種適應(yīng)各種復雜環(huán)境、高度機動靈活、遠程控制距離遠、現(xiàn)場可迅速展開并具有一定應(yīng)急處理能力的小型核化探測遙操作機器人。 小型核化探測遙操作機器人主要由（1）機器人本體、（2）小型四自由度機械臂、 （3）遙操作控制箱三部分組成。機器人自身配有姿態(tài)傳感器，GPS定位和激光雷達，結(jié)合攝像頭的圖像信息，可以將機器人周圍的環(huán)境情況回傳給操作人員，使得操作人員可以根據(jù)現(xiàn)場情況對機器人的行動進行決策，如圖所示。

國內(nèi)首套基于PC+RTOS+總線架構(gòu)設(shè)計的工業(yè)機器人控制系統(tǒng)，支持X85/Arm多CPU架構(gòu)，支持VxWorks/Windows RTX/Linunux-Preempt/SylixOS多種實時操作系統(tǒng)，具體技術(shù)指標： (1) 支持六關(guān)節(jié)自由度機器人、SCARA機器人、五軸機器人、連桿碼垛機機器人、四軸多關(guān)節(jié)機器人、DELTA機器人、直角坐標機器人、多軸專用機器人等多種結(jié)構(gòu)機器人的控制。 (2) 支持多機協(xié)作、最多可實現(xiàn)1臺控制器控制器4臺機器人。每一臺機器人的參數(shù)、程序相互獨立，在運行及遠程模式下可以令所有機器人同步運行、停止；在支持一托多的同時也支持每一臺機器人搭配任意種類的外部軸，包括地軌、變位機、龍門架；同時支持雙機協(xié)作模式，可令兩臺機器人的啟停完全同步。 (3) 支持二次開發(fā)，提供開放的API接口，支持客戶基于C/C++/Python/Lua進行二次開發(fā)集成工藝。 (4) 包含多種工藝算法：上下料、碼垛、焊接、焊縫跟蹤、視覺、激光切割、傳送帶跟蹤、碰撞檢測、拖拽示教等多種通用工藝，并可根據(jù)用戶需求進行定制。

一、項目簡介 康復訓練機器人是近年來出現(xiàn)的一種典型人機合作系統(tǒng)，其主要作用是協(xié)助患者保持平衡能力和幫助患者實現(xiàn)運動功能的恢復性訓練，由于患者與機器人在同一物理空間, 因此對機器人的柔順性、安全性提出了嚴格的要求。鑒于繩索牽引并聯(lián)機構(gòu)作為一種新型的并聯(lián)運動機構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、慣性小、柔順性好等優(yōu)點，而且不存在剛性體的碰撞、沖擊等缺點，非常適合于康復機器人的驅(qū)動控制。 二、前期研究基礎(chǔ) 目前本研究團隊對繩牽引并聯(lián)機器人技術(shù)已有廣泛深入研究，針對飛行器標模所構(gòu)建的原理樣機，采用八繩牽引的六自由度冗余約束并聯(lián)支撐技術(shù)，該系統(tǒng)具體包括機械傳動子系統(tǒng)（采用八繩布置方式，通過萬向滑輪，分別連接飛行器模型與電機驅(qū)動端）、運動控制子系統(tǒng)（采用伺服電機、多軸運動控制卡和伺服驅(qū)動器，基于并聯(lián)機器人技術(shù)的智能魯棒控制方法，實現(xiàn)對期望軌跡的高精度跟蹤）、模型位姿測量子系統(tǒng)（采用相機、陀螺儀和加速度計等多種傳感器，實現(xiàn)對模型運動軌跡的高精度動態(tài)測量）、繩拉力和氣動力測量子系統(tǒng)（在試驗?zāi)Ｐ驮O(shè)計了內(nèi)置式六分量測力天平，以實現(xiàn)對氣動力的實時監(jiān)測）。 結(jié)合醫(yī)療康復的實際需求，將進行繩牽引并聯(lián)康復機構(gòu)方案設(shè)計，系統(tǒng)運動空間與運動學、動力學分析等；采用智能傳感器技術(shù)與控制技術(shù)，搭建原理樣機并進行實驗驗證，最終實現(xiàn)康復機構(gòu)的高可靠性與高安全性運動訓練。 三、應(yīng)用技術(shù)成果（1）應(yīng)用技術(shù)成果（文字加圖片） 截止目前，本課題團隊研究的繩牽引并聯(lián)機器人技術(shù)在四項國家自然基金的支持下，不僅在實驗室搭建了多功能原理樣機（圖1），更在實際風洞單位進行了試驗驗證（圖2），表明了相關(guān)科技術(shù)的可行性和有效性。 擬將繩牽引并聯(lián)機器人技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療康復方面，如骨盆運動、步態(tài)訓練以及腕關(guān)節(jié)恢復等，相關(guān)示意圖如圖3-4所示。 四、合作企業(yè) 擬與校內(nèi)相關(guān)學院與附屬醫(yī)院合作。

隨著現(xiàn)代生產(chǎn)生活方式的快速發(fā)展，在電子、食品、醫(yī)藥、日化和新能源等行業(yè)中，對體積小、重量輕的產(chǎn)品進行封裝、包裝及分揀等高速無污染作業(yè)的需求日漸旺盛。由于具有一定的通用性和適應(yīng)性，工業(yè)機器人成為此類作業(yè)中保障質(zhì)量、提高效率和降低成本的核心裝備，尤其是高速并聯(lián)機器人因速度和動態(tài)特性的優(yōu)勢而備受青睞。無需高精密減速器的結(jié)構(gòu)特性，也決定了高速并聯(lián)機器人在中國有極大的創(chuàng)新和發(fā)展空間，與此同時，多樣化復雜生產(chǎn)工況也對機器人系統(tǒng)的本體設(shè)計、視覺感知、運動控制和多機協(xié)同等核心技術(shù)及其集成提出新的挑戰(zhàn)。 本項目歷時多年，攻克高速多并聯(lián)機器人協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)的多項關(guān)鍵技術(shù)，并成功研制了滿足高效生產(chǎn)的國產(chǎn)化成套裝備，達到國際先進水平。

該基于矢量推進的觀測型水下機器人有8個矢量布置的推進器，得益于推進器的矢量布置方式，水下機器人除了完成基本的上浮下潛、平面運動外還可以完成諸如定點旋轉(zhuǎn)、縱橫傾運動等運動。

控軟體機器人是智能仿生機器人研究領(lǐng)域的熱點方向。然而，如何實現(xiàn)軟體機器人運動方向的便捷調(diào)控，是該領(lǐng)域目前急需解決的一個關(guān)鍵科學性問題。傳統(tǒng)的光刺激調(diào)控法，需要將光束集中在軟體機器人的某個局部區(qū)域，或者沿某個角度或方向去照射軟體機器人，使之產(chǎn)生局部的形變差異，進而推動軟體機器人沿某個方向前進。例如，在文獻中經(jīng)常看到的場景是，將光束照射在軟體機器人的頭部，使其后退；照射在尾部，使其前進；從左向右掃描軟體機器人，使其右拐；從右向左掃，使其左轉(zhuǎn)。此類光刺激調(diào)控法缺乏便捷性，非常不方便。東大科研團隊另辟蹊徑，構(gòu)建了多層次結(jié)構(gòu)的液晶彈性體基軟體機器人，在不同的結(jié)構(gòu)層次中加入三種分別對520nm、808nm、980nm波段光源響應(yīng)、且互不干擾的有機光熱轉(zhuǎn)換試劑，從而利用可見和紅外三個波段光的開/關(guān)變化去操控軟體機器人的運動方向。和傳統(tǒng)的光刺激調(diào)控法相比，該方法是通過軟體機器人不同區(qū)域?qū)獯碳さ倪x擇性吸收，來實現(xiàn)整體的形變差異，進而推動軟體機器人運動，因此光源的照射位置、方向、角度等因素都不會對運動方向產(chǎn)生根本性影響。該策略為實現(xiàn)軟體機器人運動方向的便捷調(diào)控提供了新思路。

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