人工智能四川省重點實驗室項目申報書

1、實用文檔人工智能四川省重點實驗室開放基金項目申報書基礎研究項目一般項目應用研究項目項目類別基礎研究項目重點項目應用研究項目項目名稱： 基于工業(yè)檢測機器人測控系統(tǒng)的研究起止時間：2013 年 10 月至 2015 年 10 月承擔單位：四川理工學院機械工程學院項目負責人：黃丹平聯(lián)系電話（手機） 科門類： 測控學科情況：填報日期：2013年 5月 16日人工智能四川省重點實驗室制文案大全實用文檔填報說明1、申報書適用于人工智能四川省重點實驗室資助自然科學研究項目；2、封面“項目類別”只能選填一種，在該項目類別前中畫“”；3、申報書填寫要求用A4 紙計算機打印。一式三份統(tǒng)一

2、報送人工智能四川省重點實驗室；4、未盡事宜，可另附材料說明。文案大全實用文檔一、目的意義和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析工業(yè)機器人誕生20 世紀 60年代 , 在 20 世紀 90 年代得到迅速發(fā)展, 是最先產(chǎn)業(yè)化的機器人技術 . 它是綜合了計算機、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術 , 是當代研究十分活躍、應用日益廣泛的領域。它的出現(xiàn)是為了適應制造業(yè)規(guī)?；a(chǎn)，解決單調(diào)、重復的體力勞動和提高生產(chǎn)質(zhì)量而代替人工作業(yè)。我國的機器人研究開發(fā)工作始于20世紀 70年代初，到現(xiàn)在已經(jīng)歷了40年的歷程。前 10 年處于研究單位自行開展研究工作狀態(tài)， 發(fā)展比較緩慢。 1985年后

3、開始列入國家有關計劃， 發(fā)展比較快。 特別是在“七五”、“八五” 、“九五” 機器人技術國家攻關、“ 863”高技術發(fā)展計劃的重點支持下，我國的機器人技術取得了重大發(fā)展。在機器人基礎技術方面：諸如機器人機構的運動學、動力學分析與綜合研究，機器人運動的控制算法及機器人編程語言的研究，機器人內(nèi)外部傳感器的研究與開發(fā)，具有多傳感器控制系統(tǒng)的研究，離線編程技術、遙控機器人的控制技術等均取得長足進展，并在實際工作中得到應用。在機器人的單元技術和基礎元部件的研究開發(fā)方面：諸如交直流伺服電機及其驅動系統(tǒng)、測速發(fā)電機、光電編碼器、液壓（氣動） 元部件、滾珠絲杠、 直線滾動導軌 、 諧波減速、 RV減速器 、十

4、字交叉滾子軸承、薄壁軸承等均開發(fā)出一些樣機或產(chǎn)品。但這些元部件距批量化生產(chǎn)還有一段距離。在機器人控制裝置的研制方面：已開發(fā)出具有雙CPU 、多 CPU 和分級分層控制的機器人控制裝置多臺，主控計算機的檔次也逐漸升級。在機器人操作機研制方面：已開發(fā)出一些先進的操作機和特種機器人，如 AGV （自動導引車），壁面爬行機器人，重復定位精度為± 0.024mm的裝配機器人，可潛入海底 6000m的水下機器人，移動機器人，移動遙控機器人，主從操作機器人等，有些已達實用化水平并用于實際工程。在機器人的應用工程方面： 目前國內(nèi)已建立了多條弧焊機器人生產(chǎn)線，裝配機器人生產(chǎn)線，噴涂生產(chǎn)線和焊裝生產(chǎn)線。

5、國內(nèi)的機器人技術研發(fā)力量已經(jīng)具備了大型機器人工程設計和實施的能力，整體性能已達到國際同類產(chǎn)品的先進水平，而整體價格僅為國外同類產(chǎn)品的三分之二甚至一半，具有很好的性能價格比和市場競爭力。國外專家預測 , 機器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計算機之后出現(xiàn)的新的大型高技術產(chǎn)業(yè)。據(jù)國際機器人聯(lián)合會（ IFR） 統(tǒng)計，世界機器人市場前景看好，從20 世紀下半葉起，世界機器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長的良好勢頭。進入90 年代，機器人產(chǎn)品發(fā)展速度加快，年增長率平均在10% 左右， 2000 年增長率上升到15% ， 21世紀初，工作在各領域的工業(yè)機器人突破100萬臺。正如 2l世紀日本創(chuàng)建機器人社會技術發(fā)展戰(zhàn)略報告指出，

6、機器人技術（RT ）與信息技術（ IT）一樣，在強化產(chǎn)業(yè)競爭力“ 方面是極為重要的戰(zhàn)略高技術領域。培育未來機器人產(chǎn)業(yè)是支撐 2l世紀日本產(chǎn)業(yè)競爭力的產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略。最近，韓國也將智能機器人作為十大戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一列入國家發(fā)展規(guī)劃，現(xiàn)正在實施中。機器人廣泛應用于各行各業(yè)。主要進行焊接、裝配、 搬運、加工、噴涂、碼垛等復雜作業(yè)。 目前， 全球現(xiàn)役工業(yè)機器人83萬臺。 過去 10年，機 器人的價格降低約80% ，現(xiàn)在繼續(xù)下降， 而歐美勞動力成本上漲了40% 。現(xiàn)役機器人的平均壽命在 10 年以上，可能高達15 年，它們還易于重新使用。由于機器人及自動化成套裝備對提高制造業(yè)自動化水平，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率、增

7、強企業(yè)市場競爭力、改善勞動條件等起到了重大的作用，加之成本大幅度低和性能的迅速提高，其增長速度較快。機器人的應用主要有兩種方式 ，一種是機器人工作單元，另一種是帶機器人的生產(chǎn)線，并且后者在國外已經(jīng)成為機器人應用的主要方式。以機器人為核心的自動化生產(chǎn)線適應了現(xiàn)代制造業(yè)多品種、少批量的柔性生產(chǎn)發(fā)展方向，具有廣闊的市場發(fā)展前景和強勁生命力，已開發(fā)出多種面向汽車、電氣機械等行業(yè)的自動化成套裝備和生產(chǎn)線產(chǎn)品。在發(fā)達國家，機器人自動化生產(chǎn)線已形成一個巨大的產(chǎn)業(yè)，年市場容量約為1000 億美元。像國際上著名公司ABB、 Comau、 KUKA、 BOSCH、 NDC、SWISSLO、村田等都是機器人自動化生

8、產(chǎn)線及物流與倉儲自動化設備的集成供應商。文案大全實用文檔二、研究方案1、 研究目標、研究內(nèi)容機器人的研究存在著兩條不同的技術路線：一條是日本和瑞典所走的“需求牽引、 技術驅動”，結合工業(yè)發(fā)展的需求，開發(fā)出一系列特定應用的機器人；另一條是把機器人作為研究人工智能的載體， 即單純從技術上模擬人和動物的某些功能，研究有關職能的問題和智能機器人。工業(yè)檢測機器人要想走向實用，必須擁有勝任的運動系統(tǒng)、可靠的導航系統(tǒng)、精確的感知能力和具有即安全友友好地與人一起工作的能力。工業(yè)檢測機器人的智能指標為自主性、適應性和交互性。本課題為滿足工業(yè)檢測機器人對工作性質(zhì)和環(huán)境的要求，將主要進行機器人精確定位和檢測技術方向

9、研究，并朝著智能化和多樣化方向發(fā)展。目前主要研究內(nèi)容集中在以下幾個方面：1、機器人檢測技術：重點研究開放式，模塊化檢測系統(tǒng)，人機界面更加友好，語言、圖形編程界面正在研制之中。機器人控制器的標準化和網(wǎng)絡化，以及基于PC 機網(wǎng)絡式控制器已成為研究熱點。 編程技術除進一步提高在線編程的可操作性之外， 離線編程的實用化將成為研究重點。2、多傳感系統(tǒng)： 為進一步提高機器人的智能和適應性，多種傳感器的使用是其問題解決的關鍵。其研究熱點在于有效可行的多傳感器融合算法，特別是在非線性及非平穩(wěn)、非正態(tài)分布的情形下的多傳感器融合算法。另一問題就是傳感系統(tǒng)的實用化。3、為能夠實現(xiàn)工業(yè)檢測機器人的結構靈巧，應使整體工

10、業(yè)檢測機器人控制系統(tǒng)小型化，并提高其抗干擾能力；4、機器人遙控及監(jiān)控技術，機器人半自主和自主技術，多機器人和操作者之間的協(xié)調(diào)控制，通過網(wǎng)絡建立大范圍內(nèi)的機器人遙控系統(tǒng)，在有時延的情況下，建立預先顯示進行遙控等；5、由于機器人的工作環(huán)境復雜，一般的定位設備無法精確跟蹤；設備是上安裝的里程輪等存在誤差較大， 有時還存在打滑現(xiàn)象，這邊為數(shù)據(jù)分析帶來較大誤差。因此應對機器人精確定位進行研究。文案大全實用文檔2、擬采取的研究方法、技術路線和試驗方案機器人是最典型的機電一體化數(shù)字化裝備, 技術附加值很高，應用范圍很廣, 作為先進制造業(yè)的支撐技術和信息化社會的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起越來越重要的作

11、用。但是我國目前在工業(yè)檢測機器人的研究上還處于比較落后的狀態(tài)，這對我國的工業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)非常不利，所以工業(yè)檢測機器人的研究對于工業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)就尤為重要了。本項目主要研究工業(yè)檢測機器人的控制與相關檢測部分，并且通過實驗平臺，對控制系統(tǒng)的硬件及軟件測試，檢測其是否滿足檢測機器人的工作要求。其具體的研究方法與技術路線內(nèi)容如下：一、研究方法與技術路線1、選用多種傳感器并將其信息融合到該系統(tǒng)中，利用相關智能算法與數(shù)據(jù)處理技術得出需求信息；2、選用更適用于工業(yè)檢測環(huán)境檢測定位的慣性導航定位方法，它的特性是自主性、獨立性完成導航定位。 通過捷聯(lián)導航理論和卡爾曼濾波理論的研究利用理論與實驗并重的雙重研究方法，在

12、可靠性理論及完整性實驗的基礎上為工業(yè)檢測導航定位提供可靠性很高的參考價值；3、工業(yè)檢測移動機器人系統(tǒng)中將各種信號經(jīng)傳感器采集數(shù)據(jù)后，需要進行相關數(shù)據(jù)處理。本系統(tǒng)將采用專用采集卡對多路信號進行模數(shù)轉換，并將所采集數(shù)據(jù)進行一些必要的濾波降噪后，送給數(shù)據(jù)處理單元進行數(shù)據(jù)處理；其該原理框圖如下：傳感器信號采集信號預處理信息提取4、將模糊控制技術、基于神經(jīng)網(wǎng)絡PID 等控制技術應用到工業(yè)檢測機器人的軌跡跟蹤中，并對其控制性能進行研究與比較；5、本課題將采用嵌入式控制系統(tǒng)對各種數(shù)據(jù)進行采集與處理，并用其控制器工業(yè)檢測機器人的運動軌跡。該系統(tǒng)將采用作為主控制器，并將DSP應用到該機器人測控系統(tǒng)中用于數(shù)據(jù)處理

13、。6、將測控系統(tǒng)將數(shù)據(jù)無線通訊技術運用到工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)中，以便實現(xiàn)遠距離通訊與控制；7、針對工業(yè)機器人所采集的數(shù)據(jù)與環(huán)境特征，利用matlab 來進行數(shù)據(jù)在分析和處理，以便得到優(yōu)化的程序與智能算法；為后續(xù)數(shù)據(jù)處理打下基礎在實際運用中可將下位機發(fā)送來文案大全實用文檔的數(shù)據(jù)通過VC和 matlab 混合編程的程序來完成上位機的數(shù)據(jù)處理，以便減輕下位機的運算量。二、本課題實驗主要測試以下內(nèi)容：1、分別測試控制系統(tǒng)的硬件及軟件工作情況；2、測試檢測機器人控制系統(tǒng)能否滿足檢測要求。三、實驗方法1、分別檢測控制系統(tǒng)的硬件及軟件工作情況；2 、測試檢測機器人的遠程遙控及數(shù)據(jù)采集工作；3 、對檢測機器人

14、是否能夠按正確路線行走進行測試及調(diào)試；4 、對檢測機器人的硬件穩(wěn)定性和抗干擾能力進行測試；5 、模擬現(xiàn)場環(huán)境及檢測要求對檢測機器人性能進行實驗分析。3、項目實施進度安排及預期目標項目實施進度 :2013年 10月至 2014年3月 : 進行理論上的研究和技術準備。2014年 4月至 2014年 12月 : 進行實物研發(fā)及調(diào)試。2015年 6月至 2015年 10月，結題準備，申請鑒定。預期目標：使得研發(fā)出的檢測機器人實，技術達到國內(nèi)先進水平，并且有良好的可操作性、穩(wěn)定性、和易用性、并且爭取到達工業(yè)級水平。文案大全實用文檔4、本項目的特色與創(chuàng)新之處項目涉及到機械、電子、控制、計算機、人工智能、傳

15、感器、通訊與網(wǎng)絡等多個學科和領域，是多種高新技術發(fā)展成果的綜合集成。其標準化、模塊化、網(wǎng)絡化和智能化的程度高，功能強。本項目包含了無線遠程控制技術，機器視覺，現(xiàn)代人工智能控制技術等創(chuàng)新與特色之處，填補了國內(nèi)工業(yè)檢測機器人技術的空白，能夠使得自主檢測機器人技術能夠運用到我國工業(yè)生產(chǎn)缺陷檢測中來。文案大全實用文檔三、最終成果形式及成果預期水平最終成果形式：（1）、公開的高水平期刊上發(fā)表23 篇學術論文；（ 2）、指導碩士研究生 2 名，本科畢業(yè)生 6 名；（ 3）、提供具有國內(nèi)先進水平檢測機器人原理樣機系統(tǒng)一套，可滿足試驗研究要求；（ 4）、確定適宜的設計資料及實物；（ 5）、在條件成熟時，申報國

16、家級專利；（ 6）、成果預期水平：達到國內(nèi)先進。四、成果轉化措施及社會、經(jīng)濟效益分析（限應用型項目填寫）我國近幾年與機器人技術有關的產(chǎn)品已經(jīng)不斷出現(xiàn)，并給用戶帶來顯著效益。隨著我國工業(yè)企業(yè)自動化水平的不斷提高，應用到機器人技術的市場也會越來越大，并且逐漸成為自動化生產(chǎn)的主要方式。 我國機器人自動化生產(chǎn)裝備的市場剛剛起步，而國內(nèi)裝備制造業(yè)正處于由傳統(tǒng)裝備向先進制造裝備轉型的時期，這就給機器人自動化生產(chǎn)技術研究開發(fā)者帶來巨大商機。據(jù)預測，目前我國僅汽車行業(yè)、電子和家電行業(yè)、煙草行業(yè)、新能源電池行業(yè)等，年需求此類自動化線就達 600 多條，產(chǎn)值約為120 多億元人民幣。在2012 年左右需求此類自動

17、化生產(chǎn)技術達到1600條。據(jù)初步測算，2013 年僅僅汽車制造業(yè)的需求市場容量將達到800 多億元人民幣。項目最終成果可以很好的運用在自動化生產(chǎn)裝備中，并且其先進性，可靠性， 易用性，將會使得項目最終產(chǎn)品很快的得到推廣，并且產(chǎn)生經(jīng)濟效用。文案大全實用文檔五、現(xiàn)有工作基礎和條件1、 與項目有關的前期研究狀況1 ）主持人任副教授以來，一直從事于管道工業(yè)各種現(xiàn)場參數(shù)的檢測工作，并進行了有較深入的研究，為研究本項目奠定了較扎實的理論基礎和較強的科研能力。2) 主持人多年來始終關注測控技術事業(yè)，在機器人控制和機器視覺檢測方面的研究工作，取得一定的進展；3 ）目前已對機器視覺與遠程無線數(shù)據(jù)傳輸展開研究，并

18、取得階段性成果，現(xiàn)已能通過無線網(wǎng)絡進行視覺信號的傳遞與處理；4) 本組成員具有豐富的科研經(jīng)驗，學科交叉，協(xié)作能力強，承擔地市級項目多項。其中，主要成員中田建平、胡勇教授在機器人結構設計與調(diào)試等方面有較強能力，所在科研團隊為有較強的電路制作與研發(fā)能力。2、 現(xiàn)有研究條件，尚缺少的實驗條件和解決途徑本校機械工程學院測控系與四川大學測控系所具有較好的試驗條件和較強的實力，并且本人所在的校級科研團隊現(xiàn)有一些行走機器人和相關的檢測儀器，該團隊具有各種電路的研發(fā)能力和數(shù)據(jù)處理能力。尚缺少的試驗條件及解決途徑：1 ）、相關電路的制作設備：自行設計，在外加工2 ）、試驗所需材料：外購3 ）、高頻信號測試儀、電路制作設備：外購文案大全實用文檔六、項目負責人承擔的其它研究項目項目來源項目名稱起止年月負責進展或或參加完成情況軍工項目機載質(zhì)量流量計研究2006.92009.7負責結題橫向項目螺釘分選機機器視覺系統(tǒng)開發(fā)2008.32008.12主研結題四川省過程基于機器視覺流體微小流量測裝備與控制2010.62014.6.負責在研量系統(tǒng)研究重點試驗室四川省過程移動破碎站液壓自動控制系統(tǒng)裝備