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高校科技成果盡在科轉(zhuǎn)云

為應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 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)（在試驗模型設計了內(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、應用技術(shù)成果（1）應用技術(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、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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