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一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介 康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人是近年來(lái)出現(xiàn)的一種典型人機(jī)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(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)性訓(xùn)練，由于患者與機(jī)器人在同一物理空間, 因此對(duì)機(jī)器人的柔順性、安全性提出了嚴(yán)格的要求。鑒于繩索牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為一種新型的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、慣性小、柔順性好等優(yōu)點(diǎn)，而且不存在剛性體的碰撞、沖擊等缺點(diǎn)，非常適合于康復(fù)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)控制。 二、前期研究基礎(chǔ) 目前本研究團(tuán)隊(duì)對(duì)繩牽引并聯(lián)機(jī)器人技術(shù)已有廣泛深入研究，針對(duì)飛行器標(biāo)模所構(gòu)建的原理樣機(jī)，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(jī)械傳動(dòng)子系統(tǒng)（采用八繩布置方式，通過(guò)萬(wàn)向滑輪，分別連接飛行器模型與電機(jī)驅(qū)動(dòng)端）、運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)（采用伺服電機(jī)、多軸運(yùn)動(dòng)控制卡和伺服驅(qū)動(dòng)器，基于并聯(lián)機(jī)器人技術(shù)的智能魯棒控制方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)期望軌跡的高精度跟蹤）、模型位姿測(cè)量子系統(tǒng)（采用相機(jī)、陀螺儀和加速度計(jì)等多種傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型運(yùn)動(dòng)軌跡的高精度動(dòng)態(tài)測(cè)量）、繩拉力和氣動(dòng)力測(cè)量子系統(tǒng)（在試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)了內(nèi)置式六分量測(cè)力天平，以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣動(dòng)力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)）。 結(jié)合醫(yī)療康復(fù)的實(shí)際需求，將進(jìn)行繩牽引并聯(lián)康復(fù)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)空間與運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)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(jī)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最終實(shí)現(xiàn)康復(fù)機(jī)構(gòu)的高可靠性與高安全性運(yùn)動(dòng)訓(xùn)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(tuán)隊(duì)研究的繩牽引并聯(lián)機(jī)器人技術(shù)在四項(xiàng)國(guó)家自然基金的支持下，不僅在實(shí)驗(yàn)室搭建了多功能原理樣機(jī)（圖1），更在實(shí)際風(fēng)洞單位進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)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(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療康復(fù)方面，如骨盆運(yùn)動(dòng)、步態(tài)訓(xùn)練以及腕關(guān)節(jié)恢復(fù)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(xué)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(duì)體積小、重量輕的產(chǎn)品進(jìn)行封裝、包裝及分揀等高速無(wú)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(jī)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(jī)器人因速度和動(dòng)態(tài)特性的優(yōu)勢(shì)而備受青睞。無(wú)需高精密減速器的結(jié)構(gòu)特性，也決定了高速并聯(lián)機(jī)器人在中國(guó)有極大的創(chuàng)新和發(fā)展空間，與此同時(shí)，多樣化復(fù)雜生產(chǎn)工況也對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)的本體設(shè)計(jì)、視覺(jué)感知、運(yùn)動(dòng)控制和多機(jī)協(xié)同等核心技術(shù)及其集成提出新的挑戰(zhàn)。 本項(xiàng)目歷時(shí)多年，攻克高速多并聯(lián)機(jī)器人協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，并成功研制了滿足高效生產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)化成套裝備，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

該基于矢量推進(jìn)的觀測(cè)型水下機(jī)器人有8個(gè)矢量布置的推進(jìn)器，得益于推進(jìn)器的矢量布置方式，水下機(jī)器人除了完成基本的上浮下潛、平面運(yùn)動(dòng)外還可以完成諸如定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)、縱橫傾運(yùn)動(dòng)等運(yùn)動(dòng)。

控軟體機(jī)器人是智能仿生機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)方向。然而，如何實(shí)現(xiàn)軟體機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方向的便捷調(diào)控，是該領(lǐng)域目前急需解決的一個(gè)關(guān)鍵科學(xué)性問(wèn)題。傳統(tǒng)的光刺激調(diào)控法，需要將光束集中在軟體機(jī)器人的某個(gè)局部區(qū)域，或者沿某個(gè)角度或方向去照射軟體機(jī)器人，使之產(chǎn)生局部的形變差異，進(jìn)而推動(dòng)軟體機(jī)器人沿某個(gè)方向前進(jìn)。例如，在文獻(xiàn)中經(jīng)常看到的場(chǎng)景是，將光束照射在軟體機(jī)器人的頭部，使其后退；照射在尾部，使其前進(jìn)；從左向右掃描軟體機(jī)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(tuán)隊(duì)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(jī)器人，在不同的結(jié)構(gòu)層次中加入三種分別對(duì)520nm、808nm、980nm波段光源響應(yīng)、且互不干擾的有機(jī)光熱轉(zhuǎn)換試劑，從而利用可見(jiàn)和紅外三個(gè)波段光的開(kāi)/關(guān)變化去操控軟體機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向。和傳統(tǒng)的光刺激調(diào)控法相比，該方法是通過(guò)軟體機(jī)器人不同區(qū)域?qū)獯碳さ倪x擇性吸收，來(lái)實(shí)現(xiàn)整體的形變差異，進(jìn)而推動(dòng)軟體機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，因此光源的照射位置、方向、角度等因素都不會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)方向產(chǎn)生根本性影響。該策略為實(shí)現(xiàn)軟體機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方向的便捷調(diào)控提供了新思路。

全國(guó)首個(gè)技術(shù)經(jīng)理人能力評(píng)價(jià)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

伴隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，觸覺(jué)反饋技術(shù)以及智能機(jī)器人的出現(xiàn)，人們?cè)谝曈X(jué)和觸覺(jué)上有了越來(lái)越多不同的全新體驗(yàn)。例如，目前對(duì) 于機(jī)器人的操作方式一般是通過(guò)遙控裝置或是手動(dòng)觸控，這個(gè)使用者的操作帶來(lái) 很多不方便而且對(duì)于初學(xué)者來(lái)講也不是很好掌握，同時(shí)操作失誤率較高，因?yàn)槲覀儾荒苷媲械母惺艿綑C(jī)器人的世界。具備視覺(jué)與觸覺(jué)反饋的體感機(jī)器人采用體感交互裝置采集目標(biāo)人體肢體關(guān) 節(jié)信息，對(duì)目標(biāo)人體的姿態(tài)或動(dòng)作進(jìn)行分析識(shí)別;根據(jù)獲取到的分析識(shí)別結(jié)果產(chǎn) 生對(duì)應(yīng)的體感交互指令;將體感交互指令發(fā)送至機(jī)器人，機(jī)器人執(zhí)行體感交互指 令;同時(shí)機(jī)器人采集自己周圍環(huán)境信息，例如指尖壓力信息和周身圖像信息，通 過(guò)體感交互裝置反饋給目標(biāo)人體。通過(guò)上述方式不僅突破了傳統(tǒng)的對(duì)機(jī)器人的控 制方式，而且通過(guò)觸覺(jué)反饋的方式還有 3D 圖像的顯示，在大程度的讓使用者得 到沉浸式的操作體驗(yàn)。隨之而得到的不僅僅是方便的操作和大大降低的操作失誤 率，同時(shí)也給用戶帶來(lái)了更為生動(dòng)的操作體驗(yàn)。

? 隨著科技的日漸發(fā)達(dá)以及中國(guó)結(jié)需求量的日益增加，純手工的制作效率遠(yuǎn)達(dá)不到要求，這就大大增加了中國(guó)結(jié)的制作成本。同時(shí)，其在手工制作中不可避免的差異性更限制了其不能快速發(fā)展，由此，一個(gè)能完全代替人力或者部分代替人力的機(jī)器便應(yīng)運(yùn)而生。同時(shí)，機(jī)器所具有的一致性、無(wú)差別性以及其高精度也決定了其更適合在這個(gè)傳統(tǒng)觀念上的純手工領(lǐng)域發(fā)展。因此，研究并實(shí)現(xiàn)一個(gè)能基本完成中國(guó)結(jié)編織工作的機(jī)器人是十分必要的。也對(duì)提高中國(guó)傳統(tǒng)文化的普及度和增加其科技含量有重要意義，也保證了其可以在當(dāng)今快速發(fā)展的信息化社會(huì)不被淘

目概況    目前，國(guó)內(nèi)外大量應(yīng)用弧焊機(jī)器人系統(tǒng)從整體上看基本都屬第一代或準(zhǔn)二代焊接機(jī)器人系統(tǒng)。由于焊接路徑和焊接參數(shù)是根據(jù)實(shí)際作業(yè)條件預(yù)先設(shè)置的，在焊接時(shí)缺少外部信息傳感和實(shí)時(shí)調(diào)整控制功能，這類弧焊機(jī)器人一般不能應(yīng)對(duì)焊接作業(yè)條件嚴(yán)格的穩(wěn)定性要求，焊接時(shí)缺乏“柔性”，表現(xiàn)出明顯的缺點(diǎn)。在實(shí)際弧焊過(guò)程中，焊接條件是經(jīng)常變化的，如加工和裝配等誤差會(huì)造成焊縫位置和尺寸的變化，焊接過(guò)程中工件受熱及散熱條件改變會(huì)造成焊道變形和熔透不均。    為克服機(jī)器人焊接過(guò)程中各種不確定性因素對(duì)焊接質(zhì)量的影響，提高機(jī)器人作業(yè)智能化水平和工作的可靠性，要求弧焊機(jī)器人系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)焊接參數(shù)的在線調(diào)整，且能實(shí)現(xiàn)焊縫的自動(dòng)實(shí)時(shí)跟蹤。己完成鋁鎂硅合金框架弧焊機(jī)器人柔性工作站焊縫智能跟蹤與圖象處理技術(shù)，使企業(yè)塞拉門設(shè)計(jì)制造的技術(shù)水平達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平。 本項(xiàng)目具有國(guó)際先進(jìn)水平，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。 主要特點(diǎn)    已完成的項(xiàng)目，塞拉門框架的材料為鋁鎂硅合金，材料特殊、框架尺寸較大，焊點(diǎn)多而短、焊接質(zhì)量要求高，故解決柔性?shī)A具設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)兩面焊接、滿足多系列多規(guī)格門框尺寸的要求是體現(xiàn)了成果的先進(jìn)性；    鋁鎂硅合金框架弧焊機(jī)器入柔性工作站所包括的柔性?shī)A具、焊縫智能跟蹤與圖象處理技術(shù)，使企業(yè)塞拉門設(shè)計(jì)制造的技術(shù)水平達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平，體現(xiàn)了成果的創(chuàng)造性。技術(shù)指標(biāo)    國(guó)內(nèi)城市軌道車輛、高速列車的迅猛發(fā)展使得城軌門生產(chǎn)逐年猛增，品種不斷翻新，但鋁鎂硅合金框架等主要零部件仍為手工焊接。由于手工焊接依賴于工人的技術(shù)水平，效率低，焊接質(zhì)量欠佳，優(yōu)質(zhì)品率低，是制約我國(guó)城軌門產(chǎn)品升級(jí)的關(guān)鍵技術(shù)。    首選企業(yè)的高精度焊件達(dá)到：焊縫識(shí)別誤差600×600像素， ±0. 25mm，±0.20mm;焊槍姿態(tài)誤差，±0. 045mm，±0.040mm;其它誤差（包括焊絲變形誤差、工件熱變形誤差、焊接電流誤差等），±0. 030mm，±0.020mm;視覺(jué)跟蹤綜合誤差，±0.5mm，±0.35mm。市場(chǎng)前景    成果實(shí)施后使用單位使用前手工焊接的1.2萬(wàn)件／年，達(dá)到4萬(wàn)件。按人工焊接生產(chǎn)水平，支出費(fèi)用為72萬(wàn)x3. 5=252萬(wàn)，機(jī)器人的投入成本1年半內(nèi)可收回，且可滿足使用單位近3-5年的發(fā)展需求。    按近幾年使用單位產(chǎn)品產(chǎn)量的增長(zhǎng)速度，2009-2010年產(chǎn)量可達(dá)5.5萬(wàn)件，2臺(tái)機(jī)器人工作站每年可生產(chǎn)5. 68萬(wàn)件，完全滿足生產(chǎn)要求。若仍用人工焊接則成本支出為72萬(wàn)x4. 6=331.2方元，而機(jī)器人工作臺(tái)投入費(fèi)用為零。企業(yè)每年可新增產(chǎn)值4-5億元，利稅1. 2-1.5億元。    市場(chǎng)應(yīng)用方面已具備推廣應(yīng)用的基本條件，該成果的完成，不僅可以提升企業(yè)高精度特材焊件設(shè)計(jì)制造的技術(shù)水平，提高企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力和提升產(chǎn)業(yè)集聚度，使產(chǎn)品達(dá)同行業(yè)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先或國(guó)際先進(jìn)水平，且可成為企業(yè)現(xiàn)代先進(jìn)制造工藝與裝備工程應(yīng)用的一個(gè)亮點(diǎn)。通過(guò)開(kāi)發(fā)研制，真正體現(xiàn)了產(chǎn)學(xué)研合作的現(xiàn)代高等教育理念，在高校和企業(yè)中鍛煉出一批機(jī)器人研制方面、具有實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)的科技人才。