國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)推薦公示材料

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1、國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)推薦公示材料一、項(xiàng)目名稱(chēng)仿人機(jī)器人感知與控制關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用二、推薦單位意見(jiàn)機(jī)器人是促進(jìn)我國(guó)制造業(yè)與服務(wù)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要支撐，是國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展戰(zhàn)略技術(shù)和產(chǎn)業(yè)，發(fā)展仿人機(jī)器人感知與控制技術(shù)是提升我國(guó)機(jī)器人技術(shù)研究并推動(dòng)行業(yè)應(yīng)用轉(zhuǎn)化的重要途徑。本項(xiàng)目圍繞目前亟需攻克的仿生腿足運(yùn)動(dòng)能耗高、移動(dòng)作業(yè)環(huán)境適應(yīng)弱、操作作業(yè)動(dòng)態(tài)伺服慢的難點(diǎn)問(wèn)題，發(fā)明了:1)采用新型彈性驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的腿足機(jī)器人和高能效控制方法，研制的國(guó)內(nèi)首臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單腿跳躍機(jī)器人單位距離能耗從國(guó)際最低0.36降至0.29，跳躍高度提升至35cm；2)感知單元多維運(yùn)動(dòng)的三維地圖重

2、構(gòu)方法和雙三視張量的立體視覺(jué)快速里程估計(jì)方法，研制的激光視覺(jué)融合自然導(dǎo)航系統(tǒng)重復(fù)定位誤差從國(guó)際主流產(chǎn)品的10mm降至2mm；3)采用表面自然標(biāo)記識(shí)別的高速旋轉(zhuǎn)飛行目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)方法和機(jī)器人快速伺服運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制技術(shù)，研制了國(guó)際首套可快速連續(xù)乒乓球?qū)Υ蚝托D(zhuǎn)球接打的仿人機(jī)器人系統(tǒng)。項(xiàng)目取得授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利53項(xiàng)，其中美國(guó)專(zhuān)利1項(xiàng)，科技部專(zhuān)家組認(rèn)定所研制仿人機(jī)器人系統(tǒng)“取得了突破性進(jìn)展，總體技術(shù)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平”，項(xiàng)目成果有效推動(dòng)了機(jī)器人應(yīng)用推廣和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，形成了變電站無(wú)軌自主巡檢機(jī)器人、無(wú)軌自然導(dǎo)航搬運(yùn)機(jī)器人等產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了批量應(yīng)用，與國(guó)外同

3、類(lèi)產(chǎn)品形成有效競(jìng)爭(zhēng)。近三年新增銷(xiāo)售額41799.15萬(wàn)元，新增利潤(rùn)3445.59萬(wàn)元。獲2013年浙江省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。三、項(xiàng)目簡(jiǎn)介機(jī)器人技術(shù)及系統(tǒng)作為戰(zhàn)略性高新技術(shù)是促進(jìn)我國(guó)從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的重要技術(shù)抓手，是《中國(guó)制造2025》十大重點(diǎn)領(lǐng)域之一。受限于機(jī)器人感知與控制核心技術(shù)水平，現(xiàn)有機(jī)器人只能遙控作業(yè)或在特定簡(jiǎn)單環(huán)境下重復(fù)執(zhí)行預(yù)設(shè)作業(yè)，為推廣應(yīng)用帶來(lái)極大約束。作為機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的制高點(diǎn)，仿人機(jī)器人研究涵蓋運(yùn)動(dòng)能力類(lèi)人和作業(yè)智能類(lèi)人問(wèn)題，對(duì)機(jī)器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有不可替代的支撐和引領(lǐng)作用。本項(xiàng)目面向機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用瓶頸，以仿人

4、機(jī)器人為對(duì)象，圍繞目前迫切需要攻克的腿足運(yùn)動(dòng)能耗高、環(huán)境感知適應(yīng)弱、動(dòng)態(tài)伺服作業(yè)慢的技術(shù)難題，發(fā)明了三項(xiàng)系統(tǒng)性的感知與控制核心技術(shù)。1.仿生腿足高能效快速穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)技術(shù)。針對(duì)現(xiàn)有仿生腿足運(yùn)動(dòng)為克服重力矩和地面沖擊而帶來(lái)的高能耗問(wèn)題，發(fā)明了采用平面扭簧進(jìn)行力位混合控制的彈性驅(qū)動(dòng)模塊化關(guān)節(jié)，在解決原有彈性驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)體積大、彈性參數(shù)難以靈活設(shè)置問(wèn)題的同時(shí)提升了對(duì)外部能量的利用；發(fā)明了分層分布式架構(gòu)的彈性驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)控制方法及單元，解決了非實(shí)時(shí)系統(tǒng)下CAN總線信號(hào)傳輸延時(shí)不確定造成的控制響應(yīng)慢問(wèn)題，響應(yīng)速度提升50%；發(fā)明了采用彈性驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的腿足機(jī)器人

5、連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和飛輪控制方法，單位距離能耗從國(guó)際最低0.36降至0.29，同時(shí)跳躍高度提升至35cm。2.復(fù)雜環(huán)境建模認(rèn)知與實(shí)時(shí)定位技術(shù)。針對(duì)機(jī)器人移動(dòng)作業(yè)對(duì)環(huán)境準(zhǔn)確建模的需求，發(fā)明了采用混合高斯模型數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的三維地圖重構(gòu)方法，在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)二維激光傳感器移動(dòng)狀態(tài)下的連續(xù)動(dòng)態(tài)稠密點(diǎn)云構(gòu)建；發(fā)明了采用本體論方法的環(huán)境語(yǔ)義建模方法，實(shí)現(xiàn)高效率的復(fù)雜環(huán)境同時(shí)建模與語(yǔ)義自動(dòng)標(biāo)注；針對(duì)機(jī)器人大范圍準(zhǔn)確定位問(wèn)題，發(fā)明了雙三視張量的立體視覺(jué)快速里程估計(jì)方法，可滿足移動(dòng)機(jī)器人姿態(tài)定位實(shí)時(shí)性與精確性的雙重高要求，研制的激光視覺(jué)融合自然導(dǎo)航系統(tǒng)，重復(fù)

6、定位誤差從國(guó)際主流產(chǎn)品的10mm降至2mm。3.動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)對(duì)象伺服穩(wěn)定操作技術(shù)。針對(duì)高速旋轉(zhuǎn)飛行目標(biāo)的狀態(tài)估計(jì)挑戰(zhàn)，發(fā)明了基于表面自然標(biāo)記識(shí)別的旋轉(zhuǎn)與飛行狀態(tài)同時(shí)估計(jì)技術(shù)，國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)乒乓球的實(shí)時(shí)狀態(tài)估計(jì)和軌跡預(yù)測(cè)，0-60轉(zhuǎn)/秒轉(zhuǎn)速下估計(jì)誤差小于0.07轉(zhuǎn)/秒，屬?lài)?guó)際領(lǐng)先；發(fā)明了基于特征點(diǎn)跟蹤的實(shí)時(shí)精確多目視覺(jué)定位與自定位方法，實(shí)現(xiàn)了高頻運(yùn)動(dòng)機(jī)器人對(duì)高動(dòng)態(tài)目標(biāo)的實(shí)時(shí)精確定位，目標(biāo)相對(duì)定位誤差遠(yuǎn)低于國(guó)際主流方法；發(fā)明了移動(dòng)平臺(tái)在機(jī)械臂快速伺服運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制技術(shù)，解決了機(jī)器人自身不穩(wěn)定性與快速精確作業(yè)間的相互干擾問(wèn)題，提升了作

7、業(yè)成功率。項(xiàng)目取得授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利53項(xiàng)（美國(guó)專(zhuān)利1項(xiàng)）；研制成功國(guó)際首套可快速連續(xù)乒乓球?qū)Υ蚝托D(zhuǎn)球接打的仿人機(jī)器人系統(tǒng)，科技部專(zhuān)家組驗(yàn)收認(rèn)定“取得了突破性進(jìn)展，總體技術(shù)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平”；依托項(xiàng)目發(fā)明技術(shù)研制的國(guó)內(nèi)首臺(tái)變電站無(wú)軌自主巡檢機(jī)器人已覆蓋全國(guó)21個(gè)省份近300座變電站，銷(xiāo)量居國(guó)家電網(wǎng)第一；基于項(xiàng)目技術(shù)研制的無(wú)軌自然導(dǎo)航搬運(yùn)機(jī)器人，在華為成功替代國(guó)外品牌Adept實(shí)現(xiàn)批量應(yīng)用。近三年新增銷(xiāo)售額41799.15萬(wàn)元，新增利潤(rùn)3445.59萬(wàn)元，獲2013年浙江省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)?？陀^評(píng)價(jià)1.專(zhuān)家評(píng)價(jià)(1)2012年2月科技部組織

8、的工業(yè)控制技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估中，張鈸院士為首的專(zhuān)家組評(píng)價(jià)為“圍繞仿人機(jī)器人的快速感知與動(dòng)態(tài)響應(yīng)等難題，研制了具有前瞻性的可對(duì)打乒乓球的仿人機(jī)器人，在快速識(shí)別預(yù)測(cè)、穩(wěn)定平衡控制、自主協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)等關(guān)鍵技術(shù)