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科研成果

機器人操作的理論與方法(湖北省自然科學獎一等獎)

作者:編輯:發布:2014-12-25點擊量:

獎勵完成人:熊蔡華,熊有倫,李友福

獎勵完成單位:華中科技大學,香港城市大學    

用工程科學方法再造人手靈巧的操作能力是廣大科技工作者的夙愿,機器人操作研究旨在賦予機器人智能,實現機器人操作的自律化和智能化,為復現人手靈巧操作功能提供科學依據。針對機器人如何實現擬人操作這一問題,經過多年研究,取得了多項創新性成果,主要創新點如下:

1) 發現并證明了形封閉抓取的充分必要條件,建立了形封閉抓持的判斷準則,定義了定量評價機器人抓持系統操作能力的6維力橢球,突破了國際上該領域研究長期停留在定性層面的局限,為穩定的接觸點布局規劃提供了科學依據。

2) 提出了順應運動與抓持的動態穩定性描述的理論與方法,建立了多個單向接觸約束處的變形協調方程和抓持動態穩定性的定量評價指標,為魯棒的機器人動態操作規劃提供了新原理。

3) 定義了單向接觸約束下操作對象的自由運動錐和它的極錐,提出了運用極錐構造穩定抓持的理論與方法,揭示了裝配誤差的累積與傳播機理,解決了多站裝配誤差預測與控制的難題,為精密的抓持系統設計奠定了理論基礎

4) 建立了機器人腕力/力矩傳感器動力學特性的定量分析方法,構建了由模式投影光源和相機組成的主動視覺系統,提出了相機內、外部參數免標定的主動視覺測量理論與方法,為有效控制末端執行器與操作對象之間的相對位姿和交互作用力,實現對操作對象的感知與重構提供了理論支撐。    

    反映以上創新性成果的研究論文已發表在國際機器人學研究頂級期刊-IJRR等本領域國際權威期刊上,出版英文學術專著《Fundamentals of Robotic Grasping and Fixturing》1部,被國際知名學者正面引用和評述。運用上述理論研究成果指導開發的假肢與康復機器人裝備已獲國家發明專利13項,申報國家發明專利6項。研制的上肢康復機器人已在同濟醫院康復科和北京四季青敬老院進行了臨床應用,結果表明該康復機器人符合康復科學理念。

 

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