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【TIAT|项目推介】中科好项目之“不一样的机器人”

2019-10-09
科技越来先进,技术越来越成熟,曾经遥不可及的机器人已逐渐走进人们的世界,常见的有扫地机器人、在银行“工作”的“旺宝”机器人、“工作”于生产线的巡检机器人……它们在带给人们方便快捷的同时,也带给了人们欢乐,提升了人们的幸福指数。
 

 
今天,小编就带着大家走进不一样的机器人。介绍它们之前,让我先介绍一下机器人的“籍贯”——中国科学院深圳先进技术研究院(以下简称深圳院)智能仿生研究中心:
智能仿生研究中心成立于2006年,由国际著名机器人专家徐扬生院士创建并担任中心主任。中心以机器人三要素“感知、认知和动作”中的前沿科学问题和核心技术为主要研究内容,以机械、信息、仿生学、医学等多学科交叉集成为特色,以先进集成技术为指导,致力于家庭服务机器人、医疗和康复机器人、智能系统及特种机器人等方面的前沿研究和产业化。
 

 
那么,他们研究的机器人有什么特别的呢?接下来,就是详(dà)情(kāi)介(yǎn)绍(jiè)的时刻啦!
一、服务类:外骨骼机器人
外骨骼机器人能够显著提高使用者的身体能力。从人口老龄化趋势、社会发展需要和潜在受益人群规模的增长角度来看,研究具有助力助行功能的外骨骼机器人,对提高老年人和残疾人运动能力及生活质量、提高劳动生产力、减轻社会负担和促进社会和谐具有极其重要的社会意义和经济价值。
在医疗领域外,骨骼机器人主要用于截瘫患者,中风、脊髓损伤以及脑瘫患者。机器外骨骼的应用将会彻底改变下肢瘫痪患者的康复治疗和日常生活。随着相关研究成果开始应用于医学、康复治疗、工程施工、救援等领域,将人的意念与机械的强大力量结合,未来有望渗透至人类生活的各个方面。
而在物流、建筑、制造等行业中,企业为了解决员工身体负担所带来的一系列问题,会不断寻求解决方案以使得最终为企业带来经济效益。伴随着此类用户群体的增加,助力外骨骼机器人将会逐步崭露头角,得到快速普及。
核心技术:面向行为意图理解的生物信号获取、特征提取与模式识别方法;外骨骼仿生机构创成与人机耦合系统建模;深度步态建模与步态模式自适应学习;基于多模态信息融合的人机协同控制策略等。
 

二、 特种机器人:微型机器人
微型机器人由于它们的微小尺度,可以在复杂狭小的空间作业,因此在临床医疗、生物工程、环境治理等方面有很大的应用潜力。在流体中,微型机器人由于尺度较小,处于低雷诺数的流体环境中,往复可逆的运动模式无法得到有效的位移。通过模仿自然界中的微型生物体的非往复可逆运动,例如大肠杆菌的螺旋型推进,可以制造仿生微型机器人。通过旋转磁场驱动具有刚性螺旋形尾巴的磁性微型机器人,可以在液体中可控的运动。
我们自主设计制造了三维亥姆霍兹线圈组用作微型机器人的驱动平台,并加入立体视觉系统。通过实验对比具有不同形状头部的螺旋形机器人和具有不同的磁化特征的螺旋形机器人的运动特性,并通过实验得出刚性螺旋形机器人的游动效率矩阵,并发表在机电的顶级期刊IEEE/ASME Transaction on Mechatronis上。
 
 
通过双目机器视觉系统,克服了螺旋形较为复杂的结构,对其在图像上进行跟踪,并建立了螺旋形微型机器人在三维空间中的定位算法,并根据其三维定位,建立了对其的导向控制。该成果发表在机器人领域顶级学术会议ICRA上。申请人针对旋转磁场驱动的螺旋形微型机器人系统是非完整约束运动系统(non-holonomic constraint)的这一特性,在导向控制的基础上,建立了针对其在二维平面空间中的路径跟随算法,通过在其三维空间中的定位,实现视觉反馈控制(visual servoing),实现了针对螺旋形微型机器人的闭环控制,提高了对其控制的精确度和可重复性,并且可以使其克服边界效应,实时调整路径。该成果发表在和机器人领域的顶级期刊IEEE Transaction on Robotics上。
三、 智能系统:基于人类行为模拟的机器人智能控制关键技术与应用研究
虽然机器人的基础研究和产业化在近年来发展迅速,但是无论在工业、家居助老、医疗康复,还是在救援救灾等环境下,机器人在规划与控制方面的智能化决策水平远远落后于人类,该问题持续地困扰着机器人的进一步发展。针对这一问题,本项目将基于人类行为模拟与学习的思想,从上层任务规划、复杂轨迹跟踪、力位混合控制三个方面入手,开展深入的理论方法研究。
本项目设计机器人智能控制与决策方法,使其可以简便有效地学习人类在规划与控制方面的智慧,并使其具有一定的泛化能力与鲁棒性。具体而言,包括如下三个方面:
(1)通过对人类行为进行示教学习,研究如何组合操作基元的上层任务规划方法;
(2)研究具有拟人行为的复杂轨迹的智能跟踪控制方法,并且确保其收敛到工作点;
(3)开发基于力位混合的智能化柔顺性控制方法。
此外,搭建多种机器人拟人行为控制方法实验研究平台,包括工业机器人与康复机器人等,对相关理论方法进行实验验证。
 
 
除此之外,研究项目还有:
服务机器人:
新一代家用服务机器人关键技术突破及集成应用示范;
服务机器人核心关键技术研究;
宠物纳宝机器人。
特种机器人:
基站、机房巡检机器人;
核电爬壁机器人;
救灾机器人。
智能系统:
基于深度学习的物体与姿态识别技术;
非接触式商用车四轮定位系统;
用于柔性制造的智能锁螺丝机视觉系统;
异构机器人集群的复合定位导航及信息耦合。
说了这么多,怎么能不介绍研究中心的大咖呢!
 
徐扬生
中心主任
中国工程院院士
徐扬生教授1982年及1984年分别获浙江大学学士、硕士学位。1989年获得美国宾夕法尼亚大学博士学位。1989年至1997年在美国卡耐基梅隆大学计算机学院任教,1997年起在香港中文大学任教,历任副教授、教授、讲座教授。
徐扬生教授所研究的领域为空间机器人、智能系统与控制、人机界面。他设计并开发了30多个机器人及智能系统,其中包括:空间站跨步式机器人、单轮式陀螺稳定机器人、分拆式月球机器人、家庭服务的机器人、穿戴式人机界面、全方位转向混合动力车。
徐扬生教授主持了30多个由政府和企业界资助的研究开发项目。在这些大量研究工作的基础上,徐教授发表了3部专著、1部编著、93篇国际期刊论文、193篇国际学术会议论文、10篇文集论文。中国工程院院士、国际宇航科学院通讯院士、国际欧亚科学院院士、IEEE fellow。
 
吴新宇
博士生导师
研究员
吴新宇博士获得国家创新人才推动计划“中青年科技创新领军人才”, 现为中科院深圳先进技术研究院智能仿生中心执行主任,中科院人机智能协同重点实验室副主任,广东省机器人与智能系统重点实验室执行主任,广东省机器人与智能系统工程研究中心主任。
吴新宇博士于中国科学技术大学获工学学士和硕士学位,博士毕业于香港中文大学。2006年到2009年在先进院兼职工作,2009年正式加入先进院,2012年入选深圳海外高层次人才“孔雀计划”,2016年入选“广东特支计划”科技创新领军人才。近5年承担国家自然科学基金,国家863项目,中科院知识创新工程重要方向项目等三十余项。在机器人国际期刊和国际会议上发表论文120余篇,出版英文专著二本(其中包括Household Service Robotics),申请国家专利和国际专利50余项。
吴新宇博士是中国仪器仪表学会理事,广东省智能机器人重大专项专家组副组长,中国自动化学会机器人专业委员会委员,中国青年科技工作者协会委员。他是相关国际会议重要组织者,如ICIST2014组织委员会主席、Robio2014程序委员会副主席、ICIA2014程序委员会主席、RACR2016大会共同主席和ICIA2017程序委员会主席等。
 

 
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