水下机器人作为一种高新技术手段在海洋开发和利用领域的重要性不亚于宇宙火箭在探索宇宙空间中的作用。它可以代替人类完成复杂海洋环境，特别是深海异常环境（如地质活动频繁的热液区）的环境探测、资源调查和开发等任务，因而具有十分广阔的应用前景和科研价值。 “神龙号”深海水下机器人（AUV）是一种具有高精度水下自主导航能力和多种海洋要素观测能力的自主水下探测与运载平台，可以实现深海复杂环境下大范围、多尺度的精确自主导航以及大深度、大范围、多参数、实时观测，对解决深海大洋研究面临的重大科学挑战、支撑“透明海洋”工程建设具有重要的意义。 该机器人可以完成1500m以内的海底地形地貌测绘、自适应多AUV组网观测、多海洋环境参数综合观测、海底深海矿藏勘查、水下救援等，为突发海洋事件应急处理、深海大洋高机动性实时观测、水下目标探测及预警等提供了重要设备支撑。

成果介绍机器人关节驱动方式主要有气动、电机驱动和液压驱动三种。其中，液压驱动具有功率密度高的特点。近年来，随着电液伺服技术的发展，电液驱动装置逐渐向着高压化、微型化方向发展，越来越多地 应用于机器人中，较为著名的有美国波士顿动力公司开发的机器人系列，但目前旋转电液驱动关节还没有实现商业化。技术创新点及参数以7075-T651系铝合金为主体材料，总质量约为1.5kg、容积约为62ml；额定压强为10MPa。在额定压强下，输出扭矩可达75N·m，工作带宽5.6Hz（能够满足一般足式机器人的步行要求）；密封良好，无外泄漏。采用该驱动关节研制了两足步行样机，实验结果表明，关节跟踪精度高、运动平稳，能够满足机器人关节驱动要求

智能巡检与捡垃圾机器人系统基于搭载的视觉、激光、IMU、编码器等传感器进行融合，实现机器人在居民小区、公园广场、街道、工业园区等典型环境下的高精度自主定位、建图与导航，同时基于建立的场景地图，采用深度学习对场景中的物体进行图像分割，识别出垃圾及其种类，获得垃圾的空间位姿信息，控制机器人完成捡垃圾任务，并进行垃圾的智能分类。智能巡检与捡垃圾机器人系统不仅具备常规巡视功能，执行巡检任务，还具有捡垃圾和智能分类功能。创新性强，技术水平先进，具有很高的经济和社会效益。

成果是由能在煤矿井下巷道自主行走的轮式运载车加六履带四摆臂的探测机器人组成的两级煤矿救援机器人系统。井下发生事故后，运载车（第一级机器人）载着探测机器人（第二级机器人）利用其自身的自主导航功能沿井下巷道运行到所能到达的距事故地点最近处，且在行走过程中能够随机布放通信中继，快速搭建应急救援无线通信网络。当运载车被障碍物阻止或巷道地面受到严重破坏，不能继续前移时，运载车打开仓门，在安全区域的救援人员利用应急无线通信网络遥控探测机器人离开运载车，在一定范围内进行探测。两级机器人上均装有 CCD 摄像头、超声测距仪和瓦斯、一氧化碳、氧气、温度、湿度测试仪等传感器，能够随时检测周围的环境信息，并进行记录和处理。

本发明公开了一种下肢多训练模式康复机器人，包括踏板转动机构、膝髋关节运动机构和脚踝关节运动机构。踏板转动机构中踏板轴一端与踏板连接，另一端与腿膝髋关节运动机构和脚踝关节运动机构连接。膝髋关节运动机构中连杆与中轴的端部固定连接，减速传动装置的输入端与制动器和驱动源连接，输出端与中轴连接。脚踝关节运动机构的左、右套筒由传动方向相反的传动机构传动，输入传动机构与驱动源连接，输出传动机构与踏板轴连接。本装置实现了绕同一个中心线的膝髋和脚踝关节运动的传动，采用制动器和两个驱动源的实时控制，实现了患者下肢六个关

针对点焊（弧焊）机器人和重载搬运机器人的应用，开展机器人控制器核心技术相关研究，研究开发自主知识产权的高性能低成本的工业机器人控制器，实现工程应用。研究工业机器人控制器核心技术，完成控制器的研究与开发并实现工程化，实现示范应用及产业化目标。可达技术指标序号名称规格1插补周期4ms2重复定位精度20um3直线度40um4联动轴数六轴5伺服驱动接口脉冲6插补方式关节，直线，圆弧，曲线7上位机（示教器）LINUX+QT8下位机（控制器）UCOSII9加减速功能直线型和S型10语言标准安川 inform II指令系统11PLC功能内部软PLC，标准支持32输入/32输出点，可扩展128输入/128输出。128个定时器，128个计数器12现场总线接口RS485，RS232，CAN 一、系统关键技术 1.工业机器人控制系统的软硬件体系结构： (1) 基于领域建模的开发方法 研究面向机器人控制器开发的领域建模方法, 通过对机器人控制系统共性的提取和功能及非功能属性的抽象, 借助形式化描述及工具集成实现机器人控制系统在模型层的仿真和验证, 并研究可重用实时组件设计方法，使得开发的重点从底层代码转向机器人领域应用。 (2) 基于组件的开放式控制器的软件结构 根据机器人控制的特点和开放性的要求，研究机器人组件模型，组件划分方法，组件间的通信机制，连接配置方法以及系统的调度模型，并研究开放式机器人控制器的一般开发流程，开放式平台下多传感器机器人的控制方法。 (3) 开放式控制器模块化硬件结构 根据开放性的要求，研究硬件模块的划分方法，便于系统添加或更换各种接口、传感器等；采用基于标准总线的结构；研究多CPU系统的设计方法；研究基于FPGA的接口设计方法。 (4) 机器人操作系统 根据机器人应用需求，在开源操作系统的基础上增加机器人应用层接口、机器人算法，中间件，增强实时性能的任务调度算法。 2.高速、高精度工业机器人轮廓控制技术和柔性加减速技术： (1) 速度前瞻控制和拐角控制技术 前瞻处理的主要任务是获取路径信息，并根据速度、加速度和加加速度等机器人运动约束条件和选定的加减速规律进行速度规划。 (2) 柔性加减速技术 加减速控制算法可以避免机器人的冲击、振动，并在不增加系统运算量的情况下使得插补过程能够平滑快速的执行研究直线型加减速、S 型加减速、平滑 S 型加减速、力矩加减速提高系统的精度和速度。 (3) 最优轨迹规划算法 轨迹规划的任务是根据给定的路径点规划处通过这些点并满足边界约束条件的光滑的最优运动轨迹，研究时间最小的轨迹规划算法、能耗最小的轨迹规划算法、加速度最小的优化算法，使机器人的作业效率、能耗达到最优，同时确保运动的平稳性。 3.工业机器人编程语言规范： (1)编程语言规范 根据机器人不同应用领域的特点及具体要求，研究通用的机器人编程语言结构，定义词法及语法规则；充分考虑机器人控制系统的运动控制、运算-决策、通讯、工具指令以及传感器数据处理等基本功能，规划完善的指令集和内部函数集；定义机器人物理环境模型，确定编程语言指令与目标指令内在的逻辑关系。 (2) 编程环境设计 机器人编程环境具有以下特征：面向应用的数据结构、扩展的通用算法和数据结构。研究机器人语言程序的词法、语法和语义的分析，以及语法错误检查和系统逻辑错误检查技术；设计机器人语言程序解释器，实现机器人语言到系统内部指令的转化，并根据应用需求优化系统内部指令序列。 4.故障诊断、测试与可靠性技术： (1) 智能故障诊断系统 研究基于规则的专家系统，基于实例的专家系统，规则和实例混合的专家系统，基于规则控制的实例诊断系统。 (2) 可靠性技术 a.可靠性分析：对控制系统可靠性数据、故障模式、影响及危害度分析，以便发现设计、生产中的薄弱环节，为提高控制系统可靠性提供依据。 b.可靠性设计技术：采用简化设计、降额设计、冗余设计、EMC 设计、热设计、环境防护设计提高系统的可靠性。 c.可靠性试验技术：在研制阶段采用可靠性增长试验提高系统可靠性，通过可靠性鉴定试验确定系统定型，通过可靠性验收试验确定系统的可靠性是否达到要求，采用应力筛选试验提高产品的使用可靠性。通过加速寿命试验评估MTBF值是否达到。 d.软件可靠性试验技术：采用软件可靠性设计、可靠性增长测试、软件可靠性测试和软件可靠性验证测试提高软件可靠性、通过建立控制系统软件可靠性仿真测试平台提高软件可靠性测试水平。 5.面向重载机器人的先进控制算法： (1) 基于系统动力学模型的控制 针对重载机器人惯量变化大，固有频率低，高度非线性耦合的特点。研究基于机器人真实参数的动力学模型及实时求解。根据动力学模型，研究运动规划、柔性加减速以及模态控制等方面的技术，减少由于轨迹规划引起的机器人振动。 (2) 负载自动识别 针对机器人不同应用及负载变化，研究机器人在线自动识别负载的方法。 (3) 机器人空腔计算及处理 实现了机器人所能到达的所有位置范围计算，能提前提示用户示教的位置是否合法, 是否在机器人能到的位置。 (4) 立方干涉处理 实现了最多六个干涉区的设置，在多机器人相互配合运行工作时，通过干涉区避免了碰撞的危险性。二、对国家产业结构影响 我国汽车工业的工业机器人市场远未饱和。仅我国汽车工业就存在一个庞大的工业机器人市场，如果考虑到我国整个制造业的需要，工业机器人市场则更加庞大。 随着我国经济的快速发展和劳动力成本的不断提高，发展高科技产业，提高制造业生产自动化水平，由劳动密集型向技术密集型转变已经成为经济发展模式和制造产业结构调整的必由之路。随着计算机科学技术的不断发展，工业机器人应用领域也随之不断扩展和深化。工业机器人技术的发展，可以看做工业自动化的一场革命，南通作为科技重镇、制造重镇，把握机遇，迎接挑战，大力发展工业机器人制造业，应是一个战略性的决策。 应用范围： 伴随我国经济的高速增长，以汽车等行业需求为牵引，我国对工业机器人需求量急剧增加，国际工业机器人知名企业如ABB、FANUC 等纷纷在中国建厂，目前，我国工业机器人新装机量近90% 仍依赖进口。因此，对于工业机器人制造业，摆脱依赖关系，拒绝跟随式发展，成为目前国内基础制造业的重中之重。 工业机器人制造是一个崭新而又创新的产业，由于工业机器人应用极为广泛，其前景非常看好。本项目对工业机器人控制系统有其独到之处加之雄厚的制造业基础，两者相结合将为国内制造业开创一个新的主流产业。该产业的逐步形成既符合国家新兴高端制造业的产业发展规划，又为国家的经济腾飞打下坚实的基础。

微创机器人外科及触觉感知国家自然科学基金课题 微创外科(MIS)与开放外科手术相比，具有切口小、疼痛轻、出血少和恢复快等优点，广泛应用于胸腹、脊柱、心血管和泌尿外科等领域 微创机器人外科(MIRS)由机器人替代医生操控手术器械，克服医生人为因素带来的风险，提高手术的安全性和灵巧性，改善手术精度和质量 触觉力信息缺失导致过大的操作力和器官组织创伤，是当前微创机器人外科面临的共同问题。项目利用光纤技术，研究微型触觉力传感器及其在器官组织类型和边界鉴定、机器人反馈控制应用中涉及到的一系列挑战性问题。获得的相关理论与技术，有望消除触觉缺失引起的手术风险，提高微创机器人外科手术的精度、稳定性和质量。

自主移动消毒杀菌机器人，由西北工业大学18、19届校友马文科、安玉玺、汪志康等组成的团队研发。以服务机器人底盘为载体，针对环境物体表面和空气进行自主移动式消毒作业，打造全无人的智能消毒杀菌系统。自主移动消毒杀菌机器人现已完成样机开发，已在深圳虚拟大学园投入使用，得到了虚拟大学园管理者管理方高度认可。  智能紫外消毒机器人  智能喷雾机器人 工作原理：以移动机器人为载体，集成紫外线消毒、等离子空气过滤等消毒方式，充分发挥机器人的自主移动能力，做到无死角、无接触的规模化消毒作业，经过大量实地测试，作业5分钟可以对环境物表（光滑表面，粗糙多孔表面）黄色葡萄球菌、白色念珠菌、大肠杆菌、新型冠状病毒等的平均灭杀率达到99.9%以上的杀灭效果。使用流程：远程设定→自主消毒→自主移动→自动回充→等待下次工作使用方式：使用起来非常简单、安全，用户无需去作业现场，远程即可设置消毒时间和路线，设定并保存好时间和路线后，机器人每天会自动开机工作，不再需要人为干预。由于消毒过程中无需人为干预，打造无人智能消毒杀菌系统，极大的减轻防疫人员的工作量、降低感染风险。智能系统：无人值守、APP管理、自定义消杀计划。应用场景：医院、商场、办公场所、工厂等人员流动大、密集度高的场所。自主移动消杀机器人50分钟定点消杀范围达1000平方米，工作效率大概是人工的10倍以上，越障高达10mm，减少人员传染风险的同时也大大提高了消毒作业效率。

目前，机器人无线充电主电路拓扑大多采用全桥和半桥逆变电路，存在着电路结构复杂、成本高、桥臂上下开关管直通烧坏等问题。本发明包采用新型单管逆变拓扑，它具有电路简单、成本低、体积小、重量轻、可靠性高、传输效率高、可实现零电压开通和零电压关断控制等优点，该系统广泛用于开关频率20kHZ-1MHz以上，特别适合手机、机器人、无尾家电等领域。随着无线电能传输技术的发展，非接触充电（或供电）产品每年以100%的速度发展，而现有机器人充电电路系统存在着成本高、控制复杂、可靠性低、开关频率难以大幅提高等缺点。本发明具有电路简单、成本低、可靠性高、开关频率高等特点，可广泛用于机器人无线充电、无尾家电设备的供电、市场前景非常广阔。

“工业机器人教学实验工作站”。是用于“机械工程与自动化”、“工业自动化”等相关专业实验教学的理想实验设备。主要由标准型工业机器人、工件位置变换机、综合型末端执行器及气压和电气控制系统等组成。机器人选用日本安川电机公司的产品，属六自由度垂直多关节类型，最大持重为6公斤；工作范围约在以机器人为中心的半径为1373mm的圆形区域和高度为2393mm的月牙型区域内；重复位置精度0.08mm。 工件安装在变位机上，由变位机带动其实现工件的位置变换，以使机器人能够处于最佳作业位置。这是一台多姿态单轴交流伺服电机驱动式变位机。当装上夹具板时，便是一台双支点卧式变位机，在夹具板上可安装较大的工件或构件；如果卸去夹具板，摆动变位机机头，使其分别在30°、45°、60°和90°定位，成为一台斜置式或立式变位机，较适合于安装小型零件和套筒型零件。在作业中，它可以被看作是一台单轴机器人，它与六自由度机器人的协同动作，就被看成是两个机器人的协调作业过程。 末端执行器是一个综合手爪，通过快速地更换零件，就能使机器人分别完成真空吸盘搬运、机械手爪搬运、模拟弧焊、模拟点焊、模拟打磨和书写绘画等作业内容。 本科生实验有：①真空吸盘方式的物料搬运示教（水杯）②机械方式的物料搬运示教（方形铝块）③薄板构件模拟点焊示教④三通管模拟弧焊示教⑤车架模拟打磨示教⑥任意书写绘画示教⑦机器人自由度及工作范围概论实验⑧末端执行器信号传输实验。 研究生进行的课题有：①机器人位姿运动分析②机器人运动惯性及动力学分析③工业机器人离线示教系统的研究④图象处理在机器人位置调整中的研究。 应用于高等教育、职业教育、成人教育等各层次机电专业、自动化专业或机械工程及自动化专业教学的实验设备。可以用于课程教学实验、认识实习、生产实习、机电系统实践课、毕业设计。学生自己示教真空吸盘搬运、机械手爪搬运、模拟弧焊、模拟点焊、模拟打磨及书写绘画等作业或进行各种机器人作业的演示实验。其设备造价相当于国外同类设备的1/3~1/2。