力触觉临场感机器人关键技术..doc

2016年教育部推荐项目公示材料（发明奖（含专利类）、发明奖-直报类） 1、 项目名称：力触觉临场感机器人关键技术2、 推荐奖种：高等学校技术发明奖3、 推荐单位（专家）东南大学4、 项目简介人机交互机器人是当前各发达国家竞相发展的高技术，它将人的知识智慧与机器人的适应性相结合，通过人与机器人之间控制与感知信息的交互，实现对机器人带感觉的远程控制，从而完成各种未知或危险环境中复杂的作业任务。随着人机交互机器人在空间探测、海洋开发、远程制造、助老助残康复等领域的应用，力触觉临场感成为人机交互机器人技术的核心。本项目针对力触觉临场感机器人的运动跟踪、力反馈与触觉再现、大时延力控制、临场感人机交互界面设计等关键技术，在4项国家863高技术项目、5项国家自然科学基金项目，以及921载人航天项目等13项重要课题的资助下，经过十多年系统深入的研究，突破了多项核心技术，研制成功力触觉临场感机器人的关键设备，并在多个重要领域得到成功应用。本项目的创新与技术发明：（1）提出了结合运动神经电信号、光纤传感和惯性器件相结合的人手位姿检测与运动实时跟踪方法，实现了人手关节运动与手部运动的高精度检测与跟踪，发明了具有力触觉感知的肌电控制假肢；（2）提出了一种基于磁流变液控制的无源力觉再现方法，发明了小型磁流变力反馈执行器，可实现大于20Nm的力矩反馈，解决了大量程力反馈人机交互设备的体积大与不安全问题，实现了大量程力触觉人机交互设备的小型化与安全化。（3）提出了一种基于并联机构的机器人六自由度力反馈手控器设计方法，从机构本身解决了力反馈手控器三维平动和三维转动之间运动与力的耦合干扰问题，六维运动位置测量精度达1%F.S.，力反馈精度达2%F.S.。（4）针对力反馈遥操作机器人在双边通讯环节上存在的大时延造成的不稳定问题，提出了自适应阻抗匹配无源控制算法和基于虚拟预测环境建模的控制算法，通过在线辨识和滚动修正机器人环境的动力学模型，解决了大时延情况下力反馈遥操作机器人稳定性和操作性问题。（5）提出了力触觉临场感的定量评价方法，利用操作者端的感知阻抗与机器人端的环境阻抗的频域幅相差异，定量评价临场感系统的透明性，提出了基于透明性评价的多感知人机交互界面设计方法，给出了分布式力触觉交互的快速计算算法，解决了力触觉感知与视觉感知的协调同步问题，实现了具有力触觉临场感的机器人遥操作。本项目获发明专利授权32项、计算机软件著作权5项。发表论文166篇，其中SCI收录65篇，EI收录112篇，论文被他引1500多次，其中SCI他引456次。相关成果曾获2010年国家知识产权局中国专利优秀奖、2013年日内瓦国际发明金奖、2016年日内瓦国际发明银奖等。本成果不仅在我国载人航天与探月工程中得到应用，而且还在助老助残康复、特种机器人、智能工程机械等重要领域得到应用或产业化，取得了重大的社会效益和经济效益。5、 推广应用情况本成果不仅在我国载人航天与探月工程中得到应用，而且还在助老助残康复、特种机器人、智能工程机械等重要领域得到应用或产业化，取得了重大的社会效益和经济效益，近三年新增产值8亿元，新增利税超过2亿元。6、 曾获科技奖励情况获奖项目名称获奖时间奖项名称奖励等级主要获奖人授奖单位6自由度通用型异构式机器人手控器 2010-11-20 中国专利奖 优秀奖 宋爱国，黄惟一，崔建伟，李建清，周龙江等国家知识产权局 用于遥操作和虚拟操作的力感知手控器 2012-04-20 日内瓦国际发明奖 金奖 宋爱国，崔建伟，曹寅，朱澄澄日内瓦国际发明奖评审委员会 具有力触觉感知的智能肌电假手2016-04-20 日内瓦国际发明奖 银奖 宋爱国，吴常铖、朱澄澄、李会军日内瓦国际发明奖评审委员会7、主要知识产权证明目录：序号知识产权类别知识产权具体名称授权号1授权发明专利力反馈数据手套的力反馈装置ZL200410065580.92授权发明专利数字式全隔离肌电信号放大降噪方法及其装置ZL200610039858.43授权发明专利穿戴式指端无源力觉再现装置ZL200810022483.X4授权发明专利三自由度力觉感知手控器ZL200810022840.25授权发明专利测量脉搏的PVDF阵列触觉传感器ZL200810243318.76授权发明专利力反馈手控器的高精度低惯性直线位移机构ZL200910028169.77授权发明专利柔性触觉再现装置中的非接触式位置测量装置及测量方法ZL200910028170.X8授权发明专利基于从图象灰度恢复形状技术的纹理力触觉再现方法ZL200910033323.X9授权发明专利一种用于虚拟现实人机交互的增强力触觉建模方法ZL200910031935.510授权发明专利基于肌电控制机械假手的力触觉反馈及力度控制方法ZL200910263389.88、主要完成人情况表。姓名职称学校排名曾获国家科技奖励情况对本项目技术创造性贡献宋爱国教授东南大学1无担任技术负责人提出并实施了总体设计方案。对技术发明点1、2、3、5作出创造性贡献。28项发明专利的第一发明人，3项发明专利的主要完成人。李会军副教授东南大学2无提出了基于虚拟预测环境建模的控制技术。对技术发明点2和3作出了创造性贡献。21项发明专利的主要完成人。宋光明教授东南大学3无提出了力触觉临场感机器人的多感知人机交互界面设计方法。对技术发明点3和4作出了创造性贡献。4项发明专利的主要完成人。崔建伟副教授东南大学4无提出了一种基于并联机构的机器人六自由度力反馈手控器设计方法。对技术发明点1和2作出创造性贡献。5项发明专利的主要完成人。李建清教授东南大学5无参与完成了大量程力触觉人机交互设备的小型化与安全化工作。对技术发明点1作出了创造性贡献。3项发明专利的主要完成人。徐宝国副教授东南大学6无参与解决了力反馈遥操作机器人稳定性和操作性问题。对技术发明点3作出创造性贡献。2项发明专利的主要完成人。吴剑锋副教授东南大学7无参与完成了六自由度力反馈手控器的设计工作。对技术发明点2作出创造性贡献。2项发明专利的主要完成人。卢伟副教授东南大学8无参与完成了力触觉临场感机器人的多感知人机交互界面设计工作。对技术发明点4作出创造性贡献。1项发明专利的主要完成人。曾洪副教授东南大学9无参与解决了力反馈遥操作机器人稳定性和操作性问题。对技术发明点3作出创造性贡献。1项发明专利的主要完成人。