1.肌電傳感器項(xiàng)目設(shè)計(jì)需求介紹

1、1.肌電傳感器項(xiàng)目設(shè)計(jì)需求介紹基于生理信號(hào)（腦電、肌電）、慣性系統(tǒng)等多源信息融合的人機(jī)交互應(yīng)用與研究，越來越成為康復(fù)、助殘等服務(wù)型機(jī)器人領(lǐng)域的研究趨勢(shì)與熱點(diǎn)問題。但是其中的關(guān)鍵性技術(shù)，如肌電信號(hào)傳感器，嚴(yán)重制約著康復(fù)機(jī)器人的普及應(yīng)用，因此提出對(duì)肌電信號(hào)傳感器設(shè)計(jì)的需求。 2.功能性電刺激系統(tǒng)項(xiàng)目功能性電刺激（functional electrical stimulation，F(xiàn)ES）作為一種神經(jīng)接口技術(shù)，因其操作簡(jiǎn)單、對(duì)患者損傷小，而成為目前康復(fù)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。可通過預(yù)先設(shè)定的程序來刺激一組或多組肌肉，誘發(fā)肌肉運(yùn)動(dòng)或模擬正常的自主運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到改善或恢復(fù)被刺激肌肉或肌群功能的目的。而目前的大

2、多數(shù)FES康復(fù)系統(tǒng)尚存在智能化低，便攜性差等缺點(diǎn)，無法達(dá)到精準(zhǔn)有效康復(fù)效果。因此，提出了功能性電刺激系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求。3.腔鏡手術(shù)機(jī)器人的精準(zhǔn)控制方法研究危害人類健康的疾病多發(fā)生在人體腔道內(nèi)，臨床中醫(yī)生通常借助于內(nèi)窺鏡，在可視條件下完成抓取、切割、縫合等手術(shù)操作，達(dá)到疾病治療的目的。由于這些臨床操作的對(duì)象是人體組織，具有高風(fēng)險(xiǎn)性，因此對(duì)于操作精度要求很高。本項(xiàng)目將在研究組腔鏡手術(shù)機(jī)器人的系統(tǒng)平臺(tái)上，研究主從式手術(shù)機(jī)器人的精準(zhǔn)控制方法，具體包括：研究主端人機(jī)交互設(shè)備與從端腔鏡手術(shù)機(jī)器人工作空間及自由度的映射方法，實(shí)現(xiàn)主從端異構(gòu)條件下的操作指令傳遞；研究縫合、打結(jié)等手術(shù)任務(wù)的空間軌跡描述方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)

3、手術(shù)操作的分解與表達(dá)；研究腔鏡手術(shù)機(jī)器人的精準(zhǔn)實(shí)時(shí)控制方法，保證手術(shù)機(jī)器人定位準(zhǔn)確且具有高的時(shí)效性。通過本項(xiàng)目的研究，能夠讓項(xiàng)目承擔(dān)人熟悉和掌握腔鏡手術(shù)機(jī)器人控制的整體框架，并在此基礎(chǔ)上能夠針對(duì)特定的手術(shù)任務(wù)深入分析和研究精準(zhǔn)控制的實(shí)現(xiàn)方法。4.移動(dòng)機(jī)器人智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 路徑規(guī)劃研究是機(jī)器人研究領(lǐng)域中的一個(gè)重要分支，也是機(jī)器人導(dǎo)航中最重要的任務(wù)之一。針對(duì)二維環(huán)境下的機(jī)器人的軌跡規(guī)劃問題，項(xiàng)目擬提出一種基于動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)基元（DMPs）的路徑規(guī)劃方法，并利用該方法對(duì)機(jī)械臂的末端軌跡進(jìn)行控制。其主要思想是利用一個(gè)指定的、穩(wěn)定行為的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)與加入的其它項(xiàng)來使得其能夠跟蹤一些感興趣的軌跡。具體的研究思路如

4、下：首先通過示教的方法，提供機(jī)械臂的想要的運(yùn)動(dòng)軌跡，并將其作為DMPs算法的學(xué)習(xí)樣本。在此基礎(chǔ)上，通過參數(shù)優(yōu)化方法，訓(xùn)練獲得DMPs算法的模型參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)路徑跟蹤。本項(xiàng)目擬采用帶有操作空間控制器（OSC）的三連桿臂模型作為實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)。在Python中，利用DMPs算法實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂末端書寫數(shù)字或字母的仿真，從而驗(yàn)證其可行性。5.六自由度機(jī)械臂軌跡規(guī)劃方法研究隨著社會(huì)科技水平的發(fā)展，機(jī)器人應(yīng)用水平幾乎成為了衡量一個(gè)國(guó)家自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志，而機(jī)械臂是機(jī)器人系統(tǒng)的典型代表。因此，對(duì)于機(jī)械臂的研究，變得尤為重要。針對(duì)六自由度機(jī)械臂的無障礙的運(yùn)動(dòng)軌跡的規(guī)劃，提出了與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)相關(guān)的正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的

5、方法。采用已知的實(shí)物機(jī)械臂的初始位姿和相應(yīng)的關(guān)節(jié)角及相關(guān)參數(shù)，遵循D-H法建立六自由度機(jī)械臂關(guān)節(jié)的坐標(biāo)系，建立D-H模型。建立適于該機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，通過實(shí)例仿真點(diǎn)到點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡,任意選取機(jī)械臂最終運(yùn)行的關(guān)節(jié)角，運(yùn)用Matlab軟件中的Robotics工具箱仿真方法驗(yàn)證正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方式得到的結(jié)果是否一致。通過理論推導(dǎo)得到的結(jié)果通過仿真驗(yàn)證，再通過Matlab軟件中的Robotics工具箱仿真得到相應(yīng)關(guān)節(jié)角時(shí)的機(jī)械臂的模型及相關(guān)的參數(shù)、矩陣和關(guān)節(jié)在三維空間，以及三個(gè)平面內(nèi)的工作空間，最終得出機(jī)械臂在初始點(diǎn)與終點(diǎn)之間的末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)軌跡，完成該論文。6.皮膚的太赫茲成像探測(cè)技術(shù)研究近年來

6、，由于電磁輻射增多等因素導(dǎo)致了癌癥發(fā)病率逐年攀升，其中皮膚癌等惡性腫瘤疾病對(duì)社會(huì)的危害尤為嚴(yán)重。在當(dāng)前的醫(yī)療條件下，皮膚癌的檢測(cè)主要依賴醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)和切片觀察，無法提早診斷癌變信息，導(dǎo)致了過高的死亡率，因此對(duì)皮膚癌的早期診斷是學(xué)術(shù)界的迫切需求。太赫茲成像技術(shù)是信息科學(xué)領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)。太赫茲波處于水、DNA、氨基酸等物質(zhì)的特征吸收譜內(nèi)，可以更為準(zhǔn)確的獲得這些重要生物物質(zhì)的含量變化，可望實(shí)現(xiàn)對(duì)癌變組織的提早診斷。利用太赫茲波對(duì)皮膚進(jìn)行成像探測(cè)研究,將有可能為皮膚類疾病的診治提供革命性的手段。本項(xiàng)目我們擬從皮膚樣品入手，從非侵入式檢測(cè)的需求出發(fā)，通過采用基于電子學(xué)的成像及光譜探測(cè)方法，分析皮膚組織結(jié)構(gòu)及

7、病變組織的特征尺度、物質(zhì)特性對(duì)太赫茲波的反饋響應(yīng)規(guī)律，開發(fā)皮膚的太赫茲二維高分辨成像及皮下探測(cè)技術(shù)，為未來可能的醫(yī)療應(yīng)用掃清障礙、提供新的技術(shù)手段。7.77GHz微帶天線陣列綜合與旁瓣抑制算法研究單片微波集成電路技術(shù)的發(fā)展，為傳感器射頻前端的自主研發(fā)設(shè)計(jì)提供了途徑和方法。77GHz頻段是毫米波雷達(dá)主要的工作頻段，也是民用小型化雷達(dá)發(fā)展方向。天線設(shè)計(jì)需要考慮增益、波束寬度、旁瓣電平以及輻射方向圖等性能指標(biāo)，陣列綜合與旁瓣抑制算法是天線仿真設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。本項(xiàng)目將重點(diǎn)研究最小均方誤差準(zhǔn)則的自適應(yīng)陣列綜合與旁瓣峰值控制算法，通過陣列綜合與旁瓣抑制算法使主波束指向期望方向，并使副瓣電平達(dá)到期望值。根據(jù)

8、研究成果，指導(dǎo)天線設(shè)計(jì)，并通過HFSS對(duì)天線模型進(jìn)行仿真。仿真過程中重點(diǎn)分析77GHz毫米波頻段微帶天線面波損耗、饋線損耗、雜散輻射、互耦影響等因素對(duì)天線性能的影響。本項(xiàng)目將實(shí)現(xiàn)77GHz微帶天線設(shè)計(jì)、仿真、優(yōu)化的整個(gè)過程，為開展77GHz毫米波雷達(dá)系統(tǒng)研究奠定基礎(chǔ)。8.基于視覺引導(dǎo)的機(jī)器人控制方法研究工業(yè)機(jī)器人不僅要與已知定義了的外部環(huán)境進(jìn)行交互，而且有可能面臨變化未知的外部環(huán)境。從外部環(huán)境中感知、學(xué)習(xí)和判斷是機(jī)器人智能化關(guān)鍵。在給機(jī)器人賦予視覺功能，建立機(jī)器人手眼之間的協(xié)調(diào)關(guān)系后，工業(yè)機(jī)器人可由視覺系統(tǒng)信息引導(dǎo)去完成任務(wù)，使機(jī)器人更加具有自主適應(yīng)能力。這是使機(jī)器人走向智能化的一個(gè)重要的里程

9、碑。在完成內(nèi)、外參數(shù)的標(biāo)定后，視覺系統(tǒng)可處理圖像并提取、解析圖像中的有效信息。通過手眼標(biāo)定技術(shù)可將視覺系統(tǒng)的坐標(biāo)系和機(jī)器人坐標(biāo)系建立起一定關(guān)系，這樣視覺系統(tǒng)的圖像信息完成了在機(jī)器人坐標(biāo)系中定位。標(biāo)定到機(jī)器人坐標(biāo)系的圖像坐標(biāo)信息可由總線技術(shù)通過接口傳送到工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，由此引導(dǎo)機(jī)器人完成抓取，涂膠，焊接和打磨等任務(wù)?；谝曈X引導(dǎo)的機(jī)器人定位技術(shù)的應(yīng)用可適應(yīng)柔性制造的需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同生產(chǎn)對(duì)象的適應(yīng)能力，節(jié)省了人力資源，大大地提高了裝配環(huán)節(jié)的生產(chǎn)效率。9.基于復(fù)合視覺系統(tǒng)的空間信息構(gòu)建方法研究本課題擬建立高效協(xié)調(diào)工作的單雙目復(fù)合視覺系統(tǒng)，通過雙目視覺系統(tǒng)獲取大視場(chǎng)信息并建立視場(chǎng)的三維信息模型，通

10、過單目視覺系統(tǒng)獲取目標(biāo)信息，實(shí)現(xiàn)復(fù)合視覺系統(tǒng)的空間建模?；趦蓚€(gè)位置相對(duì)固定的攝像機(jī)雙目立體視覺測(cè)量，可同時(shí)獲取場(chǎng)景圖像并計(jì)算出圖像中同名點(diǎn)的視差，通過多組相機(jī)的應(yīng)用可擬合出視場(chǎng)內(nèi)三維模型軸線的空間信息，獲得被測(cè)物體的三維立體信息?；诰€結(jié)構(gòu)光視覺測(cè)量方法的單目視覺系統(tǒng)可采集空間模型表面的二維曲線的圖像特征，通過解算獲得被測(cè)曲線的三維信息。單雙目視覺測(cè)量系統(tǒng)坐標(biāo)系的統(tǒng)一便可實(shí)現(xiàn)視場(chǎng)內(nèi)三維模型的所有特征點(diǎn)及軸線在復(fù)合視覺系統(tǒng)的定位。單雙目復(fù)合視覺系統(tǒng)的空間建模技術(shù)可被廣泛地應(yīng)用到機(jī)器人裝配及機(jī)床加工等領(lǐng)域，可完成零部件外形識(shí)別和定位，實(shí)現(xiàn)了裝配和加工過程的智能化和柔性化，提高了生產(chǎn)效率。10.工

11、件自動(dòng)識(shí)別與定位背景：主要應(yīng)用領(lǐng)域包括自動(dòng)化裝配和表面加工。比如，裝配之前需要視覺系統(tǒng)先識(shí)別和定位工件，然后機(jī)器人執(zhí)行抓取和放置動(dòng)作。又如，自動(dòng)化噴涂之前，也需要先識(shí)別工件的型號(hào)，并給出姿態(tài)信息。此外，該技術(shù)還可以推廣應(yīng)用到服務(wù)機(jī)器人。簡(jiǎn)單地講，3D工件識(shí)別與定位是工業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)之一，也是許多智能裝配需要突破的關(guān)鍵技術(shù)，非常重要?，F(xiàn)狀：目前，關(guān)于3D目標(biāo)識(shí)別與定位(Object recognition and pose estimation)的研究非常廣泛，有大量的文獻(xiàn)出版。但是，該問題始終沒有得到較好的解決，特別得在工業(yè)應(yīng)用方面，還存在許多實(shí)際問題，比如魯棒性、精度、效率等。要求：要求

12、采用微軟的kinect傳感器獲取工件的深度信息，通過與工件的3D CAD數(shù)模進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)工件的識(shí)別與定位。編程語(yǔ)言要求采用C/C+語(yǔ)言。編程軟件可以使用Visual C+ 2010或者2008。再與OpenCV和Point Cloud Library等工具包配合使用。也可以使用Matlab軟件進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)。識(shí)別率達(dá)到95%以上。11.機(jī)器人化裝備技術(shù)近年來，隨著裝備制造業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)裝備制造過程自動(dòng)化提出了越來越高的要求。尤其是在高鐵機(jī)車和飛機(jī)等大型裝備的裝配制造過程中，需要對(duì)許多大型零部件進(jìn)行快速準(zhǔn)確的吊裝。目前對(duì)大件的吊裝主要采用橋式起重機(jī)，該裝備用于大件裝配主要存在以下問題：吊裝穩(wěn)定

13、性差，難于準(zhǔn)確定位；吊裝速度慢，難于消除吊運(yùn)過程的工件慣性影響；主要依靠人工操作，難于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)?；诓⒙?lián)柔索的吊裝機(jī)器人屬于機(jī)器人化裝備，具備了機(jī)器人的作業(yè)精度高、作業(yè)速度快及易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)等特點(diǎn)，在大件自動(dòng)化裝配領(lǐng)域有著很好的應(yīng)用前景。在過去的20多年中，以美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）為代表的多家機(jī)構(gòu)已經(jīng)開始嘗試將該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于重在吊運(yùn)，但是受限于行業(yè)需求的迫切性不夠強(qiáng)烈和該類機(jī)器人對(duì)大基座空間的需求，該項(xiàng)技術(shù)在制造業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域還沒有較為成熟的應(yīng)用實(shí)例。因此，本項(xiàng)目面向我國(guó)提升裝備制造業(yè)能力的背景，針對(duì)大型裝備裝配制造過程自動(dòng)化需求，提出研制基于并聯(lián)柔索吊裝機(jī)器人技術(shù)的課題。

14、擬通過機(jī)構(gòu)構(gòu)型的研究與設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)小基座尺度的較大范圍六自由度運(yùn)動(dòng)能力；擬通過關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高機(jī)器人的結(jié)構(gòu)精度，實(shí)現(xiàn)高精度作業(yè)。12.彩色3D打印機(jī)軟件項(xiàng)目針對(duì)教育、文化創(chuàng)意、消費(fèi)品等領(lǐng)域的需求，基于目前廣泛應(yīng)用的低成本的熔融沉積成型技術(shù)（FDM），融合軟件開發(fā)技術(shù)，開發(fā)自調(diào)整智能控制，全彩色分層切片與底層控制，高色彩表面吸附材料等關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)一種適用于多材質(zhì)、智能化的低成本FDM全彩色3D打印機(jī)軟件。研究?jī)?nèi)容：軟件：研制1套全彩分層切片軟件，支持多種掃描軌跡填充策略，具有常規(guī)軟件相當(dāng)?shù)挠?jì)算效率；1套底層控制軟件，具有全彩切片文件解析算法和控制算法。13.離網(wǎng)型中小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)智能控制器本

15、項(xiàng)目是研制針對(duì)離網(wǎng)型中小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的智能控制器，攻克基于復(fù)雜風(fēng)速環(huán)境下的能量流動(dòng)管理，最優(yōu)功率跟蹤、儲(chǔ)能裝置評(píng)估與均衡充電等關(guān)鍵技術(shù)，彌補(bǔ)現(xiàn)有控制器能量轉(zhuǎn)換效率與適用性不足。該控制系統(tǒng)將應(yīng)用新型智能微電網(wǎng)技術(shù)的研制中，為清潔能源的收集利用提供重要科研裝備，并為清潔能源的高效利用提供重要技術(shù)支撐。主要應(yīng)用于邊防連隊(duì)、哨所、海島駐軍、漁民牧民、地處野外高山的微波站、公路、鐵路無電小站等不便鋪設(shè)或接入大規(guī)模電力系統(tǒng)的地區(qū)。項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容：千瓦級(jí)充電控制器硬件電路設(shè)計(jì)與開發(fā)；蓄電池SOC（電池剩余電量）估計(jì)與均衡充電方法研究；復(fù)雜風(fēng)速環(huán)境下的MPPT（最大功率跟蹤）算法研究；離網(wǎng)型風(fēng)電能源系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、

16、管理軟件開發(fā)。14.基于深度學(xué)習(xí)的智能裝備核心組件壽命預(yù)測(cè)當(dāng)前的生產(chǎn)設(shè)備無論可靠性和自動(dòng)化程度有多高，都會(huì)出現(xiàn)性能衰退乃至故障狀況，給企業(yè)生產(chǎn)造成負(fù)面影響。因此，“生產(chǎn)設(shè)備健康狀態(tài)的透明化管理問題”是未來智能工廠所要著重解決的關(guān)鍵問題，其目標(biāo)是在工廠運(yùn)行過程中持續(xù)監(jiān)測(cè)每個(gè)關(guān)鍵設(shè)備/組件的健康狀況，并以此為基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)備維護(hù)工作，進(jìn)而避免災(zāi)難性的、代價(jià)高昂的設(shè)備意外停機(jī)事件。電機(jī)是智能裝備（如工業(yè)機(jī)器人等）中的核心部件，本項(xiàng)目重點(diǎn)針對(duì)電機(jī)定子繞組絕緣退化監(jiān)測(cè)問題展開研究：運(yùn)用加速老化實(shí)驗(yàn)獲取具有不同老化狀態(tài)的樣品；通過光學(xué)顯微鏡獲取樣品外觀圖像；利用基于深度學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)視覺算法，通過數(shù)據(jù)預(yù)處理、深

17、度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、有監(jiān)督學(xué)習(xí)等具體方法，能夠有效分析并反映繞組健康狀況的退化特征；結(jié)合電子參數(shù)測(cè)量結(jié)果預(yù)測(cè)繞組剩余壽命。在本項(xiàng)目的實(shí)施過程中，學(xué)生有機(jī)會(huì)學(xué)習(xí)光學(xué)顯微鏡、高精度阻抗分析儀等高端儀器設(shè)備的操作方法；了解產(chǎn)品加速老化實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析方法；并運(yùn)用當(dāng)前人工智能領(lǐng)域最前沿的方法深度學(xué)習(xí)理論解決實(shí)際工程問題，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和科研探索精神有較大促進(jìn)意義。15.混合型仿生水下機(jī)器人本項(xiàng)目旨在開發(fā)一種結(jié)合了仿生水下機(jī)器人和水下滑翔機(jī)的小型混合型仿生水下機(jī)器人，包含兩套推進(jìn)系統(tǒng)，分別是受生物啟發(fā)的撲翼推進(jìn)系統(tǒng)和基于浮力調(diào)節(jié)的水下滑翔機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)。自然界中的生物為科學(xué)家提供了很多靈感

18、，因此仿生學(xué)成為當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。撲翼推進(jìn)系統(tǒng)受到自然界中的魚類，包括蝠鲼，鰩魚等的啟發(fā)，采取仿生的思路開發(fā)和設(shè)計(jì)，通過控制翅膀的起伏驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。這種推進(jìn)方式機(jī)動(dòng)靈活，但是能耗較高。水下滑翔機(jī)是水下機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱門，中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所開發(fā)的“海翼”系列滑翔機(jī)受到習(xí)近平主席表?yè)P(yáng)。水下滑翔機(jī)的推進(jìn)方式通過調(diào)節(jié)機(jī)器人的浮力和重心實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，具有能耗低的特點(diǎn)，但是速度慢，機(jī)動(dòng)性差。本項(xiàng)目探索開發(fā)一種微型水下機(jī)器人，將兩種推進(jìn)方式相結(jié)合，使機(jī)器人兼具高機(jī)動(dòng)性和低功耗的特點(diǎn)。本項(xiàng)目所研究?jī)?nèi)容涉及到多項(xiàng)前沿?zé)衢T學(xué)科，包括人工智能，強(qiáng)化學(xué)習(xí)，圖像處理，3D打印加工技術(shù)等高新技術(shù)領(lǐng)域。同時(shí)有助于實(shí)際鍛煉