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項(xiàng)目簡(jiǎn)介： 當(dāng)前，我們面臨資源約束趨緊、環(huán)境污染嚴(yán)重、生態(tài)系統(tǒng)退化的 嚴(yán)峻形勢(shì)，將新一代信息技術(shù)，包括云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、機(jī) 器人、虛擬現(xiàn)實(shí)與可視化等技術(shù)應(yīng)用于生態(tài)與自然環(huán)境智能監(jiān)測(cè)，對(duì) 于建設(shè)生態(tài)文明，保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要的意義。 以多旋翼無(wú)人機(jī)、自主全地形車、遙觀測(cè)機(jī)器人生態(tài)智能監(jiān)測(cè)站 等機(jī)器人平臺(tái)為載體，針對(duì)野外廣域動(dòng)態(tài)環(huán)境下大氣、土壤、水資源、 生物多樣性等生態(tài)與自然環(huán)境要素，進(jìn)行立體化、網(wǎng)格化、智能化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究。本報(bào)告將介紹基于信息物理系統(tǒng)的智能化立體生態(tài) 監(jiān)測(cè)體系設(shè)計(jì)，智能無(wú)人平臺(tái)環(huán)境感知、覆蓋、更新與重建，基于視 覺(jué)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)檢測(cè)、跟蹤與識(shí)別技術(shù)。 應(yīng)用前景分析 通過(guò)該項(xiàng)研究成果轉(zhuǎn)化與推廣，可有效提升生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采 集及分析標(biāo)校能力，逐步實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定的自主化、網(wǎng)絡(luò)化業(yè)務(wù)運(yùn)行， 為我國(guó)進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)立體綜合監(jiān)測(cè)提供技術(shù)支撐。 

四軸搬運(yùn)機(jī)器人是應(yīng)用于生產(chǎn)線上的四自由度關(guān)節(jié)型串聯(lián)機(jī)器人。本項(xiàng)目根據(jù)生產(chǎn)線的 工作要求確定機(jī)器人的各項(xiàng)基本技術(shù)指標(biāo)，為機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。對(duì)于機(jī)器人的機(jī)械 結(jié)構(gòu)部分，基于模塊化的設(shè)計(jì)思想，進(jìn)行機(jī)器人本體的總體設(shè)計(jì)。將機(jī)器人的腰部、大小臂部 件、腕部設(shè)計(jì)成模塊的形式，可以根據(jù)實(shí)際要求，方便地設(shè)計(jì)出滿足不同載荷和運(yùn)動(dòng)范圍要求 的機(jī)器人產(chǎn)品，減少設(shè)計(jì)周期，降低制造成本，有利于批量生產(chǎn)。在材料選擇上，小臂和腕部 采用高強(qiáng)度鋁合金，體現(xiàn)質(zhì)量輕和易成型的要求。大臂采用組合焊件，用薄壁鋼板圍成空腔， 在保證強(qiáng)度和剛度的前提下，追求重量輕、加工周期短、用材少。基座采用鑄鐵，吸振和成型 性能好。在機(jī)器人的傳動(dòng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，體現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、單元集成度高、系統(tǒng)優(yōu)化的現(xiàn)代設(shè) 計(jì)理念。 傳動(dòng)應(yīng)保證傳動(dòng)路線短，結(jié)構(gòu)緊湊。采用RV減速器，大減速比減速器安裝在傳動(dòng)鏈的最 后一級(jí)，盡量縮小傳動(dòng)間隙的影響。RV減速器是一種新型的二級(jí)封閉行星輪系，是在擺線針 輪傳動(dòng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型傳動(dòng)，而且其具有體積小、重量輕、傳動(dòng)比范圍大、壽命 長(zhǎng)、精度保持穩(wěn)定、效率高等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)學(xué)模 型，對(duì)其運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行了推導(dǎo)，并分析了機(jī)器人的工作空間。建立了搬運(yùn)機(jī)器人的雅可比矩 陣，反映了機(jī)器人末端執(zhí)行器的速度與各關(guān)節(jié)速度之間的映射關(guān)系，求解了各個(gè)關(guān)節(jié)的速度和 加速度變化情況。

自主移動(dòng)消毒殺菌機(jī)器人，由西北工業(yè)大學(xué)18、19屆校友馬文科、安玉璽、汪志康等組成的團(tuán)隊(duì)研發(fā)。以服務(wù)機(jī)器人底盤為載體，針對(duì)環(huán)境物體表面和空氣進(jìn)行自主移動(dòng)式消毒作業(yè)，打造全無(wú)人的智能消毒殺菌系統(tǒng)。自主移動(dòng)消毒殺菌機(jī)器人現(xiàn)已完成樣機(jī)開(kāi)發(fā)，已在深圳虛擬大學(xué)園投入使用，得到了虛擬大學(xué)園管理者管理方高度認(rèn)可。

（1）基于低成本RGB-D傳感器的平面抓取： ①　非規(guī)則物體的抓取位姿檢測(cè) ②　并可泛化到未訓(xùn)練過(guò)的物體實(shí)例 （2）基于低成本RGB-D傳感器的全空間6自由度抓取： ①　散亂放置、非規(guī)則物體，可針對(duì)特定實(shí)例或物體類別 ②　無(wú)需特定物體模型 ③　支持UR5機(jī)器人或其它標(biāo)準(zhǔn)6軸工業(yè)機(jī)器人通信 （3）機(jī)器人柔順裝配：基于視覺(jué)/力控引導(dǎo)的插孔、層疊裝配。 （4）學(xué)習(xí)與人機(jī)協(xié)同功能：從人的視頻示范中學(xué)習(xí)任務(wù)與抓取姿態(tài)約束，針對(duì)人機(jī)協(xié)作裝配任務(wù)，從人的操作示范中學(xué)習(xí)并預(yù)測(cè)人的動(dòng)作。

(1) 長(zhǎng)時(shí)間魯棒定位與建圖：未知室內(nèi)外環(huán)境下激光雷達(dá)/視覺(jué)建圖，基于深度學(xué)習(xí)的跨時(shí)段場(chǎng)景識(shí)別克服天氣/季節(jié)/場(chǎng)景變化并修復(fù)運(yùn)動(dòng)對(duì)象干擾，分層路徑規(guī)劃實(shí)現(xiàn)高效率自主導(dǎo)航。 (2) 電力設(shè)備表計(jì)識(shí)別：基于圖像識(shí)別算法研發(fā)形成移動(dòng)終端側(cè)的典型指針式表計(jì)自動(dòng)讀數(shù)技術(shù)。 (3) 電網(wǎng)設(shè)備圖像部件級(jí)實(shí)例分割： ①　RGB-T自動(dòng)標(biāo)注技術(shù)突破了制約設(shè)備樣本獲取難的共性瓶頸； ②　基于深度學(xué)習(xí)的實(shí)例分割技術(shù)攻克了背景復(fù)雜、目標(biāo)占比小和多目標(biāo)共現(xiàn)的電網(wǎng)設(shè)備部件級(jí)分割難題； ③　弱/半監(jiān)督學(xué)習(xí)技術(shù)提高了樣本利用率，大大降低標(biāo)注成本； ④　模型壓縮與加速技術(shù)使得基于深度學(xué)習(xí)的電力設(shè)備識(shí)別方法在低功耗移動(dòng)終端側(cè)應(yīng)用成為可能。 (4) 設(shè)備圖像故障監(jiān)測(cè)：基于紅外/紫外/可見(jiàn)光的電力設(shè)備過(guò)熱、滲水、漏油、明火等典型故障檢測(cè)與故障報(bào)警，具備自定義通信報(bào)文與遠(yuǎn)程推送功能。

經(jīng)過(guò)多年的努力，國(guó)內(nèi)AUV研究已取得長(zhǎng)足進(jìn)展，然而仍存在可靠性差、智能水平低等問(wèn)題，難以應(yīng)對(duì)復(fù)雜海底環(huán)境，不能滿足我們對(duì)高效率作業(yè)和長(zhǎng)期自主性的迫切需求。為解決上述關(guān)鍵問(wèn)題，中國(guó)海洋大學(xué)致力于研發(fā)面向長(zhǎng)航程深海觀測(cè)任務(wù)的具有數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)能力的新一代AUV系統(tǒng)。在結(jié)合自主導(dǎo)航系統(tǒng)精確定位與高性能的運(yùn)動(dòng)控制基礎(chǔ)上，根據(jù)AUV調(diào)查任務(wù)需求，通過(guò)對(duì)海量高維觀測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵特征實(shí)行快速分析，賦予AUV系統(tǒng)對(duì)航行路徑的智能決策能力，極大提升了海洋調(diào)查任務(wù)實(shí)施的質(zhì)量與效率。 “旗魚”系列AUV是具備高智能性、自主性、靈活性的自主式水下機(jī)器人，在海洋科學(xué)研究、資源調(diào)查、應(yīng)急搜救等民用領(lǐng)域，以及情報(bào)偵測(cè)、探雷滅雷、戰(zhàn)場(chǎng)支援等軍事領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用。旗魚系列AUV具備如下優(yōu)點(diǎn)： （1）易操作，具有圖形化的任務(wù)界面使得任務(wù)規(guī)劃過(guò)程簡(jiǎn)單快捷； （2）易布放和收回，三型AUV都配備專用布放回收吊鉤，用戶可以使用簡(jiǎn)易回收桿手動(dòng)使?jié)撈髋c母船吊放機(jī)構(gòu)建立連接； （3）大航程，可選高配置電池艙，續(xù)航力可增加50%； （4）高航速，水動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)，航速最高可達(dá)5節(jié)； （5）高可靠性，聲學(xué)跟蹤功能、AUV纏繞物切斷與自主擺脫、冗余自救設(shè)計(jì)、硬件軟件設(shè)計(jì)和測(cè)試等，確保系統(tǒng)高可靠性； （6）模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)包含基本配置與用戶自定義配置，可根據(jù)任務(wù)要求更換模塊化任務(wù)艙段。

水下機(jī)器人作為一種高新技術(shù)手段在海洋開(kāi)發(fā)和利用領(lǐng)域的重要性不亞于宇宙火箭在探索宇宙空間中的作用。它可以代替人類完成復(fù)雜海洋環(huán)境，特別是深海異常環(huán)境（如地質(zhì)活動(dòng)頻繁的熱液區(qū)）的環(huán)境探測(cè)、資源調(diào)查和開(kāi)發(fā)等任務(wù)，因而具有十分廣闊的應(yīng)用前景和科研價(jià)值。 “神龍?zhí)?rdquo;深海水下機(jī)器人（AUV）是一種具有高精度水下自主導(dǎo)航能力和多種海洋要素觀測(cè)能力的自主水下探測(cè)與運(yùn)載平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)深海復(fù)雜環(huán)境下大范圍、多尺度的精確自主導(dǎo)航以及大深度、大范圍、多參數(shù)、實(shí)時(shí)觀測(cè)，對(duì)解決深海大洋研究面臨的重大科學(xué)挑戰(zhàn)、支撐“透明海洋”工程建設(shè)具有重要的意義。 該機(jī)器人可以完成1500m以內(nèi)的海底地形地貌測(cè)繪、自適應(yīng)多AUV組網(wǎng)觀測(cè)、多海洋環(huán)境參數(shù)綜合觀測(cè)、海底深海礦藏勘查、水下救援等，為突發(fā)海洋事件應(yīng)急處理、深海大洋高機(jī)動(dòng)性實(shí)時(shí)觀測(cè)、水下目標(biāo)探測(cè)及預(yù)警等提供了重要設(shè)備支撐。

1.理論層面。提出了傳統(tǒng)架構(gòu)與人類思維指令有機(jī)融合的新型混合計(jì)算架構(gòu)；構(gòu)建了邏輯和時(shí)序的類人思維指令集，以及指令集擴(kuò)展方式的規(guī)則；便捷開(kāi)發(fā)流程架構(gòu)和層次分工。2、成果層面。該成果研發(fā)了支持組合與時(shí)序邏輯關(guān)系的固件，并與2個(gè)系列CPU結(jié)合成為具備一定認(rèn)知智能的人工智能芯片；研發(fā)了包括人機(jī)交互、組態(tài)監(jiān)控、仿真調(diào)試、人類思維解釋器等核心軟件，為產(chǎn)業(yè)智能提升提供基礎(chǔ)性開(kāi)發(fā)平臺(tái)；提出了一種新的不同于當(dāng)前人工智能實(shí)現(xiàn)技術(shù)路線的低資源需求的認(rèn)知智能實(shí)現(xiàn)方法，并經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證。3、應(yīng)用領(lǐng)域。新型的人工智能芯片（上游），芯片應(yīng)用形成的產(chǎn)業(yè)鏈；新的開(kāi)發(fā)工具，傳統(tǒng)行業(yè)升級(jí)形成的產(chǎn)業(yè)鏈；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)養(yǎng)、智慧建造等，新應(yīng)用形成的產(chǎn)業(yè)鏈。

成果介紹機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)方式主要有氣動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)三種。其中，液壓驅(qū)動(dòng)具有功率密度高的特點(diǎn)。近年來(lái)，隨著電液伺服技術(shù)的發(fā)展，電液驅(qū)動(dòng)裝置逐漸向著高壓化、微型化方向發(fā)展，越來(lái)越多地 應(yīng)用于機(jī)器人中，較為著名的有美國(guó)波士頓動(dòng)力公司開(kāi)發(fā)的機(jī)器人系列，但目前旋轉(zhuǎn)電液驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)及參數(shù)以7075-T651系鋁合金為主體材料，總質(zhì)量約為1.5kg、容積約為62ml；額定壓強(qiáng)為10MPa。在額定壓強(qiáng)下，輸出扭矩可達(dá)75N·m，工作帶寬5.6Hz（能夠滿足一般足式機(jī)器人的步行要求）；密封良好，無(wú)外泄漏。采用該驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)研制了兩足步行樣機(jī)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，關(guān)節(jié)跟蹤精度高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，能夠滿足機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)要求

智能巡檢與撿垃圾機(jī)器人系統(tǒng)基于搭載的視覺(jué)、激光、IMU、編碼器等傳感器進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在居民小區(qū)、公園廣場(chǎng)、街道、工業(yè)園區(qū)等典型環(huán)境下的高精度自主定位、建圖與導(dǎo)航，同時(shí)基于建立的場(chǎng)景地圖，采用深度學(xué)習(xí)對(duì)場(chǎng)景中的物體進(jìn)行圖像分割，識(shí)別出垃圾及其種類，獲得垃圾的空間位姿信息，控制機(jī)器人完成撿垃圾任務(wù)，并進(jìn)行垃圾的智能分類。智能巡檢與撿垃圾機(jī)器人系統(tǒng)不僅具備常規(guī)巡視功能，執(zhí)行巡檢任務(wù)，還具有撿垃圾和智能分類功能。創(chuàng)新性強(qiáng)，技術(shù)水平先進(jìn)，具有很高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。