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01. 成果簡(jiǎn)介 本成果涉及一種多模態(tài)觸覺感知裝置，屬于機(jī)器人傳感器技術(shù)領(lǐng)域。與人類相似，機(jī)器人感知外界環(huán)境最真實(shí)、穩(wěn)定、便捷的方式便是通過機(jī)器人手觸摸，機(jī)器人手的感知能力決定了機(jī)器人是否能夠正確認(rèn)知外界環(huán)境以及機(jī)器人的操作精度、成功率等。在新一代機(jī)器人手中，傳感裝置已逐漸趨于陣列化、多功能化和集成化。目前常見的觸覺傳感器有壓阻式、電容式、光電式等，它們都存在密度難以提高、電路處理復(fù)雜等問題。為了克服以上不足，近年出現(xiàn)了基于視覺的觸覺傳感裝置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、信息豐富等優(yōu)勢(shì)。目前基于視覺的觸感裝置仍存在性能提升空間。 本項(xiàng)目將感溫變色油墨材料應(yīng)用于觸感裝置，感知機(jī)器人操作過程中的溫度[1]。同時(shí)提出一種基于微視覺的觸覺三維力檢測(cè)方法，通過采集觸覺接觸區(qū)域內(nèi)彈性體的形變圖像的變化，采用一系列圖像處理方法，并且使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合的技巧，定性并且定量的刻畫物理世界中的觸覺、滑覺等，從而提供了一種多模態(tài)觸覺感知裝置，可以得到三維接觸力、接觸物體表面的溫度及紋理等多種模態(tài)信息[2]。本裝置打破了傳統(tǒng)觸覺感知裝置單模態(tài)信息采集的現(xiàn)狀，可在同一感知裝置中集成受力、紋理、溫度等信息的測(cè)量，檢測(cè)觸覺、滑覺、壓覺三維接觸力，獲得高精度的接觸紋理信息，實(shí)現(xiàn)了多模態(tài)信息的測(cè)量，并將這些信息綜合到對(duì)一個(gè)物體的識(shí)別、抓取操作中，使機(jī)器人更加智能化、人性化。本裝置具有實(shí)時(shí)性好，檢測(cè)穩(wěn)定，檢測(cè)誤差小，檢測(cè)精度高的優(yōu)點(diǎn)。 圖1. 基于微視覺的多模態(tài)觸覺感知裝置結(jié)構(gòu)圖圖2. 結(jié)合多模態(tài)觸感裝置的機(jī)械手02. 應(yīng)用前景 本成果技術(shù)可應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人、智能機(jī)器人、人機(jī)協(xié)作、醫(yī)療康復(fù)等領(lǐng)域，應(yīng)用前景廣泛。03. 知識(shí)產(chǎn)權(quán) 本成果核心技術(shù)已申請(qǐng)發(fā)明專利3項(xiàng)。04. 團(tuán)隊(duì)介紹 項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)致力于研究具備自主決策和學(xué)習(xí)能力的機(jī)器人操作技能學(xué)習(xí)系統(tǒng)。團(tuán)隊(duì)包括孫富春、方斌、劉華平、宋亦旭四位教師，專注智能機(jī)器人靈巧精準(zhǔn)操作研究，研制了擬人觸覺的傳感裝置、多模態(tài)穿戴交互裝置、殘疾人假肢靈巧手、仿人感知靈巧手和變剛度軟體手，在本領(lǐng)域發(fā)表論文40余篇，申請(qǐng)專利20余項(xiàng)，獲得IROS2016機(jī)器人靈巧操作比賽冠軍、IROS2017服務(wù)機(jī)器人操作比賽亞軍、WRC2016最佳科技創(chuàng)新獎(jiǎng)等。同時(shí)團(tuán)隊(duì)和河北清華發(fā)展研究院合作成立了人工智能及機(jī)器人研究中心，共同推動(dòng)智能機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。05. 合作方式 技術(shù)許可。06. 聯(lián)系方式 郵箱：liuyi2017@tsinghua.edu.cn， fangbin@tsinghua.edu.cn

Anter是以安全協(xié)作、自主運(yùn)動(dòng)、智能感知、行為決策為核心功能的多模態(tài)感知復(fù)合機(jī)器人。她開創(chuàng)了機(jī)器人協(xié)作、運(yùn)動(dòng)、感知決策的柔性工作模式，擺脫傳統(tǒng)機(jī)器人位置固定、任務(wù)固定的結(jié)構(gòu)化環(huán)境工作方式，適用于科研教育、工業(yè)移動(dòng)作業(yè)、物流分揀、倉儲(chǔ)管理、安防巡檢、醫(yī)療服務(wù)、智慧零售等領(lǐng)域。

多模變薄拉深工藝廣泛用于生產(chǎn)厚底薄壁空心零件。采用多層組合凹模進(jìn)行變薄拉深可 以代替多次單模變薄拉深，并可省略中間退火、酸洗和表面處理工序，還可以與壓底、切口 等其它工序復(fù)合，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。但其影響因素多，稍有不慎在各層凹模出口處都可 能出現(xiàn)穿底、斷腰、缺口等現(xiàn)象。本軟件的目的在于通過智能分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高多模變 薄拉深模具設(shè)計(jì)的效率與可靠性，改變單純依賴經(jīng)驗(yàn)和反復(fù)試模、修模的落后方式。 多模變薄拉深 CAD/CAE 軟件是江蘇省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)項(xiàng)目《多模變薄拉深模具 CAD 軟件 與摩擦因子測(cè)試方法》的主要成果之一。 本軟件基于項(xiàng)目研制的變薄拉深上限模型以及混合罰函數(shù)法優(yōu)化程序，根據(jù)用戶輸入的 毛坯及工件的幾何尺寸、材料性能參數(shù)和潤(rùn)滑摩擦等信息，通過計(jì)算機(jī)智能化模擬分析和人 機(jī)交互方式，設(shè)計(jì)安全可靠結(jié)構(gòu)優(yōu)化的多模變薄拉深模具。軟件功能如下： （1）模擬單模至四模變薄拉深位移狀態(tài)，組合拉深狀態(tài)和力學(xué)狀態(tài)，為模具設(shè)計(jì)提供精 確的分析判斷。 （2）預(yù)測(cè)凹模的極限工作尺寸，確保工件拉過各層凹模時(shí)的安全可靠性。 （3）以人機(jī)交互和智能分析方式確定合理的組合凹模模數(shù)、優(yōu)化模層間距、凹模錐角和 定徑帶直徑等。 （4）自動(dòng)繪制模具總裝圖和模具零件圖。 分析程序采用 FORTAN77 語言，繪圖程序采用 AUTO-LISP 語言。借助 WINDOS 操作系統(tǒng)、 FORTAN77 和 AUTO-CAD 軟件包，在普通微機(jī)上可以實(shí)現(xiàn)上述功能。 

技術(shù)成熟度：技術(shù)突破 1.空間目標(biāo)及星圖光學(xué)探測(cè)仿真系統(tǒng)。由于空間目標(biāo)探測(cè)真實(shí)數(shù)據(jù)獲取成本較高，且數(shù)據(jù)量較少，結(jié)果驗(yàn)證困難，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了空間目標(biāo)及星圖光學(xué)探測(cè)仿真系統(tǒng)。此工作以軟件形式呈現(xiàn)，以友好的人機(jī)交互界面，根據(jù)用戶的實(shí)際系統(tǒng)參數(shù)，提供準(zhǔn)確可靠地提供當(dāng)前時(shí)刻空間探測(cè)仿真圖像，該軟件前期經(jīng)過與stk仿真軟件結(jié)果比對(duì)驗(yàn)證其坐標(biāo)的準(zhǔn)確性，與在軌實(shí)測(cè)圖像進(jìn)行比對(duì)驗(yàn)證其仿真效果的可靠性。目前該軟件已經(jīng)在項(xiàng)目開發(fā)過程中廣泛使用，為提高系統(tǒng)開發(fā)效率、驗(yàn)證算法性能提供有效支撐。 2.空間目標(biāo)探測(cè)感知關(guān)鍵技術(shù)及算法體系。該成果以理論及軟件開發(fā)包形式呈現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)具備多年的空間探測(cè)相關(guān)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，并將相關(guān)理論及算法構(gòu)建軟件開發(fā)包。該SDK開發(fā)包基于C++開發(fā)，具有較好的泛化能力，具有坐標(biāo)描述轉(zhuǎn)換、預(yù)處理、目標(biāo)提取、星表制備、星圖識(shí)別、光學(xué)標(biāo)定、定位定姿定軌等功能，可支撐各層次的空間探測(cè)相關(guān)開發(fā)需求。目前團(tuán)隊(duì)基于此SDK開發(fā)的頂層軟件，采用目標(biāo)TLE數(shù)據(jù)庫匹配的解決方法，已經(jīng)完成長(zhǎng)光奧閏光電科技有限公司地基望遠(yuǎn)鏡空間目標(biāo)的感知識(shí)別及長(zhǎng)光衛(wèi)星技術(shù)股份有限公司的星敏感器在軌圖像空間目標(biāo)自動(dòng)提取與識(shí)別，后續(xù)還將采用更多的數(shù)據(jù)驗(yàn)證完善提升本系統(tǒng)的技術(shù)成熟度。 意向開展成果轉(zhuǎn)化的前提條件： 1、長(zhǎng)春長(zhǎng)光奧閏光電科技有限公司等測(cè)站望遠(yuǎn)鏡生產(chǎn)企業(yè)，利用本項(xiàng)目的共性技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地基測(cè)站的空間目標(biāo)自動(dòng)探測(cè)感知，為空間安全提供支撐服務(wù)。 2、長(zhǎng)光衛(wèi)星技術(shù)股份有限公司、吉天星舟空間技術(shù)有限公司等遙感衛(wèi)星公司，通過本技術(shù)的轉(zhuǎn)化，可以利用星上光學(xué)載荷構(gòu)建空間態(tài)勢(shì)感知平臺(tái)，為自身衛(wèi)星安全提供保障、為國(guó)家及其他航天企業(yè)的空間安全需求提供數(shù)據(jù)支撐服務(wù)。另外可以在空間光學(xué)載荷開發(fā)過程中應(yīng)用空間目標(biāo)及星圖光學(xué)探測(cè)仿真系統(tǒng)，對(duì)光學(xué)載荷的精度和魯棒性進(jìn)行評(píng)估和測(cè)試。

項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介: 主要用于解決重度殘疾人的一些日常護(hù)理問題。通過在輪椅上加裝一只高精度機(jī)械臂，使用機(jī)械臂來完成一些重度殘疾患者不能完成的動(dòng)作，從一定程度上減輕了殘疾人的負(fù)擔(dān)，提高了生活質(zhì)量。用戶僅僅需要通過特定的表情以及頭部動(dòng)作就可以控制機(jī)械臂抓取物體以及輪椅的運(yùn)動(dòng)。多模交互式輪椅機(jī)械臂系統(tǒng)主要應(yīng)用于殘疾人的護(hù)理。多模交互式輪椅機(jī)械臂系統(tǒng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)類型:發(fā)明專利技術(shù)先進(jìn)程度:達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平成果獲得方式:獨(dú)立研究獲得政府支持情況:無

主要用于解決重度殘疾人的一些日常護(hù)理問題。通過在輪椅上加裝一只高精度機(jī)械臂，使用機(jī)械臂來完成一些重度殘疾患者不能完成的動(dòng)作，從一定程度上減輕了殘疾人的負(fù)擔(dān)，提高了生活質(zhì)量。用戶僅僅需要通過特定的表情以及頭部動(dòng)作就可以控制機(jī)械臂抓取物體以及輪椅的運(yùn)動(dòng)。多模交互式輪椅機(jī)械臂系統(tǒng)主要應(yīng)用于殘疾人的護(hù)理。 多模交互式輪椅機(jī)械臂系統(tǒng)

本發(fā)明公開了一種基于多感知數(shù)據(jù)融合的人機(jī)自然交互系統(tǒng)，包括MEMS手臂跟蹤裝置、視覺跟蹤裝置，以及安裝在操作者的手掌上的力反饋裝置，上述各裝置由PC終端控制，PC終端包括手臂運(yùn)動(dòng)解算模塊、圖像處理模塊、力學(xué)解算模塊和虛擬場(chǎng)景渲染模塊；虛擬場(chǎng)景渲染模塊根據(jù)手臂運(yùn)動(dòng)軌跡和手指運(yùn)動(dòng)軌跡生成虛擬手臂和手指，力學(xué)解算模塊根據(jù)虛擬手指與虛擬物體的碰觸信息，計(jì)算操作者當(dāng)前狀態(tài)下應(yīng)得到的期望反饋力矢量；本發(fā)明可滿足手臂大范圍運(yùn)動(dòng)情況下的手臂運(yùn)動(dòng)軌跡的跟蹤要求；其次，可通過圖像信息測(cè)量操作者手指的運(yùn)動(dòng)軌跡，可精確測(cè)量手指上多個(gè)關(guān)節(jié)的角度；再者，可為操作者提供力反饋和虛擬場(chǎng)景的視覺反饋，增強(qiáng)系統(tǒng)的臨場(chǎng)感、交互性。

1、復(fù)雜作業(yè)環(huán)境下多參數(shù)的智能感知技術(shù)；2、人工智能中樞控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；3、智能電液控制技術(shù)；4、終端軌跡規(guī)劃及精確控制技術(shù)；5、自動(dòng)掃描、分析技術(shù)與系統(tǒng)協(xié)調(diào)作業(yè)；6、基于影像分析的地面監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；7、井下多傳感信息融合及檢測(cè)技術(shù)；8、井下網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)平臺(tái)構(gòu)建；9、無線與有線光纜通信異構(gòu)融合與組網(wǎng)技術(shù)；10、地面井下信息互通，以及與礦井綜合自動(dòng)化平臺(tái)的高效融合技術(shù)

本實(shí)用新型公開了一種基于多模波導(dǎo)的新型光調(diào)制器。其結(jié)構(gòu)是具有多模調(diào)制結(jié)構(gòu)的電致吸收調(diào)制器、具有多模調(diào)制結(jié)構(gòu)的相位調(diào)制器或者具有多模調(diào)制結(jié)構(gòu)的馬赫澤德干涉儀調(diào)制器，多模調(diào)制結(jié)構(gòu)包含模式復(fù)用器、模式解復(fù)用器、第一多模連接波導(dǎo)、多模波導(dǎo)光調(diào)制區(qū)、第二多模連接波導(dǎo)，多模調(diào)制結(jié)構(gòu)是以模式復(fù)用器的輸入端作為多模調(diào)制結(jié)構(gòu)的輸入端，以模式復(fù)用器的輸入端或者模式解復(fù)用器的輸出端作為多模調(diào)制結(jié)構(gòu)的輸出端。本實(shí)用新型利用多模波導(dǎo)光調(diào)制區(qū)以及模式復(fù)用?解復(fù)用技術(shù)，使得光能夠以不同模式的方式多次經(jīng)過光調(diào)制區(qū)，顯著增強(qiáng)對(duì)光場(chǎng)的調(diào)控效果，可降低驅(qū)動(dòng)電壓，并提升消光比和調(diào)制速度等性能，適用于各種光調(diào)制結(jié)構(gòu)和原理。

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的能源問題已經(jīng)變得日益尖銳，能源已成為制 約我國(guó)長(zhǎng)期持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要因素。與此同時(shí)，隨著居民收入的相應(yīng)提高， 我國(guó)的汽車保有量也在逐年高速增長(zhǎng)，汽車能耗在總能耗的占有比例也越來越 大。目前，汽車空調(diào)仍以蒸汽壓縮式制冷的工作方式最多，它消耗一部分的發(fā) 動(dòng)機(jī)功率來獲得制冷量。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分功率流向了空調(diào)壓縮機(jī)，所以汽 車油耗也會(huì)相應(yīng)的升高，平均增加了 16%-20%，燃料消耗增加，有毒氣體排放 量增多，空氣質(zhì)量越來越差。 針對(duì)此問題,本項(xiàng)目研發(fā)成功一種多模廢熱汽車空調(diào)系統(tǒng)。通過回收汽車廢 熱，用于驅(qū)動(dòng)壓縮/噴射制冷循環(huán)，主要包括制冷機(jī)、制冷機(jī)/噴射器、噴射器三 種工作模式，針對(duì)汽車不同工況下的行駛狀態(tài)，通過對(duì)三種工作模式的最優(yōu)控 制，在滿足空調(diào)制冷需求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)能源消耗最小的目標(biāo)。 本項(xiàng)目屬于低品位能源利用、控制技術(shù)和汽車空調(diào)技術(shù)交叉前沿方向，具 有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，對(duì)汽車節(jié)能減排，保護(hù)環(huán)境具有重要意義。