代表性研究成果_仿生机器人与系统教育部重点实验室

　　代表性研究成果简介

　　序号

　　成果名称

　　成果形式

　　第一完成

　　单位

　　实验室参加人员姓名(排名)

　　成果产生年度

　　面向复杂环境适应的仿人机器人

　　教育部技术发明一等奖、样机、论文、专利

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　　黄强、余张国、张伟民、陈学超、高峻峣

　　2013-2017

　　简要介绍代表性研究成果的主要内容、实验室人员在其中的主要创新贡献以及成果的国内外学术影响。（600字以内）

　　仿人机器人是国际前沿、多学科交叉、高显示度的智能机器人代表，是机器人基础理论与关键技术的高端研究平台。面向国家公共安全、国防等重大战略需求，针对目前国际上仿人机器人摔倒后不能继续工作，不能根据环境进行行走、爬行、摔倒保护等运动模态的自主转换，从而难以适应复杂环境的问题，在国家863计划、国家自然科学基金、军委科技委等重点项目的支持下，发明了基于人体“摔滚走爬”运动机理的仿人机器人多模态运动及转换规划方法；首创了空间和时间维度的运动相似性评价函数，解决了多自由度机器人拟人化复杂运动求解难题。发明了快速传感反射平衡控制方法，解决了在环境突发扰动时快速平衡控制难题。发明了仿生功能单元与系统性能匹配方法，实现仿人机器人结构、功能、性能上的精确匹配，提高了系统集成度、可靠性、运动灵活性。

　　研制了国际上首个“摔滚走爬”多模态运动于一体的仿人机器人，整体处于国际先进水平，形成从关键技术、核心功能部件到系统的自主知识产权群，获授权发明专利21项，在IEEE汇刊等国际期刊发表高水平SCI论文20余篇，获教育部技术发明奖一等奖（已通过国家技术发明二等奖初评）。获国际学术论文奖3次，黄强教授当选IEEE Fellow（仿人机器人领域全球第三位，大陆机器人领域首位）。研制的仿人机器人入选国家重大科技成就展、国家“砥砺奋进的五年”大型成就展，取得了良好的社会效益。

　　教育部技术发明奖证书1项

　　优秀论文奖证书3项

　　代表性论文3篇

　　代表性发明专利证书3项

　　序号

　　成果名称

　　成果形式

　　第一完成

　　单位

　　实验室参加人员姓名(排名)

　　成果产生年度

　　机器人化的细胞三维微结构组装

　　论文、论文奖

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　　福田敏男、新井健生、石青、王化平、孙韬

　　2013-2017

　　人体组织器官的衰竭和缺失是目前威胁人类健康的最主要疾病之一，针对其治疗手段主要是通过器官移植，但由于器官供体来源及其有限，免疫排斥大等问题，导致很多患者失去了宝贵的治疗机会的问题。针对这一问题，开展基于跨尺度微纳操作机器人系统协同操作组装方法的研究。利用组织工程中“底层到顶层”细胞三维组装理论，开发具有替代人体器官功能的人工组织。解决由于组装过程与机器人结合度低，目前人工组织还无法仿生模拟器官内部精密的微观结构的科学难题。所设计的机器人系统使用微探针作为末端执行器，可通过自动化的重复单步按压式操作，在基于水平集与粒子滤波算法的视觉辅助跟踪下，可实现三维细胞微结构的自动化组装。基于该方法，团队在世界上首次实现了200微米直径微血管的机器人化构建。

　　项目团队先后于IEEE Trans系列汇刊、ACS Applied Materials & Interfaces等国际知名期刊发表SCI论文17篇，在IEEE ICRA等机器人领域著名国际会议中获优秀论文/提名奖5项，多次应邀在IEEE国际会议做特邀报告，得到国际同行高度认可。同时，由于在微纳操作中的卓越贡献，团队负责人福田敏男教授获2014年中国政府“友谊奖”，并于2017年当选中国科学院外籍院士。团队在技术发明、系统集成与应用示范等方面取得了一定的研究成果，形成了具有自主知识产权的系列核心关键技术，研发了一套基于导轨混合驱动的模块化微纳操作机器人系统，该机器人系统作为我国先进医疗机器人的代表获央视CCTV新闻报道。

　　代表性论文5篇

　　代表性论文奖5项

序号	成果名称	成果形式	第一完成　　单位		实验室参加人员姓名(排名)		成果产生年度
3	人工双向神经接口技术	国家自然科学基金重大科研仪器研制项目、论文、专利	bob手机在线登陆		何际平、吴景龙、汤戎昱		2015-2017
神经接口是人体神经系统与机器之间信息直接交互的国际前沿人机接口技术，被认为是能够实现真正意义上“人体感官和肢体延伸”的下一代人/机器人融合接口技术。实验室引进美国亚利桑那大学、日本早稻田大学、电气通讯大学的专家，组建研究团队开展联合攻关。攻克了人工神经束的体外定向构建培育和猕猴大脑神经接口的长期植入控制难关；研发出双向全植入式无线外周神经接口系统（NeuroBITs），研发成功了触觉感知脑功能拓扑图测量仪和基于神经反馈训练的可穿戴阿尔茨海默病干预系统等神经疾病诊断和干预设备；在神经接口解析和控制方面，实现了猕猴大脑皮层运动意图的解码和机械臂的猕猴脑实时控制，研制出了一系列初步产品化的神经接口智能假肢系统。　　以上成果在IEEE Trans系列汇刊、Oncotarget等国际知名期刊上发表SCI论文20余篇，在IEEE IROS、IEEE CBS等机器人领域著名国际会议中获优秀论文3项。何际平教授获科学中国人2016年度人物奖，多次应邀在IEEE等国际会议做特邀报告，得到国际同行高度认可。研究获得了国家自然科学基金国家重大科研仪器研制项目、国家自然科学基金重点项目、国家科技部重点研发计划等国家重大项目支持。以上成果为基于人工双向神经接口的人/机器人融合接口技术全面突破打下了坚实的基础，将对人工智能、脑机交互、人/机器人融合、神经疾病等领域产生重要影响。　　代表性论文7篇　　代表性论文奖3项
序号	成果名称	成果形式	第一完成　　单位		实验室参加人员姓名(排名)		成果产生年度
4	分布式系统的协同控制与优化	国家自然科学二等奖	bob手机在线登陆		方浩、辛斌		2013-2017
在弱交互信息条件下的陆用自主机器人系统的分布式协同控制，陆用自主机器人的滑移扰动在线辨识与补偿控制，基于区间分析的陆用自主机器人机构的多目标约束优化设计三方面开展研究，解决分布式系统的协同控制与优化问题。针对敌我对抗、通信受限条件，提出了弱交互信息条件下的分布式协同控制理论与方法，保证了协同控制拓扑链路的无缝链接，在某系统一体化重点型号项目中得到成功应用。针对复杂地形地貌造成侧翻、失控等问题，提出了时变扰动在线估计与补偿控制策略，实现了复杂地形条件下的高精度自主控制，在轮式指挥车重点型号项目中得到成功应用。针对特种任务执行机构的多目标设计问题，提出了以区间运算和差分进化为核心的多阶段优化方法，得到能够同时满足多设计要求的优化解，在陆用某防空武器系统中得到成功应用。　　结合我国陆用自主机器人协同的实际需求，先后解决了某作战指挥系统关键技术，某设计、抑制与预测试系统两项工程技术问题，并在轮式指挥车、某防空武器等重点型号项目中得到成功应用，毁伤概率提高12%，实现了区域观测与现地勘察、快速协同侦察与指挥，推动陆用武器平台信息化发展，大幅度提升作战效能，得到相关总体单位和使用部队的充分肯定和评价，为武器装备的信息化建设做出了重要贡献，获国家自然科学二等奖1项。　　2014年国家自然科学二等奖证书　　《多智能体系统的协同群集运动控制》专著
序号	成果名称	成果形式		第一完成　　单位		实验室参加人员姓名(排名)	成果产生年度
5	空间站智能服务机器人核心技术	国家航天重大工程应用、论文与专利		bob手机在线登陆		黄强、蒋志宏、李辉、陈晓鹏	2013-2017
面向国家空间站等航天重大工程，针对机器人在轨智能维护作业需要，开展了空间智能机器人核心技术与系统的研究工作。突破了面向我国空间站任务的空间多自由度智能服务机器人实时漂浮基动力学建模与前馈稳定控制、大型空间机械臂辅助25吨大质量大惯量舱体仿生力柔顺对接、多自由度大型空间机器臂地面全负载高低温真空动力学测试与验证、适应空间杂散光及包覆层类似镜面反射等复杂环境的机器人视觉、航天员空间站操纵天和机械臂的运动控制等核心技术。　　研制了适应空间复杂光照环境的机器人双目视觉精确引导系统和我国空间站天和机械臂国内最大的-2500Nm～2500Nm全惯量负载动力学验证系统。在IEEE Transactions on Industrial Electronics等国际机器人期刊发表了20多篇高水平论文、授权发明专利近20项，获得了国家空间站天和机械臂型号项目、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金委与深圳联合重点项目、总装预研领域重点基金、国家863计划重点等项目资助，在2016年9月升空的天宫2号飞行器机器人系统和即将发射的中国空间站天和机械臂系统中获得了成功应用，支撑和引领了我国空间智能机器人技术的发展与应用。　　代表性应用证明 2项　　感谢信 1封；　　代表性SCI文章6篇