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水下機(jī)器人作為一種高新技術(shù)手段在海洋開發(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。

成果是由能在煤礦井下巷道自主行走的輪式運(yùn)載車加六履帶四擺臂的探測(cè)機(jī)器人組成的兩級(jí)煤礦救援機(jī)器人系統(tǒng)。井下發(fā)生事故后，運(yùn)載車（第一級(jí)機(jī)器人）載著探測(cè)機(jī)器人（第二級(jí)機(jī)器人）利用其自身的自主導(dǎo)航功能沿井下巷道運(yùn)行到所能到達(dá)的距事故地點(diǎn)最近處，且在行走過(guò)程中能夠隨機(jī)布放通信中繼，快速搭建應(yīng)急救援無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)運(yùn)載車被障礙物阻止或巷道地面受到嚴(yán)重破壞，不能繼續(xù)前移時(shí)，運(yùn)載車打開倉(cāng)門，在安全區(qū)域的救援人員利用應(yīng)急無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)遙控探測(cè)機(jī)器人離開運(yùn)載車，在一定范圍內(nèi)進(jìn)行探測(cè)。兩級(jí)機(jī)器人上均裝有 CCD 攝像頭、超聲測(cè)距儀和瓦斯、一氧化碳、氧氣、溫度、濕度測(cè)試儀等傳感器，能夠隨時(shí)檢測(cè)周圍的環(huán)境信息，并進(jìn)行記錄和處理。

本發(fā)明公開了一種下肢多訓(xùn)練模式康復(fù)機(jī)器人，包括踏板轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、膝髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和腳踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。踏板轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中踏板軸一端與踏板連接，另一端與腿膝髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和腳踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接。膝髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中連桿與中軸的端部固定連接，減速傳動(dòng)裝置的輸入端與制動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)源連接，輸出端與中軸連接。腳踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的左、右套筒由傳動(dòng)方向相反的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，輸入傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)源連接，輸出傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與踏板軸連接。本裝置實(shí)現(xiàn)了繞同一個(gè)中心線的膝髖和腳踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)，采用制動(dòng)器和兩個(gè)驅(qū)動(dòng)源的實(shí)時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)了患者下肢六個(gè)關(guān)

針對(duì)點(diǎn)焊（弧焊）機(jī)器人和重載搬運(yùn)機(jī)器人的應(yīng)用，開展機(jī)器人控制器核心技術(shù)相關(guān)研究，研究開發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能低成本的工業(yè)機(jī)器人控制器，實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。研究工業(yè)機(jī)器人控制器核心技術(shù)，完成控制器的研究與開發(fā)并實(shí)現(xiàn)工程化，實(shí)現(xiàn)示范應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)。可達(dá)技術(shù)指標(biāo)序號(hào)名稱規(guī)格1插補(bǔ)周期4ms2重復(fù)定位精度20um3直線度40um4聯(lián)動(dòng)軸數(shù)六軸5伺服驅(qū)動(dòng)接口脈沖6插補(bǔ)方式關(guān)節(jié)，直線，圓弧，曲線7上位機(jī)（示教器）LINUX+QT8下位機(jī)（控制器）UCOSII9加減速功能直線型和S型10語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)安川 inform II指令系統(tǒng)11PLC功能內(nèi)部軟PLC，標(biāo)準(zhǔn)支持32輸入/32輸出點(diǎn)，可擴(kuò)展128輸入/128輸出。128個(gè)定時(shí)器，128個(gè)計(jì)數(shù)器12現(xiàn)場(chǎng)總線接口RS485，RS232，CAN 一、系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 1.工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的軟硬件體系結(jié)構(gòu)： (1) 基于領(lǐng)域建模的開發(fā)方法 研究面向機(jī)器人控制器開發(fā)的領(lǐng)域建模方法, 通過(guò)對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)共性的提取和功能及非功能屬性的抽象, 借助形式化描述及工具集成實(shí)現(xiàn)機(jī)器人控制系統(tǒng)在模型層的仿真和驗(yàn)證, 并研究可重用實(shí)時(shí)組件設(shè)計(jì)方法，使得開發(fā)的重點(diǎn)從底層代碼轉(zhuǎn)向機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用。 (2) 基于組件的開放式控制器的軟件結(jié)構(gòu) 根據(jù)機(jī)器人控制的特點(diǎn)和開放性的要求，研究機(jī)器人組件模型，組件劃分方法，組件間的通信機(jī)制，連接配置方法以及系統(tǒng)的調(diào)度模型，并研究開放式機(jī)器人控制器的一般開發(fā)流程，開放式平臺(tái)下多傳感器機(jī)器人的控制方法。 (3) 開放式控制器模塊化硬件結(jié)構(gòu) 根據(jù)開放性的要求，研究硬件模塊的劃分方法，便于系統(tǒng)添加或更換各種接口、傳感器等；采用基于標(biāo)準(zhǔn)總線的結(jié)構(gòu)；研究多CPU系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法；研究基于FPGA的接口設(shè)計(jì)方法。 (4) 機(jī)器人操作系統(tǒng) 根據(jù)機(jī)器人應(yīng)用需求，在開源操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加機(jī)器人應(yīng)用層接口、機(jī)器人算法，中間件，增強(qiáng)實(shí)時(shí)性能的任務(wù)調(diào)度算法。 2.高速、高精度工業(yè)機(jī)器人輪廓控制技術(shù)和柔性加減速技術(shù)： (1) 速度前瞻控制和拐角控制技術(shù) 前瞻處理的主要任務(wù)是獲取路徑信息，并根據(jù)速度、加速度和加加速度等機(jī)器人運(yùn)動(dòng)約束條件和選定的加減速規(guī)律進(jìn)行速度規(guī)劃。 (2) 柔性加減速技術(shù) 加減速控制算法可以避免機(jī)器人的沖擊、振動(dòng)，并在不增加系統(tǒng)運(yùn)算量的情況下使得插補(bǔ)過(guò)程能夠平滑快速的執(zhí)行研究直線型加減速、S 型加減速、平滑 S 型加減速、力矩加減速提高系統(tǒng)的精度和速度。 (3) 最優(yōu)軌跡規(guī)劃算法 軌跡規(guī)劃的任務(wù)是根據(jù)給定的路徑點(diǎn)規(guī)劃處通過(guò)這些點(diǎn)并滿足邊界約束條件的光滑的最優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡，研究時(shí)間最小的軌跡規(guī)劃算法、能耗最小的軌跡規(guī)劃算法、加速度最小的優(yōu)化算法，使機(jī)器人的作業(yè)效率、能耗達(dá)到最優(yōu)，同時(shí)確保運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。 3.工業(yè)機(jī)器人編程語(yǔ)言規(guī)范： (1)編程語(yǔ)言規(guī)范 根據(jù)機(jī)器人不同應(yīng)用領(lǐng)域的特點(diǎn)及具體要求，研究通用的機(jī)器人編程語(yǔ)言結(jié)構(gòu)，定義詞法及語(yǔ)法規(guī)則；充分考慮機(jī)器人控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制、運(yùn)算-決策、通訊、工具指令以及傳感器數(shù)據(jù)處理等基本功能，規(guī)劃完善的指令集和內(nèi)部函數(shù)集；定義機(jī)器人物理環(huán)境模型，確定編程語(yǔ)言指令與目標(biāo)指令內(nèi)在的邏輯關(guān)系。 (2) 編程環(huán)境設(shè)計(jì) 機(jī)器人編程環(huán)境具有以下特征：面向應(yīng)用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、擴(kuò)展的通用算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。研究機(jī)器人語(yǔ)言程序的詞法、語(yǔ)法和語(yǔ)義的分析，以及語(yǔ)法錯(cuò)誤檢查和系統(tǒng)邏輯錯(cuò)誤檢查技術(shù)；設(shè)計(jì)機(jī)器人語(yǔ)言程序解釋器，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人語(yǔ)言到系統(tǒng)內(nèi)部指令的轉(zhuǎn)化，并根據(jù)應(yīng)用需求優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部指令序列。 4.故障診斷、測(cè)試與可靠性技術(shù)： (1) 智能故障診斷系統(tǒng) 研究基于規(guī)則的專家系統(tǒng)，基于實(shí)例的專家系統(tǒng)，規(guī)則和實(shí)例混合的專家系統(tǒng)，基于規(guī)則控制的實(shí)例診斷系統(tǒng)。 (2) 可靠性技術(shù) a.可靠性分析：對(duì)控制系統(tǒng)可靠性數(shù)據(jù)、故障模式、影響及危害度分析，以便發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中的薄弱環(huán)節(jié)，為提高控制系統(tǒng)可靠性提供依據(jù)。 b.可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)：采用簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、降額設(shè)計(jì)、冗余設(shè)計(jì)、EMC 設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)、環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)提高系統(tǒng)的可靠性。 c.可靠性試驗(yàn)技術(shù)：在研制階段采用可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)提高系統(tǒng)可靠性，通過(guò)可靠性鑒定試驗(yàn)確定系統(tǒng)定型，通過(guò)可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)確定系統(tǒng)的可靠性是否達(dá)到要求，采用應(yīng)力篩選試驗(yàn)提高產(chǎn)品的使用可靠性。通過(guò)加速壽命試驗(yàn)評(píng)估MTBF值是否達(dá)到。 d.軟件可靠性試驗(yàn)技術(shù)：采用軟件可靠性設(shè)計(jì)、可靠性增長(zhǎng)測(cè)試、軟件可靠性測(cè)試和軟件可靠性驗(yàn)證測(cè)試提高軟件可靠性、通過(guò)建立控制系統(tǒng)軟件可靠性仿真測(cè)試平臺(tái)提高軟件可靠性測(cè)試水平。 5.面向重載機(jī)器人的先進(jìn)控制算法： (1) 基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的控制 針對(duì)重載機(jī)器人慣量變化大，固有頻率低，高度非線性耦合的特點(diǎn)。研究基于機(jī)器人真實(shí)參數(shù)的動(dòng)力學(xué)模型及實(shí)時(shí)求解。根據(jù)動(dòng)力學(xué)模型，研究運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、柔性加減速以及模態(tài)控制等方面的技術(shù)，減少由于軌跡規(guī)劃引起的機(jī)器人振動(dòng)。 (2) 負(fù)載自動(dòng)識(shí)別 針對(duì)機(jī)器人不同應(yīng)用及負(fù)載變化，研究機(jī)器人在線自動(dòng)識(shí)別負(fù)載的方法。 (3) 機(jī)器人空腔計(jì)算及處理 實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人所能到達(dá)的所有位置范圍計(jì)算，能提前提示用戶示教的位置是否合法, 是否在機(jī)器人能到的位置。 (4) 立方干涉處理 實(shí)現(xiàn)了最多六個(gè)干涉區(qū)的設(shè)置，在多機(jī)器人相互配合運(yùn)行工作時(shí)，通過(guò)干涉區(qū)避免了碰撞的危險(xiǎn)性。二、對(duì)國(guó)家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)影響 我國(guó)汽車工業(yè)的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)遠(yuǎn)未飽和。僅我國(guó)汽車工業(yè)就存在一個(gè)龐大的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)，如果考慮到我國(guó)整個(gè)制造業(yè)的需要，工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)則更加龐大。 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和勞動(dòng)力成本的不斷提高，發(fā)展高科技產(chǎn)業(yè)，提高制造業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化水平，由勞動(dòng)密集型向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式和制造產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的必由之路。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域也隨之不斷擴(kuò)展和深化。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，可以看做工業(yè)自動(dòng)化的一場(chǎng)革命，南通作為科技重鎮(zhèn)、制造重鎮(zhèn)，把握機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn)，大力發(fā)展工業(yè)機(jī)器人制造業(yè)，應(yīng)是一個(gè)戰(zhàn)略性的決策。 應(yīng)用范圍： 伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，以汽車等行業(yè)需求為牽引，我國(guó)對(duì)工業(yè)機(jī)器人需求量急劇增加，國(guó)際工業(yè)機(jī)器人知名企業(yè)如ABB、FANUC 等紛紛在中國(guó)建廠，目前，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人新裝機(jī)量近90% 仍依賴進(jìn)口。因此，對(duì)于工業(yè)機(jī)器人制造業(yè)，擺脫依賴關(guān)系，拒絕跟隨式發(fā)展，成為目前國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)制造業(yè)的重中之重。 工業(yè)機(jī)器人制造是一個(gè)嶄新而又創(chuàng)新的產(chǎn)業(yè)，由于工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用極為廣泛，其前景非常看好。本項(xiàng)目對(duì)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)有其獨(dú)到之處加之雄厚的制造業(yè)基礎(chǔ)，兩者相結(jié)合將為國(guó)內(nèi)制造業(yè)開創(chuàng)一個(gè)新的主流產(chǎn)業(yè)。該產(chǎn)業(yè)的逐步形成既符合國(guó)家新興高端制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，又為國(guó)家的經(jīng)濟(jì)騰飛打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

微創(chuàng)機(jī)器人外科及觸覺(jué)感知國(guó)家自然科學(xué)基金課題 微創(chuàng)外科(MIS)與開放外科手術(shù)相比，具有切口小、疼痛輕、出血少和恢復(fù)快等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于胸腹、脊柱、心血管和泌尿外科等領(lǐng)域 微創(chuàng)機(jī)器人外科(MIRS)由機(jī)器人替代醫(yī)生操控手術(shù)器械，克服醫(yī)生人為因素帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，提高手術(shù)的安全性和靈巧性，改善手術(shù)精度和質(zhì)量 觸覺(jué)力信息缺失導(dǎo)致過(guò)大的操作力和器官組織創(chuàng)傷，是當(dāng)前微創(chuàng)機(jī)器人外科面臨的共同問(wèn)題。項(xiàng)目利用光纖技術(shù)，研究微型觸覺(jué)力傳感器及其在器官組織類型和邊界鑒定、機(jī)器人反饋控制應(yīng)用中涉及到的一系列挑戰(zhàn)性問(wèn)題。獲得的相關(guān)理論與技術(shù)，有望消除觸覺(jué)缺失引起的手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，提高微創(chuàng)機(jī)器人外科手術(shù)的精度、穩(wěn)定性和質(zhì)量。

目前，機(jī)器人無(wú)線充電主電路拓?fù)浯蠖嗖捎萌珮蚝桶霕蚰孀冸娐罚嬖谥娐方Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、橋臂上下開關(guān)管直通燒壞等問(wèn)題。本發(fā)明包采用新型單管逆變拓?fù)洌哂须娐泛?jiǎn)單、成本低、體積小、重量輕、可靠性高、傳輸效率高、可實(shí)現(xiàn)零電壓開通和零電壓關(guān)斷控制等優(yōu)點(diǎn)，該系統(tǒng)廣泛用于開關(guān)頻率20kHZ-1MHz以上，特別適合手機(jī)、機(jī)器人、無(wú)尾家電等領(lǐng)域。隨著無(wú)線電能傳輸技術(shù)的發(fā)展，非接觸充電（或供電）產(chǎn)品每年以100%的速度發(fā)展，而現(xiàn)有機(jī)器人充電電路系統(tǒng)存在著成本高、控制復(fù)雜、可靠性低、開關(guān)頻率難以大幅提高等缺點(diǎn)。本發(fā)明具有電路簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高、開關(guān)頻率高等特點(diǎn)，可廣泛用于機(jī)器人無(wú)線充電、無(wú)尾家電設(shè)備的供電、市場(chǎng)前景非常廣闊。