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高校科技成果盡在科轉(zhuǎn)云

為應(yīng)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(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境、高度機(jī)動靈活、遠(yuǎn)程控制距離遠(yuǎn)、現(xiàn)場可迅速展開并具有一定應(yīng)急處理能力的小型核化探測遙操作機(jī)器人。 小型核化探測遙操作機(jī)器人主要由（1）機(jī)器人本體、（2）小型四自由度機(jī)械臂、 （3）遙操作控制箱三部分組成。機(jī)器人自身配有姿態(tài)傳感器，GPS定位和激光雷達(dá)，結(jié)合攝像頭的圖像信息，可以將機(jī)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(jī)器人的行動進(jìn)行決策，如圖所示。

一、項目簡介 康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人是近年來出現(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現(xiàn)運動功能的恢復(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)運動機(jī)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(fù)機(jī)器人的驅(qū)動控制。 二、前期研究基礎(chǔ) 目前本研究團(tuán)隊對繩牽引并聯(lián)機(jī)器人技術(shù)已有廣泛深入研究，針對飛行器標(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(jī)驅(qū)動端）、運動控制子系統(tǒng)（采用伺服電機(jī)、多軸運動控制卡和伺服驅(qū)動器，基于并聯(lián)機(jī)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(jī)、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?zāi)Ｐ驮O(shè)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(fù)的實際需求，將進(jìn)行繩牽引并聯(lián)康復(fù)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計，系統(tǒng)運動空間與運動學(xué)、動力學(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)行實驗驗證，最終實現(xiàn)康復(fù)機(jī)構(gòu)的高可靠性與高安全性運動訓(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)隊研究的繩牽引并聯(lián)機(jī)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(jī)（圖1），更在實際風(fēng)洞單位進(jìn)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(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療康復(fù)方面，如骨盆運動、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，對體積小、重量輕的產(chǎn)品進(jìn)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(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(jī)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(fù)雜生產(chǎn)工況也對機(jī)器人系統(tǒng)的本體設(shè)計、視覺感知、運動控制和多機(jī)協(xié)同等核心技術(shù)及其集成提出新的挑戰(zhàn)。 本項目歷時多年，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(dá)到國際先進(jìn)水平。

該基于矢量推進(jìn)的觀測型水下機(jī)器人有8個矢量布置的推進(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(jī)器人是智能仿生機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點方向。然而，如何實現(xiàn)軟體機(jī)器人運動方向的便捷調(diào)控，是該領(lǐng)域目前急需解決的一個關(guān)鍵科學(xué)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(jī)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(jī)器人，使之產(chǎn)生局部的形變差異，進(jìn)而推動軟體機(jī)器人沿某個方向前進(jìn)。例如，在文獻(xiàn)中經(jīng)常看到的場景是，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，從而利用可見和紅外三個波段光的開/關(guān)變化去操控軟體機(jī)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(jī)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(jìn)而推動軟體機(jī)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(jī)器人運動方向的便捷調(diào)控提供了新思路。

全國首個技術(shù)經(jīng)理人能力評價團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

伴隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)，增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)，觸覺反饋技術(shù)以及智能機(jī)器人的出現(xiàn)，人們在視覺和觸覺上有了越來越多不同的全新體驗。例如，目前對 于機(jī)器人的操作方式一般是通過遙控裝置或是手動觸控，這個使用者的操作帶來 很多不方便而且對于初學(xué)者來講也不是很好掌握，同時操作失誤率較高，因為我們不能真切的感受到機(jī)器人的世界。具備視覺與觸覺反饋的體感機(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，對目標(biāo)人體的姿態(tài)或動作進(jìn)行分析識別;根據(jù)獲取到的分析識別結(jié)果產(chǎn) 生對應(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 過體感交互裝置反饋給目標(biāo)人體。通過上述方式不僅突破了傳統(tǒng)的對機(jī)器人的控 制方式，而且通過觸覺反饋的方式還有 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。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，同時也給用戶帶來了更為生動的操作體驗。