面向复杂环境适应的仿人机器人
完成单位:北京理工大学

支撑项目(平台):仿生机器人与系统教育部重点实验室

参与单位:北京理工大学

所属学科:机械工程

主要贡献者:黄强

成就简介:提出了拟人化多模态协调运动方法,突破了仿人机器人拟人多模态运动规划、传感反射控制、功能部件与系统性能匹配设计等关键技术,研制了国际先进的6代“汇童”仿人机器人。

仿人机器人以双足行走、双手操作,容易适应人类生活和工作环境,能直接使用人类工具和装备,可在复杂危险环境中辅助或代替人类完成危险任务,在国家安全、国家重大工程中有广阔的应用前景。为完成复杂危险任务,仿人机器人必须顽强地适应复杂环境,既需具有强的平衡行走能力,又需具备行走、爬行、翻滚等多种运动模态,走不过去爬过去,即使意外摔倒也能爬起继续工作。
仿人机器人有几十个自由度,是刚柔耦合、高度非线性、不稳定的复杂多体动力学系统,仿人机器人的“摔走滚爬”多模态运动是一个难题。
北京理工大学从2000年开始,在国家科技计划的持续支持下,针对仿人机器人“摔走滚爬”多模态运动难题进行攻关,在继承国际先进技术的基础上,从研究人体运动规律出发,提出了拟人化的多模态协调运动方法,取得了以下主要关键技术突破。
(1)突破了拟人多模态运动规划技术,提出了相似性定量评价准则,解决了多参数、多约束的多模态运动实时规划难题。运动规划方法发表在机器人国际顶级期刊IEEE Trans. on Robotics & Autom.上,该文SCI单篇他引365次,是该刊近15年来在仿人机器人方向他引次数最高的论文。
(2)突破了传感反射控制技术,解决了仿人机器人难以快速应对复杂环境中未知突发状况的问题,提高了复杂环境适应能力,获机器人IEEE-IROS等国际学术会议论文奖5次。
(3)突破了仿生功能部件与系统性能匹配优化设计技术,发明了拟人功能的仿生灵巧机构,解决了部件功能与系统性能难以匹配的难题。先后共研制成功了6代“汇童”仿人机器人,实现了仿人机器人无外接电缆独立行走、以刀术为代表的全身协调复杂运动、乒乓球竞技、“摔走滚爬”多模态运动等。
获授权国家发明专利60余项,形成了从关键技术、核心功能部件到机器人系统的自主知识产权群。其关键技术已在载人航天国家重大工程、多家机器人企业实现了成果转化与应用。“汇童”系列仿人机器人入选国家“砥砺奋进的五年”大型成就展,入选十五等国家重大科技成就展、国家高新区建设二十周年成就展。仿人机器人技术成果获2015年度教育部技术发明奖一等奖。

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