陜西省智能機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室發(fā)展紀(jì)實(shí)
2016-08-29 18:46:17
來(lái)源：西部決策網(wǎng)
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致力機(jī)器人產(chǎn)業(yè)促陜西兩化融合——陜西省智能機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室發(fā)展紀(jì)實(shí)
西部決策網(wǎng)訊（王瑞鵬 黃超）近兩年，隨著國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的提出，兩化融合的穩(wěn)步推進(jìn)，中國(guó)智能制造裝備領(lǐng)域得到了全社會(huì)范圍的廣泛關(guān)注。隨著產(chǎn)品性能提升的內(nèi)在需求增加和中國(guó)勞動(dòng)力價(jià)格上漲，產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的壓力不斷加大。工業(yè)機(jī)器人作為智能制造領(lǐng)域的代表，在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的過(guò)程中正發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。
特別是在2015年5月19日，國(guó)務(wù)院印發(fā)布《中國(guó)制造2025》規(guī)劃之后，更是將機(jī)器人產(chǎn)業(yè)提升到新的高度。規(guī)劃指出，圍繞汽車、機(jī)械、電子、危險(xiǎn)品制造、國(guó)防軍工、化工、輕工等工業(yè)機(jī)器人、特種機(jī)器人，以及醫(yī)療健康、家庭服務(wù)、教育娛樂等服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用需求，積極研發(fā)新產(chǎn)品，促進(jìn)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化發(fā)展，擴(kuò)大市場(chǎng)應(yīng)用。突破機(jī)器人本體、減速器、伺服電機(jī)、控制器、傳感器與驅(qū)動(dòng)器等關(guān)鍵零部件及系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)制造等技術(shù)瓶頸。對(duì)此，業(yè)內(nèi)分析，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)利好，獲得黃金發(fā)展周期。
為推進(jìn)陜西省“兩化融合”進(jìn)程和機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展,提升陜西省科技創(chuàng)新能力與產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，陜西省智能機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成立于西安交通大學(xué)，并依托西安交通大學(xué)的優(yōu)勢(shì)，開展智能機(jī)器人的研究與應(yīng)用工作。
尖端團(tuán)隊(duì)助力機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展
目前，陜西省智能機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室擁有約41臺(tái)(套)實(shí)驗(yàn)用儀器設(shè)備,總價(jià)值約2000萬(wàn)元。實(shí)驗(yàn)室還擁有固定人員35人,其中高級(jí)職稱19人,占比為54.3%；博士學(xué)位26人,占比為74.3%，長(zhǎng)江學(xué)者1名。如今，實(shí)驗(yàn)室已形成了一支以中國(guó)科學(xué)院院士丁漢為學(xué)術(shù)委員會(huì)主任，長(zhǎng)江學(xué)者梅雪松教授為實(shí)驗(yàn)室主任，武通海教授、王飛副教授為實(shí)驗(yàn)室副主任，以及呂毅教授、馮祖仁教授、徐光華教授、陳花玲教授、張小棟教授、王朝暉教授、賈書海教授、徐海波教授、姜歌東教授、李兵教授等為學(xué)術(shù)帶頭人的專業(yè)團(tuán)隊(duì)，致力于機(jī)械工程、自動(dòng)控制等領(lǐng)域的研究。
多年來(lái)，陜西省智能機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室還致力于人才的培養(yǎng)，目前擁有在讀博士研究生32名、碩士研究生63名;近5年來(lái)共培養(yǎng)出博士研究生26名、碩士研究生120余名，為我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)作出了重要的貢獻(xiàn)。
梅雪松教授介紹，陜西省智能機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，主要為了解決機(jī)器人在符合陜西省行業(yè)特點(diǎn)的開發(fā)應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，為陜西省機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支撐和引導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)成果的轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。“我們的目的就是將實(shí)驗(yàn)室建成國(guó)內(nèi)知名的具備原創(chuàng)能力的研發(fā)基地及機(jī)器人技術(shù)高層次人才培養(yǎng)基地。”梅雪松教授說(shuō)道。
目前，陜西省智能機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主要涉及機(jī)器人智能運(yùn)動(dòng)控制理論與自主決策、機(jī)器人核心功能部件失效機(jī)理與評(píng)價(jià)、多信息融合的機(jī)器人智能感知與人機(jī)交互及機(jī)器人仿生學(xué)研究與機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)四個(gè)方向的研究。
在機(jī)器人智能運(yùn)動(dòng)控制理論與自主決策方面，陜西省智能機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主要研究機(jī)器學(xué)習(xí)理論與實(shí)現(xiàn)；機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)的智能優(yōu)化與自適應(yīng)調(diào)整；機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃與行為自主決策及工業(yè)機(jī)器人多種作業(yè)的智能末端執(zhí)行器作業(yè)一體化系統(tǒng)原理。在這一方面，實(shí)驗(yàn)室提出了典型機(jī)器人智能運(yùn)動(dòng)控制理論與自主決策方法，開發(fā)機(jī)器人智能化實(shí)際應(yīng)用技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)集成機(jī)、電、液、氣、光等多種接口的智能末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及智能末端執(zhí)行器的作業(yè)規(guī)劃與控制技術(shù)。
在機(jī)器人核心功能部件失效機(jī)理與評(píng)價(jià)方面，實(shí)驗(yàn)室主要研究機(jī)器人減速器失效機(jī)理研究；工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行部運(yùn)動(dòng)精度的檢測(cè)與評(píng)價(jià)；高精度機(jī)器人關(guān)節(jié)減速器性能檢測(cè)與評(píng)價(jià)及機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)與性能評(píng)價(jià)。在這一方面，實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)出了優(yōu)化與協(xié)同制造出高精度、長(zhǎng)壽命、大剛度的機(jī)器人關(guān)節(jié)減速器，開發(fā)出了總線和碼盤協(xié)議兼容性好、抗干擾能力強(qiáng)的高速高精度工業(yè)機(jī)器人專用伺服控制系統(tǒng)。
在多信息融合的機(jī)器人智能感知與人機(jī)交互方面，實(shí)驗(yàn)室主要研究多傳感信息融合的機(jī)器視覺與感知技術(shù)；人-機(jī)器人交互理論研究與應(yīng)用及基于多源生物信號(hào)的機(jī)電系統(tǒng)控制理論與應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)室將通過(guò)研究多傳感器感知技術(shù)，生機(jī)電協(xié)同控制與動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)協(xié)同，初步實(shí)現(xiàn)基于腦機(jī)接口的服務(wù)機(jī)器人原型樣機(jī)，如：上肢和下肢康復(fù)機(jī)器人、助老伴行機(jī)器人、救援機(jī)器人及超微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人、ICU重癥護(hù)理機(jī)器人產(chǎn)品。
而在機(jī)器人仿生學(xué)研究與機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面，實(shí)驗(yàn)室主要研究行走機(jī)理與動(dòng)物視覺的仿生實(shí)現(xiàn)理論與方法；機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)及機(jī)器人仿生驅(qū)動(dòng)與實(shí)現(xiàn)。在這一方面，實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了基于柔性智能材料驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人，爬行軟體機(jī)器人系統(tǒng)。在這一領(lǐng)域，實(shí)驗(yàn)室通過(guò)研究軟體機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)非線性建模及分析方法，形成了“材料-結(jié)構(gòu)-運(yùn)動(dòng)-傳感”一體化的軟體機(jī)器人設(shè)計(jì)方法。
專注、專業(yè)，機(jī)器人領(lǐng)域顯身手
憑借著專業(yè)的科研團(tuán)隊(duì)及依托西安交通的大學(xué)的優(yōu)勢(shì)，陜西省智能機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室取得了許多令人矚目的科研成果。
在機(jī)器人基礎(chǔ)科學(xué)與共性技術(shù)上，實(shí)驗(yàn)室完成了介電彈性體材料的研究、石墨烯智能機(jī)器人光致驅(qū)動(dòng)效應(yīng)、石墨烯智能機(jī)器人的仿生應(yīng)用研究、關(guān)于智能感知的研究、腦機(jī)接口技術(shù)研究、機(jī)器人控制技術(shù)研究、機(jī)器人在線測(cè)試研究、機(jī)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論研究、機(jī)器人關(guān)節(jié)減速器研究。關(guān)于介電彈性體材料DE的介電特性研究，實(shí)驗(yàn)室主要圍繞DE材料的介電性能展開了基礎(chǔ)性研究,研究了介電常數(shù)、介電損耗、電導(dǎo)率等因素對(duì)該材料介電特性的影響規(guī)律；在石墨烯智能機(jī)器人光致驅(qū)動(dòng)效應(yīng)的研究上，實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了聚合物雙層微致動(dòng)器結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)光致驅(qū)動(dòng)器。研究了石墨烯智能機(jī)器人光致驅(qū)動(dòng)機(jī)理及驅(qū)動(dòng)性能,建立了光-機(jī)-電-力耦合驅(qū)動(dòng)模型；在石墨烯智能機(jī)器人的仿生應(yīng)用研究上，實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了光致驅(qū)動(dòng)的仿生魚平臺(tái)；關(guān)于智能感知的研究，實(shí)驗(yàn)室面向復(fù)雜環(huán)境的視覺應(yīng)用的多目標(biāo)檢測(cè)、識(shí)別及追蹤以及立體匹配的計(jì)算模型方面獲得了一批國(guó)際水平的研究成果；同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室采用視覺芯片技術(shù),解決視覺、視頻和圖像分析處理中所面臨的并行計(jì)算依賴和存儲(chǔ)效率限制等難題；在腦機(jī)接口技術(shù)研究上，實(shí)驗(yàn)室提出了基于牛頓環(huán)的穩(wěn)態(tài)振蕩運(yùn)動(dòng)刺激范式,構(gòu)建了穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)視覺誘發(fā)電位提取算法。還提出了相應(yīng)的頭皮腦電信號(hào)噪聲去除、微弱癲癇波檢測(cè)以及癲癇發(fā)作先兆捕捉方法。并構(gòu)建運(yùn)動(dòng)想象控制小球運(yùn)動(dòng)的腦機(jī)接口實(shí)驗(yàn)范式；在機(jī)器人控制技術(shù)研究上，實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了可用于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的開放式運(yùn)動(dòng)控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器；在機(jī)器人在線測(cè)試技術(shù)研究，實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了機(jī)器人綜合動(dòng)態(tài)特性在線測(cè)試系統(tǒng)，該測(cè)試系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)西門子、NUM、海德漢等機(jī)器人數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各軸位置、速度、電流信號(hào)的在線實(shí)時(shí)測(cè)量,可用于機(jī)器人末端誤差溯源與分離、伺服優(yōu)化、裝配情況評(píng)估等；在機(jī)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論研究上，實(shí)驗(yàn)室利用二維內(nèi)力流建模方法分析了平板結(jié)構(gòu)中內(nèi)力渦流的形成與傳遞規(guī)律,并對(duì)載荷傳遞路徑的數(shù)值構(gòu)造原理?？偨Y(jié)歸納了承力生物體的典型結(jié)構(gòu)特征,基于等應(yīng)力定律提出了仿生優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,并應(yīng)用于仿生機(jī)器人的優(yōu)化再設(shè)計(jì)當(dāng)中；在機(jī)器人關(guān)節(jié)減速器研究上，實(shí)驗(yàn)室研究了諧波減速器關(guān)鍵零件柔輪的變形與應(yīng)力分布,傳動(dòng)誤差和摩擦信息提取方法;研制開發(fā)了用于系列諧波減速器性能測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試系統(tǒng)。
在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用上，實(shí)驗(yàn)室研究出了基于工業(yè)機(jī)器人的纖維鋪放系統(tǒng)，固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)絕熱層自動(dòng)粘貼機(jī)器人技術(shù)，基于自動(dòng)機(jī)械手的汽車旁通閥自動(dòng)裝配線設(shè)計(jì)，單腿跳躍機(jī)器人、關(guān)節(jié)式機(jī)械手、并聯(lián)機(jī)器人及巡檢機(jī)器人。關(guān)于基于工業(yè)機(jī)器人的纖維鋪放系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)室研制了7自由度機(jī)器人式纖維鋪放系統(tǒng);提出紫外光/電子束原位固化,提高制造效率30%;無(wú)需熱壓罐、降低制造成本15%,降低能耗60%，電子束固化微波強(qiáng)化復(fù)合材料層間強(qiáng)度,層間剪切強(qiáng)度提高15%；實(shí)驗(yàn)室研制的自動(dòng)粘貼機(jī)器人能完成各種尺寸型號(hào)的固體火箭內(nèi)壁絕熱層的粘貼,不僅能夠完成粘貼的任務(wù),而且對(duì)粘貼工藝的研究提供了條件；實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的單腿跳躍機(jī)器人、關(guān)節(jié)式機(jī)械手、并聯(lián)機(jī)器人等設(shè)計(jì)與開發(fā),完成了系統(tǒng)的自行設(shè)計(jì)、制造以及組裝,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)位姿或位臵的運(yùn)動(dòng)控制；實(shí)驗(yàn)室研制的本巡檢機(jī)器人,可運(yùn)用于特殊工作環(huán)境下的巡檢。
在服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域，實(shí)驗(yàn)室成功研發(fā)了智能輪椅、基于腦機(jī)接口的康復(fù)機(jī)器人、腦控假肢、基于運(yùn)動(dòng)想象的機(jī)械手控制、外骨骼機(jī)器人、助老伴行機(jī)器人、無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)平臺(tái)及手術(shù)機(jī)器人。智能輪椅是基于SSVEP和P300的智能輪椅控制導(dǎo)航系統(tǒng)的開發(fā),實(shí)現(xiàn)腦電信號(hào)對(duì)輪椅的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等的精確控制。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的智能輪椅實(shí)現(xiàn)了基于SSVEP和P300的智能輪椅控制導(dǎo)航系統(tǒng)；基于腦機(jī)接口的康復(fù)機(jī)器人是針對(duì)生物運(yùn)動(dòng)視覺刺激誘發(fā)的混合BCI康復(fù)訓(xùn)練技術(shù)展開研究,深入探討并研究及試驗(yàn)構(gòu)建了各種視覺刺激腦機(jī)接口新范式設(shè)計(jì)；腦控假肢是基于PC的BCI驅(qū)動(dòng)的神經(jīng)義肢手驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，開發(fā)出的基于E-MOTIVE便攜腦電采集系統(tǒng)的智能腦控假肢系統(tǒng)；通過(guò)開展腦肌多源信息的運(yùn)動(dòng)意圖、位姿感知認(rèn)知、交互控制和生機(jī)電一體化系統(tǒng)集成技術(shù)的研究，實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出了外骨骼機(jī)器人。
面對(duì)未來(lái)，創(chuàng)新不止
2015年，在西安交通大學(xué)王樹國(guó)校長(zhǎng)和鄭南寧院士倆位我國(guó)著名機(jī)器人專家的支持下，西安交通大學(xué)的智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室成為陜西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，這使實(shí)驗(yàn)室成為陜西在機(jī)器人領(lǐng)域最權(quán)威的研發(fā)機(jī)構(gòu)。但實(shí)驗(yàn)室主任梅雪松教授卻表示：“我們雖然取得了一定的成就，但我們并不會(huì)因此而止步。我們未來(lái)的目標(biāo)是，2020年成為省級(jí)示范單位，2025年成為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的，創(chuàng)新研究中心。”
談及未來(lái)發(fā)展時(shí)，梅雪松教授還表示：“面對(duì)未來(lái)，陜西省智能機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室力爭(zhēng)通過(guò)3-5年的建設(shè)，使機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的面積達(dá)到5000平方米，固定科研人員達(dá)到60人，科研儀器配置滿足各個(gè)研究方向的需求，并能為陜西省機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、產(chǎn)品開發(fā)提供規(guī)劃與咨詢、測(cè)試、分析與評(píng)價(jià)等方面的技術(shù)服務(wù)。”
此外，陜西省智能機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室還將積極開展國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)交流，召開機(jī)器人國(guó)際學(xué)術(shù)交流會(huì)議，在學(xué)術(shù)界形成影響；同時(shí)，積極組織申報(bào)國(guó)家重大需求課題，力爭(zhēng)獲得國(guó)家級(jí)等機(jī)器人研究方面的重點(diǎn)研究課題的支持，在有關(guān)機(jī)器人基礎(chǔ)研究方面發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文。“實(shí)驗(yàn)室將積極拓展與國(guó)內(nèi)在智能機(jī)器人技術(shù)有優(yōu)勢(shì)的高校、科研院所與企業(yè)開展產(chǎn)學(xué)研合作，爭(zhēng)取在三年時(shí)間內(nèi)，形成5-6家高校或科研團(tuán)體的產(chǎn)學(xué)研合作和交流機(jī)制。積極加強(qiáng)國(guó)際交流，力爭(zhēng)與2家以上國(guó)際一流企業(yè)或者科研院所建立合作關(guān)系，建立訪學(xué)與技術(shù)的交流機(jī)制。”梅雪松教授說(shuō)道。
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