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1、前瞻性项目

1.1中科院战略性先导专项(A类)“作物种子激光切削与DNA快速提取技术”

本项目来源于中科院先导专项--分子模块设计育种创新体系,项目采用机器人及相关控制技术设计种子精确送料、定位、分拣、存储的自动化设备,实现对种子的精细位置及切削操作。攻克种子精确传输与排布、机器视觉定位、机器手爪精确抓取和调整位姿、自动化存储系统等关键技术,为种子的切削、DNA取样分析和分类存储提供自动化装备。攻克种子微量切削零污染取样技术,实现在不破坏发芽活力的情况下对种子进行快速取样,为建立高通量DNA同步快速提取和分子分型新方法提供条件。进一步优化设备的整体设计,优化排种、输种、抓种过程;配合课题其他任务将视觉识别装置、激光切削装置、DNA检测装置等集成进入种子取样设备,设计机械安装支架,研究模块间机械、信息、电气接口,将各控制模块嵌入整体控制系统。根据各子系统工作节拍,计算并设置整机工作节拍,调整控制参数,确保各部分协调工作。今年已在一代样机基础上设计出二代样机,目前正在进行调试验证工作。


    

                                 图一 先导专项一代样机图                                                     图二 先导专项二代样机图 


1.2总XXX预研项目“仿生XXX项目”

项目源于总XXX预研项目,面向XXX用现代化装备对隐身、减阻、防污、高强轻质、高灵敏度、高机动性等性能的迫切需求,提出XXX生物材料与仿生资源数据库的建设方法。设计标准化的生物信息表达方式和数据结构,建立集数据索引、数据录入、数据搜索、数据挖掘于一体的数据库基本架构,构建XXX生物颗粒与表面结构资源子库和生物运动、感知与控制系统子库的原型系统,实现对满足特定装备需求的新型生物材料、结构与系统组合的快速搜索与发掘,为XXX装备的研制提供创新思路和数据支持。


          图三   生物原型示意图



1.3陆军装备预研项目(公开)“敏捷式人机自然交互控制技术”

根据敏捷式人机自然交互控制技术的具体需求,采用肌电信号、惯性测量信号和触觉反馈信号等多种人体动作测量信号,实现准确、可靠并能满足控制对象操控实时性要求的多源信号融合解析技术;同时,以智能机器人、动力外骨骼系统等典型的人机交互装备为应用背景,设计人机交互控制系统实验原型,并开展大量实验,对所设计的多源信号融合解析技术进行验证和进一步优化,提高其实时性、鲁棒性和实用化程度,从而为未来开发高度智能化、沉浸式的人机自然交互环境储备关键技术。


 

  图四  EEG-EMG-惯性信号同步采集示意图                               图五 EEG-NIRS(脑电+近红外)同步采集示意图


1.4国家自然科学基金“喉盘鱼“吸盘-刚毛”复合结构的吸-黏附协同作用机理研究”

仿生爬壁机器人具有体积小、机动性强、易操控等优点,是新一代自动化壁面检测技术的发展方向之一。现有仿生技术存在黏附力低、调控能力弱、功能单一等不足,严重制约了仿生爬壁机器人在湿滑粗糙表面检测上的应用。喉盘鱼具有强大的吸附能力,其独特的“吸盘-刚毛”复合结构及其吸-黏附协同作用功能为突破这一局限提供了新思路。本项目通过模仿喉盘鱼腹鳍和胸鳍间的吸盘及其边缘刚毛结构, 研究“吸盘-刚毛”复合结构的吸-黏附协同作用机理,通过分析吸盘与壁面的力学耦合关系,建立湿滑粗糙表面仿生吸盘腔体与边缘层级结构的作用模型;搭建测试平台,验证其吸附性能;在此基础上实现仿生吸-黏附结构优化设计。研究内容包括驱动单元集成, 制备工艺开发,自主“吸附-脱附”仿生吸盘器件的研制。建立喉盘鱼吸盘生物力学多尺度耦合模型,深入理解其“吸盘-刚毛”复合结构在湿滑粗糙表面吸-黏附协同作用机理,阐明其自主“吸附-脱附”运动机制。发展仿生协同吸附器件优化设计方法及制备工艺,设计出基于SMA 驱动的仿生吸盘自主“吸附-脱附”驱动单元,制造出具有复合结构的仿生吸盘。最终搭建一套仿生吸盘测试器件及实验平台,验证其吸附性能,为湿滑粗糙表面仿生爬壁机器人提供关键性理论基础与技术支持。本项目将为湿滑粗糙表面爬壁机器人设计与制造提供新的理论与技术支持。研究成果将拓展仿生表面在湿黏附领域的应用范围,具有重要的学术意义和产业化应用前景。


 

         图六   吸附机理表面结构原理                                             图七   项目研究方案


2、标志性产品与关键零部件

2.1助老助残外骨骼机器人

当前人口老龄化和残障人口众多已成为影响我国社会和谐发展的突出问题。下肢外骨骼机器人是专为老龄高发病“脑卒中”患者及肢体残障患者设计的一款助力助行康复产品,对于有效缓解老龄与残障人群的社会服务压力及加快培育新兴产业具有重要的战略意义。为解决外骨骼机器人实际应用存在的康复训练评估、人机耦合系统设计与试验评价、临床康复训练应用等关键问题,项目开展主、被动下肢康复策略研究,分析患者在各康复阶段中的不同需求,设计基于实时检测与评估的递进式康复策略与评估体系,实现对外骨骼机器人康复训练效果的科学评价与合理评估。目前已完成第三代样机研制与志愿者测试,与南京某公司及相关投资公司洽谈合作,孵化公司正在办理手续。


     图八 助老助残外骨骼机器人第三代样机                              图九 志愿者测试助老助残外骨骼机人


2.2人机协同作业双臂机器人

面向中国制造2025和社会经济发展,通过开展冗余自由度双臂机器人虚拟样机联合仿真和本体轻量化设计,建立双臂机器人运动学和动力学模型,研制出下一代新型冗余自由度双臂协作工业机器人样机,并在汽车LED大灯组装、汽车发电机爪极精密装配等进行示范应用,打破国际垄断,提高我国工业机器人与装备制造业自动化水平,解决用工荒的问题。


       图十  双臂机器人实验现场                                         图十一  双臂机器人进行大灯装配


2.3个人机器人

个人机器人(PR-Personal Robot)一词由个人电脑(PC)衍伸而来,属于服务机器人范畴。个人机器人能够成为个人的伙伴、助理或者帮手等,会像个人电脑和手机一样普及开来,服务于人类的个体。未来个人机器人将会被社会广泛使用,澳洲幸运8将会在家庭、饭店、商场和银行等各种场所内频繁看到这些机器人。 过去60年间,人类与计算机的互动只是二维的人机交互,而个人机器人将从本质上终结这种二维交互,使人类进入三维交互。这意味着,个人机器人将不仅知道人类说什么,还知道人类说这些话的含义,更能够把语言转化为实际行动,帮助人们做很多事情。从1975年起,个人计算机的活动领域开始超出有才能的业余爱好者的范围,进入了普通人的日常生活。现在个人机器人的命运也正经历着同样的转变。目前,个人机器人正继计算机之后,开始从工作场所进入家庭。个人机器人将来为澳洲幸运8做的事,要比澳洲幸运8今天能想象的多得多,最终它们会融入人类社会,成为澳洲幸运8不可缺少的伙伴。



         图十二  个人机器人概念图

2.4三栖移动机器人

受运动模式的限制,目前研制出的移动机器人大多是基于单一作业环境,变革移动机器人的机构设计和运动模式,研究开发能适应复杂的水陆空作业环境的三栖机器人,是机器人研究领域的一个新的重要研究方向。三栖移动机器人突破了轻质高刚度的机械结构设计、自主切换的控制系统设计、动力飞行系统设计等技术,开发出一款能在水陆空多环境全地形移动的探测机器人,可用于军事侦察、核与自然灾难以及工业事故等特殊事件发生后的救援、环境监测与评估,也可用于煤矿瓦斯气体检测、空间探索与安保等等。申请了数项发明专利,可用于产业化。在本项目成果的基础上,可以开发出自主型无人机产品,相较目前市场上广泛存在的遥控飞行无人机而言,自主性大大提高,是真正的无人机,具有飞行范围更大、飞行更灵活可靠、安全性更高等特点,具有广阔的市场需求。


           图十三 三栖移动机器人样机


2.5二自由度球形关节

针对现有工业机器人重量/负载比大、平均功耗偏高、由于采取交流供电导致移动作业不便等问题,突破高集成度二自由度机电一体化关节的研制、机械臂的运动学/动力学分析、新型六自由度机械臂控制系统和操作系统的开发等一系列关键技术,采用模块化设计的思想,研制出两自由度机电一体化关节样机;基于二自由度机电一体化关节,采用整机优化与系统集成、路径规划和参数自辨识等技术,研制重量/负载比小、平均功耗低、能够适应固定或移动作业的新型六自由度模块化机械臂,产业化后可在工业生产线、服务机器人等领域进行应用。


           图十四  二自由度机电一体化关节                                      图十五  新型六自由度模块化机械臂设计图


2.6高性能永磁同步直线电机

针对高端智能装备对高性能直线进给系统的急迫需求,突破电机本体设计与非线性控制等关键技术,研制出具有自主知识产权的高性能永磁同步直线伺服电机样机及其运动平台,为直线进给系统提供新型驱动方式,替代进口产品,降低企业设备成本,提高我国高端智能装备的市场竞争力。本课题已完成高性能永磁同步直线伺服电机样机的设计、加工和装配以及软硬件测试,经检测与鉴定,认为主要参数均达到或优于国际同类产品的技术指标,下一步计划进行产品开发与市场开拓。



         图十六  永磁同步直线电机运动系统平台


3、重大技术服务

3.1年产30万套新能源内胆自动化生产线系统

由观能多能源(江苏)澳洲幸运8委托开发,面向制造型企业对生产车间数字化系统的需求,研发用于汽车零部件生产、船舶零部件生产、热水器内胆生产等领域的车间数字化监控系统,该系统集客户订单管理、生产工艺管理、生产计划管理、物料管理、设备运行状态管理、产品质量管理等于一体,实现了企业管理系统与生产管理系统的互联,满足企业应对多品种、低批量产品的高效生产。目前研发的热水器内胆生产车间数字化系统已在江苏观能多能源澳洲幸运8投入使用,实现了从生产计划、物料计划、设备监控、质量监控、到成品管理等一系列功能,未来将向其他生产行业如汽车零部件制造、船舶零部件制造等领域推广应用。工程合同到款金额1000余万元,为企业新增经济效益6000余万元。并且每年的年产量高达三十万套。为更好的实现中国制造2025智能工业奠定了坚实的基础。针对新能源内胆生产工艺技术要求,通过突破系统集成相关关键技术,开发并实现内胆拉伸、喷淋前处理、内胆焊接、内胆整形、喷砂、搪瓷烧结、及积放链等流程的全自动生产线系统,同时进行生产线资源配置及布局优化、节拍优化、以及DCS集散控制等的研究,不仅提高了内胆生产的质量,也大大提高了生产效率。




3.2年产20万套太阳能无刷电机智能化生产线系统

本项目以建设用于太阳能电池板角度调节的无刷电机智能化生产线为目标,通过创新无刷电机制造工艺,并在此基础上综合利用机器人技术、自动控制技术、信息通信技术等,分别建设电机转子制造、定子制造、电机总装的智能化生产线系统,最终实现集物料管理、生产计划管理、品质管理、设备管理等于一体的智能化生产系统。


 


3.3桁架机器人数控加工智能化制造系统

本项目由中远澳洲幸运8南京国际船舶配件澳洲幸运8委托开发,在系列智能装备项目“机器人堆焊工作站项目”、“桁架机器人数控加工智能单元项目”、“柴油机气门摩擦焊屈服强度自动化检测设备”等系列智能装备项目的基础上开展建设智能工厂项目,为船用低速柴油机进排气门阀座设计设计自动化加工生产线。该智能单元采用1套桁架机器人配2台智能机床的自动化加工方案,实现自动上下料、翻面、吹屑等功能。机械系统结构设计紧凑,布局合理。控制系统上能实现桁架机器人与机床系统的内部通讯,采用统一的通讯协议,能适应后期数字化车间设计,数据交互方便,通讯便捷。利用现场工控机及软件系统,实现对该机床自动化加工单元的相关实时状态数据的监控。为适应后期智能工厂建设,本系统配备总控,在电气控制硬件上,集成了Profibus-bus总线,以太网总线,有良好的扩展兼容性,以便实现与各种工业设备的通讯和控制;预留IO信号,模拟量信号,提高监控系统的后期扩展能力。


3.4锚板自动化生产线系统

安徽金星预应力工程技术澳洲幸运8目前锚板生产多为人工操作,自动化程度较低,设备相对落后,不能满足锚板生产的自动化;根据公司需求,研究人员规划并设计锚板智能化生产线,该线能够实现锚板的人机协作智能化生产;减少人员投入;提高产能;提升产品质量一致性稳定性,该项目目前正在洽谈中,预计合同额超过1000万元。