致力机器人产业,促陕西两化融合

近年来，随着国家战略性新兴产业的提出，两化融合的稳步推进，中国智能制造装备领域得到了全社会的广泛关注。随着产品性能提升的内在需求增加和中国劳动力价格上涨，产业转型升级的压力不断加大。工业机器人作为智能制造领域的代表，在产业转型升级的过程中正发挥着越来越重要的作用。

特别是在2015年5月19日，国务院发布中国制造2025规划之后，更是将机器人产业提升到新的高度。规划指出，围绕汽车、机械、电子、危险品制造、国防军工、化工、轻工等工业机器人、特种机器人，以及医疗健康、家庭服务、教育娱乐等服务机器人应用需求，积极研发新产品，促进机器人标准化、模块化发展。扩大市场应用。突破机器人本体、减速器、伺服电机、控制器、传感器与驱动器等关键零部件及系统集成设计制造等技术瓶颈。对此，业内分析，机器人产业将迎来利好，获得黄金发展周期。

为推进陕西省“两化融合”进程和机器人产业发展，提升陕西省科技创新能力与产业竞争力，陕西省智能机器人重点实验室成立于西安交通大学，并依托西安交通大学的优势，开展智能机器人的研究与应用工作。

尖端团队助力机器人产业发展

目前，陕西省智能机器人重点实验室拥有约41台（套）实验用仪器设备，总价值约2000万元。实验室还拥有固定人员35人，其中高级职称19人，占比为54.3%；博士学位26人，占比为74.3%，长江学者1名。如今，实验室已形成了一支以中国科学院院士丁汉为学术委员会主任，长江学者梅雪松教授为实验室主任，武通海教授、王飞副教授为实验室副主任，以及吕毅教授、冯祖仁教授、徐光华教授、陈花玲教授、张小栋教授、王朝晖教授、贾书海教授、徐海波教授、姜歌东教授、李兵教授等为学术带头人的专业团队，致力于机械工程、自动控制等领域的研究。

多年来，陕西省智能机器人重点实验室还致力于人才的培养，目前拥有在读博士研究生32名、硕士研究生63名；近5年来其培养出博士研究生26名、硕士研究生120余名，为我国机器人产业作出了重要的贡献。

梅雪松教授介绍，陕西省智能机器人重点实验室的建设，主要为了解决机器人在符合陕西省行业特点的开发应用中的关键技术问题，为陕西省机器人产业发展提供技术支撑和引导，实现关键技术成果的转移、转化和产业化应用。“我们的目的就是将实验室建成国内知名的具备原创能力的研发基地及机器人技术高层次人才培养基地。”梅雪松教授说道。

目前，陕西省智能机器人重点实验室主要涉及机器人智能运动控制理论与自主决策、机器人核心功能部件失效机理与评价、多信息融合的机器人智能感知与人机交互及机器人仿生学研究与机构创新设计四个方向的研究。

在机器人智能运动控制理论与自主决策方面，陕西省智能机器人重点实验室主要研究机器学习理论与实现；机器人运动控制参数的智能优化与自适应调整；机器人运动路径规划与行为自主决策及工业机器人多种作业的智能末端执行器作业一体化系统原理。在这一方面，实验室提出了典型机器人智能运动控制理论与自主决策方法，开发机器人智能化实际应用技术，最终实现集成机、电、液、气、光等多种接口的智能末端执行器结构设计及智能末端执行器的作业规划与控制技术。

在机器人核心功能部件失效机理与评价方面，实验室主要研究机器人减速器失效机理研究；工业机器人执行部运动精度的检测与评价；高精度机器人关节减速器性能检测与评价及机器人运动控制系统与性能评价。在这一方面，实验室设计出了优化与协同制造出高精度、长寿命、大刚度的机器人关节减速器，开发出了总线和码盘协议兼容性好、抗干扰能力强的高速高精度工业机器人专用伺服控制系统。

在多信息融合的机器人智能感知与人机交互方面，实验室主要研究多传感信息融合的机器视觉与感知技术；人一机器人交互理论研究与应用及基于多源生物信号的机电系统控制理论与应用。宴验室将通过研究多传感器感知技术，生机电协同控制与动态补偿技术，实现人机运动的动态协同，初步实现基于脑机接口的服务机器人原型样机，如：上肢和下肢康复机器人、助老伴行机器人、救援机器人及超微创手术机器人、ICU重症护理机器人产品。

而在机器人仿生学研究与机构创新设计方面，实验室主要研究行走机理与动物视觉的仿生实现理论与方法；机器人运动机构创新设计及机器人仿生驱动与实现。在这一方面。实验室开发了基于柔性智能材料驱动的机器人，爬行软体机器人系统。在这一领域，实验室通过研究软体机器人运动学、动力学非线性建模及分析方法，形成了“材料-结构-运动-传感”一体化的软体机器人设计方法。

专注、专业，机器人领域显身手

凭借着专业的科研团队及依托西安交通大学的优势，陕西省智能机器人重点实验室取得了许多令人瞩目的科研成果。

在机器人基础科学与共性技术上，实验室完成了介电弹性体材料的研究、石墨烯智能机器人光致驱动效应、石墨烯智能机器人的仿生应用研究、关于智能感知的研究、脑机接口技术研究、机器人控制技术研究、机器人在线测试研究、机器结构设计理论研究、机器人关节减速器研究。关于介电弹性体材料DE的介电特性研究，实验室主要围绕DE材料的介电性能展开了基础性研究，研究了介电常数、介电损耗、电导率等因素对该材料介电特性的影响规律；在石墨烯智能机器人光致驱动效应的研究上，实验室设计了聚合物双层微致动器结构，实现光致驱动器。研究了石墨烯智能机器人光致驱动机理及驱动性能，建立了光-机-电-力耦合驱动模型；在石墨烯智能机器人的仿生应用研究上，实验室开发了光致驱动的仿生鱼平台；关于智能感知的研究，实验室面向复杂环境的视觉应用的多目标检测、识别及追踪以及立体匹配的计算模型方面获得了一批国际水平的研究成果；同时，实验室采用视觉芯片技术，解决视觉、视频和图像分析处理中所面临的并行计算依赖和存储效率限制等难题；在脑机接口技术研究上，实验室提出了基于牛顿环的稳态振荡运动刺激范式，构建了稳态运动视觉诱发电位提取算法。还提出了相应的头皮脑电信号噪声去除、微弱癫痫波检测以及癫痫发作先兆捕捉方法。并构建运动想象控制小球运动的脑机接口实验范式；在机器人控制技术研究上，实验室开发了可用于机器人运动控制的开放式运动控制器、伺服驱动器：在机器人在线测试技术研究，实验室开发了机器人综合动态特性在线测试系统，该测试系统可实现西门子、NUM、海德汉等机器人数控系统运动过程中各轴位置、速度、电流信号的在线实时测量，可用于机器人末端误差溯源与分离、伺服优化、装配情况评估等；在机器结构设计理论研究上，实验室利用二维内力流建模方法分析了平板结构中内力涡流的形成与传递规律，并对载荷传递路径的数值构造原理进行论证。总结归纳了承力生物体的典型结构特征，基于等应力定律提出了仿生优化设计方法，并应用于仿生机器人的优化再设计当中；在机器人关节减速器研究上，实验室研究了谐波减速器关键零件柔轮的变形与应力分布，传动误差和摩擦信息提取方法：研制开发了用于系列谐波减速器性能测试试验台的测试系统。

在工业机器人应用上，实验室研究出了基于工业机器人的纤维铺放系统，固体火箭发动机绝热层自动粘贴机器人技术，基于自动机械手的汽车旁通阀自动装配线设计单腿跳跃机器人、关节式机械手、并联机器人及巡检机器人。关于基于工业机器人的纤维铺放系统，实验室研制了7自由度机器人式纤维铺放系统；提出紫外光/电子束原位固化，提高制造效率30%；无需热压罐、降低制造成本15%，降低能耗60%，电子束固化微波强化复合材料层间强度，层间剪切强度提高15%；实验室研制的自动粘贴机器人能完成各种尺寸型号的固体火箭内壁绝热层的粘贴，不仅能够完成粘贴的任务，而且对粘贴工艺的研究提供了条件；实验室进行的单腿跳跃机器人、关节式机械手、并联机器人等设计与开发，完成了系统的自行设计、制造以及组装，实现了系统位姿或位珞的运动控制；实验室研制的本巡检机器人，可运用于特殊工作环境下的巡检。

在服务机器人应用领域，实验室成功研发了智能轮椅、基于脑机接口的康复机器人、脑控假肢、基于运动想象的机械手控制、外骨骼机器人、助老伴行机器人、无人机飞控系统平台及手术机器人。智能轮椅是基于SSVEP和P300的智能轮椅控制导航系统的开发，实现脑电信号对轮椅的前进、后退、左转、右转等的精确控制。同时，实验室研发的智能轮椅实现了基于SSVEP和P300的智能轮椅控制导航系统；基于脑机接口的康复机器人是针对生物运动视觉刺激诱发的混合BcI康复训练技术展开研究，深入探讨并研究及试验构建了各种视觉刺激脑机接口新范式设计；脑控假肢是基于PC的BCI驱动的神经义肢手驱动控制系统，开发出的基于E-MOTIVE便携脑电采集系统的智能脑控假肢系统；通过开展脑肌多源信息的运动意图、位姿感知认知、交互控制和生机电一体化系统集成技术的研究，实验室研发出了外骨骼机器人。

面对未来，创新不止

2015年，在西安交通大学王树国校长和郑南宁院士的支持下，西安交通大学的智能机器人实验室成为陕西省重点实验室，这使实验室成为陕西在机器人领域最权威的研发机构。但实验室主任梅雪松教授却表示：“我们虽然取得了一定的成就，但我们并不会因此而止步。我们未来的目标是，2020年成为省级示范单位，2025年成为国内领先的创新研究中心。”

谈及未来发展时，梅雪松教授还表示：“面对未来，陕西省智能机器人重点实验室力争通过3-5年的建设，使机器人重点实验室的面积达到5000平方米，固定科研人员达到60人，科研仪器配置满足各个研究方向的需求，并能为陕西省机器人产业的发展、产品开发提供规划与咨询、测试、分析与评价等方面的技术服务。”

此外，陕西省智能机器人重点实验室还将积极开展国内外学术交流，召开机器人国际学术交流会议，在学术界形成影响；同时，积极组织申报国家重大需求课题，力争获得国家级等机器人研究方面的重点研究课题的支持，在有关机器人基础研究方面发表高水平学术论文。“实验室将积极拓展与国内在智能机器人技术有优势的高校、科研院所与企业开展产学研合作，争取在三年时间内，形成5-6家高校或科研团体的产学研合作和交流机制。积极加强国际交流。力争与2家以上国际一流企业或者科研院所建立合作关系，建立访学与技术的交流机制”。梅雪松教授说道。