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面向下肢弱肌力人群的智能助行機器人
國內(nèi)外已經(jīng)涌現(xiàn)出了很多優(yōu)秀的智能助行機器人產(chǎn)品或樣機，但針對下肢功能運動障礙患者的智能助行機器人研究仍然存在一定的局限性：
（1）助行機器人對于人體運動意圖的識別研究主要依靠力傳感器，在運動意圖的定義和計算方面的差異較大；
（2）基于助行機器人步態(tài)分析方面成果有限，行走能力評估依靠傳統(tǒng)的Holden步行功能分級以及Tinetti平衡與步態(tài)量表進(jìn)行評估，缺乏對步態(tài)參數(shù)的具體量化評估手段；
（3）自適應(yīng)參數(shù)導(dǎo)納控制、共享控制及交互力-位置混合控制等方法大多僅能在特定的人機協(xié)同系統(tǒng)滿足使用，故只能用于單一功能的康復(fù)訓(xùn)練，難以滿足不同行走能力用戶的多樣化康復(fù)訓(xùn)練需求。
本成果研究的面向下肢弱肌力人群的智能助行機器人，通過基于機載的力傳感器、激光傳感器、Kinect等設(shè)備，設(shè)計多模態(tài)人機交互接口，獲取人體運動數(shù)據(jù)；基于有監(jiān)督的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)步態(tài)事件分類算法模型提取分析步態(tài)的時空參數(shù)，并且能夠應(yīng)用康復(fù)醫(yī)學(xué)功能評定理論進(jìn)行人體行走能力的智能綜合評估，根據(jù)評估的行走能力切換對應(yīng)的機器人模式。
圖1 智能助行機器人一代
圖2 智能助行機器人二代
圖3 智能助行機器人三代
【性能指標(biāo)】
1）機器人樣機：
人體運動模式識別準(zhǔn)確率≥95%；
跟隨模式相對位置誤差≤15cm，相對角度誤差≤20°；
左腿擺動、雙支撐相左向重心轉(zhuǎn)移、右腿擺動和雙支撐相右向重心轉(zhuǎn)移四個步態(tài)相位識別準(zhǔn)確率≥95%。
2）運動狀態(tài)監(jiān)測及行走能力評估一體化平臺：
正常行走、肢體約束異常狀態(tài)及趔趄、跌倒等緊急狀態(tài)識別準(zhǔn)確率≥90%。
華中科技大學(xué)
2023-03-06
大型水動力裝備在位機器人加工關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用
重大裝備是制造強國戰(zhàn)略的重點，水輪機、艦船推進(jìn)器等大型水動力裝備是重中之重。隨著對單機容量和能量轉(zhuǎn)換效率需求持續(xù)增長，大型水動力裝備重量尺寸大、加工空間受限、精度一致性要求高等特征的出現(xiàn)，給加工方式帶來了新的要求與挑戰(zhàn)。“數(shù)控加工”存在結(jié)構(gòu)與位置形式固定、加工覆蓋區(qū)域有限、可達(dá)性低等問題；“人工加工”雖具備靈活性，但存在勞動強度大、工作環(huán)境惡劣、加工精度一致性差等問題。
機器人在位加工具有大行程、高柔性和快響應(yīng)等優(yōu)點，可有效解決現(xiàn)有大型水動力裝備“數(shù)控加工”和“人工加工”存在的受限空間復(fù)雜曲面加工區(qū)域小、柔性差、響應(yīng)慢和精度一致性差等問題。但亟待突破受限空間加工軌跡規(guī)劃、多階模態(tài)加工過程控制、敏捷加工可重構(gòu)裝備等關(guān)鍵難題，以實現(xiàn)大型水動力裝備在位高精高效敏捷加工。
本成果從受限空間高精加工軌跡規(guī)劃、多階模態(tài)高效加工過程控制、人機協(xié)同敏捷加工工藝裝備三個方面開展研究，提出了機器人“加工剛度-力致誤差”評價指標(biāo)，發(fā)明了基于排斥勢場的軌跡規(guī)劃方法，研發(fā)了機器人加工多約束規(guī)劃、視覺跟蹤測量與誤差在線補償?shù)溶浻布K，提出了“顫振穩(wěn)定性-切觸面積”高效加工優(yōu)化新方法，研發(fā)了加工余量、切削負(fù)載自適應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)，提出了“操作經(jīng)驗知識遷移-知識驅(qū)動可制造性分析”工藝規(guī)劃新技術(shù)，發(fā)明了國際首臺（套）大型水動力裝備在位機器人加工可重構(gòu)裝備，研發(fā)了大型水動力裝備機器人化全流程加工產(chǎn)線，實現(xiàn)多種水輪機轉(zhuǎn)輪和推進(jìn)器葉片加工效率提升30%以上，水輪機局部加工精度最高可達(dá)±0.1mm。
圖1 機器人加工軟件
圖2 大型水輪機轉(zhuǎn)輪的機器人在位修復(fù)加工系統(tǒng)
圖3 大型艦船用螺旋槳機器人在位加工系統(tǒng)
華中科技大學(xué)
2023-04-19
一種具有儲能效應(yīng)的仿生四足機器人
一種具有儲能效應(yīng)的仿生四足機器人，屬于仿生機器人領(lǐng)域，對現(xiàn)有仿生四足機器人的剛性脊柱進(jìn)行改進(jìn)。本發(fā)明由前軀干、后軀干、脊柱以及前左腿、前右腿、后左腿、后右腿組件構(gòu)成，前后軀干分別與脊柱前后兩端連接，脊柱能夠帶動前軀干相對后軀干轉(zhuǎn)動；前左腿、前右腿、后左腿、后右腿組件的結(jié)構(gòu)相同，分別連接于前、后軀干的左右兩側(cè)。本發(fā)明在前后軀干之間增加了脊柱，整體外形與實際的四足生物更接近，行走時前后軀干通過脊柱的上仰或下俯擺動，能使前后步距更大，提高了機器人行走速度；還可以減小機器人與地面碰撞時的能量損失，提高運動穩(wěn)
華中科技大學(xué)
2021-04-14
一種具有儲能效應(yīng)的仿生四足機器人
一種具有儲能效應(yīng)的仿生四足機器人，屬于仿生機器人領(lǐng)域，對現(xiàn)有仿生四足機器人的剛性脊柱進(jìn)行改進(jìn)。本實用新型由前軀干、后軀干、脊柱以及前左腿、前右腿、后左腿、后右腿組件構(gòu)成，前后軀干分別與脊柱前后兩端連接，脊柱能夠帶動前軀干相對后軀干轉(zhuǎn)動；前左腿、前右腿、后左腿、后右腿組件的結(jié)構(gòu)相同，分別連接于前、后軀干的左右兩側(cè)。本實用新型在前后軀干之間增加了脊柱，整體外形與實際的四足生物更接近，行走時前后軀干通過脊柱的上仰或下俯擺動，能使前后步距更大，提高了機器人行走速度；還可以減小機器人與地面碰撞時的能量損失，提
華中科技大學(xué)
2021-04-14
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一種新型人形機器人及其腿部結(jié)構(gòu)設(shè)計
1.痛點問題
智能機器人能夠代替人類執(zhí)行各類任務(wù)，有潛力成為最為重要的一股社會生產(chǎn)力。近年來，以人形機器人為載體的通用智能機器人成為了全球機器人行業(yè)所關(guān)注的熱點，由于其具有人形的軀體，使得它有潛力代替所有人類工種。然而大多數(shù)目前的人形機器人產(chǎn)業(yè)化方案存在一定的問題，大部分現(xiàn)有人形機器人采用傳統(tǒng)的驅(qū)動與關(guān)節(jié)完全對應(yīng)的排布方式以及位置控制模式，這種方案使得機器人結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動慣量大且依賴高精度傳感器，導(dǎo)致其動態(tài)性能差且成本高昂。
2.解決方案
本成果提出了一種新型人形機器人及其腿部結(jié)構(gòu)設(shè)計。其一，提出獨特創(chuàng)新的跨級連桿腿部結(jié)構(gòu)，將所有腿部關(guān)節(jié)驅(qū)動集中到機器人質(zhì)心附近，極大地降低了轉(zhuǎn)動慣量，提高了機器人的性能；其二，選用新型輕質(zhì)材料如高強度輕質(zhì)鋁合金、高強度碳纖維等，并重新設(shè)計機械結(jié)構(gòu)，減輕了機器人重量，而不影響整體結(jié)構(gòu)的強度；其三，該設(shè)計基于力控高扭矩低減速比本體驅(qū)動器，具備極高的動態(tài)性能并降低成本。
3.合作需求
1）辦公及生產(chǎn)場地；
2）合作伙伴：包括工廠、物流中心、住宅、酒店行業(yè)在內(nèi)的應(yīng)用合作伙伴。
清華大學(xué)
2023-01-03
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核電機器人關(guān)鍵技術(shù)與智能裝備研發(fā)及應(yīng)用
本成果針對不同核電環(huán)境內(nèi)的任務(wù)，設(shè)計研發(fā)了個性化的專用機器人系統(tǒng)，解決核反應(yīng)堆頂蓋上螺栓拉伸量的實時測量、蒸汽發(fā)生器內(nèi)一次側(cè)堵板的自動安裝及高放射性核廢物的體積最小化回收等多種任務(wù)，解放危險環(huán)境中的操作人員，提高了操作安全性。
一、項目分類
關(guān)鍵核心技術(shù)突破
二、技術(shù)分析
為保證核電站正常、安全地運作，可利用機器人取代操作人員定期對核設(shè)施內(nèi)部的設(shè)備進(jìn)行檢查、維修，以避免設(shè)備故障、老化等現(xiàn)象出現(xiàn)。針對不同核電環(huán)境內(nèi)的任務(wù)，設(shè)計研發(fā)了個性化的專用機器人系統(tǒng)，解決核反應(yīng)堆頂蓋上螺栓拉伸量的實時測量、蒸汽發(fā)生器內(nèi)一次側(cè)堵板的自動安裝及高放射性核廢物的體積最小化回收等多種任務(wù)，解放危險環(huán)境中的操作人員，提高了操作安全性。
成果一：整體螺栓拉伸機拉伸量自動測量裝置實現(xiàn)了對反應(yīng)堆壓力容器頂蓋主螺栓拉伸量及殘余拉伸量的遠(yuǎn)程自動測量，降低了人員所受輻射劑量，提高了系統(tǒng)整體工作效率。
成果二：蒸汽發(fā)生器一次側(cè)堵板操作機器人完成核電站蒸汽發(fā)生器一次側(cè)堵板的安裝、緊固、自動充氣密封和拆除，利用定位裝置可360°旋轉(zhuǎn)的螺栓緊固機械手、力矩反饋傳感系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)智能定位、自動路徑規(guī)劃、螺栓擰緊力矩的自判斷、氣壓密封和過程監(jiān)控。
成果三：建立了首套核反應(yīng)堆探測器組件自主回收作業(yè)機器人系統(tǒng)，并進(jìn)行了誤差建模、系統(tǒng)標(biāo)定、精度測試與實驗驗證，驗證了系統(tǒng)的可靠性和有效性。
主要性能指標(biāo)包括重復(fù)定位精度、視覺定位精度、具備軌跡跟蹤、視覺伺服控制、力感知、目標(biāo)精確測量功能。
北京理工大學(xué)
2022-08-17
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弧焊機器人結(jié)構(gòu)光三維視覺傳感器
研究內(nèi)容及用途 ：焊接機器人是焊接自動化發(fā)展的主要方向，在汽車 制造、工程機械等產(chǎn)業(yè)已有廣泛的應(yīng)用。本項目用半導(dǎo)體激光器作為主動 光源，柱面透鏡組產(chǎn)生結(jié)構(gòu)光片， ICCD 攝取光紋圖樣送計算機、經(jīng)高速 數(shù)據(jù)采集、數(shù)值濾波等運算，給出焊縫位置信息，送運行機構(gòu)實現(xiàn)智能控 制．《弧焊機器人結(jié)構(gòu)光三維視覺傳感器》外型尺寸 40x 70xll0mm ，距焊 件 80mm 處產(chǎn)生線長 30-40mm，線寬 1mm
南昌大學(xué)
2021-04-14
一種行星輪式越障機器人爬樓梯控制方法
本發(fā)明公開了一種行星輪式越障機器人爬樓梯控制方法，包括 如下步驟:1)保持越障機器人勻速直線前進(jìn)，測量其同一驅(qū)動組中兩 行星輪組與前方臺階的距離及行星輪組的轉(zhuǎn)速，并計算偏轉(zhuǎn)角;2)計算各行星輪組的理論轉(zhuǎn)速，并使行星輪組以計算得出的轉(zhuǎn)速進(jìn)行運動; 3)檢測當(dāng)前的 L1 和 L2，并計算當(dāng)前的偏轉(zhuǎn)角θ;4)判斷當(dāng)前偏轉(zhuǎn)角θ 是否超過預(yù)設(shè)值:若是，則轉(zhuǎn)入步驟 2)，若否，則控制機器人繼續(xù)等 速直線前進(jìn);5)判斷兩行星輪組是否到達(dá)階梯:若否，則繼續(xù)等速直 線
華中科技大學(xué)
2021-04-14
一種機器人砂輪位置標(biāo)定裝置及標(biāo)定方法
本發(fā)明公開了一種機器人砂輪位置標(biāo)定裝置及標(biāo)定方法，屬于 機器人智能加工技術(shù)領(lǐng)域。標(biāo)定裝置包括裝置主體和兩個圓柱體。裝 置主體的 A 平面與砂輪側(cè)面貼合，兩個圓柱體的圓柱面與砂輪外圓柱 面相切。依據(jù)標(biāo)定方法要求，機器人夾持標(biāo)定裝置移動，使標(biāo)定裝置 接觸砂輪，獲得裝置主體上標(biāo)定點坐標(biāo)并進(jìn)行分析運算，確定砂輪軸 線與砂輪側(cè)面的交點的坐標(biāo)和砂輪半徑，確定砂輪位置。本發(fā)明可以 實現(xiàn)對砂輪空間位置的精確標(biāo)定，能夠大幅提升砂輪位置標(biāo)定的效率 和精度。
華中科技大學(xué)
2021-04-14
六軸驅(qū)控一體工業(yè)機器人控制系統(tǒng)
本成果六軸驅(qū)控一體系統(tǒng)內(nèi)部集成了基于相鄰交叉耦合的六軸同步控制算法。在驅(qū)動模塊內(nèi)部會對每軸反饋信號進(jìn)行同步控制策略處理，并引入一種基于電流動態(tài)調(diào)整的補償系數(shù)，解決傳統(tǒng)相鄰交叉耦合結(jié)構(gòu)補償響應(yīng)慢、同步精度不高的缺點，同步誤差補償周期短，具有更快的同步控制響應(yīng)和更高的靈活性。
一、項目分類
關(guān)鍵核心技術(shù)突破
二、成果簡介
傳統(tǒng)的工業(yè)機器人控制和驅(qū)動分離，即采用一個獨立運動控制器控制多個獨立伺服驅(qū)動器的形式，存在集成度低、體積大、成本高等問題。本成果開發(fā)的六軸驅(qū)控一體工業(yè)機器人控制系統(tǒng)由工業(yè)機器人控制軟件和伺服驅(qū)動系統(tǒng)組成，主要特點有：
（1）基于多核的SoC芯片，通過片內(nèi)總線實現(xiàn)控制系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)的高速互聯(lián)通信，保證信息傳輸?shù)母咝院头€(wěn)定性。機器人控制算法和六軸驅(qū)動系統(tǒng)共用一個芯片中不同的內(nèi)核完成，實現(xiàn)高度集成。
（2）針對傳統(tǒng)機器人六軸無法高精度同步問題，本成果六軸驅(qū)控一體系統(tǒng)內(nèi)部集成了基于相鄰交叉耦合的六軸同步控制算法。在驅(qū)動模塊內(nèi)部會對每軸反饋信號進(jìn)行同步控制策略處理，并引入一種基于電流動態(tài)調(diào)整的補償系數(shù)，解決傳統(tǒng)相鄰交叉耦合結(jié)構(gòu)補償響應(yīng)慢、同步精度不高的缺點，同步誤差補償周期短，具有更快的同步控制響應(yīng)和更高的靈活性。
華中科技大學(xué)
2022-07-27