科创中国

高端装备制造产业,智能制造装备产业

协作机器人与人类共享工作空间，通过直接或间接地与人类交互共同开展操作任务。随着传统工业机器人带来的效率提升趋于饱和，能够安全配合人类的协作机器人能够进一步提高制造业的生产效率，带来可观的经济效益。然而，现有的协作机器人存在以下两大痛点问题：一是安全和效率之间的权衡，二是如何提高人的示教效率。 本项成果基于增强现实-触觉感知技术，开发了混合交互接口与人机互补操作算法，以解决上述痛点问题。 1、提出了自适应视觉控制与零空间阻尼控制的协作框架：在有限视场、未校正相机、关节奇异的情况下，保证了机器人在整个工作空间内的全局稳定性；在不影响机器人末端任务的前提下，允许人类专家随时、安全地介入以改变机器人关节姿态，以应对环境动态变化或突发事件，从而实现了安全与效率并重的人机协作方式。 2、构建了增强现实-触觉感知的混合接口，让人类专家可以在任务和冗余联合空间进行双手演示，同时记录机器人末端与机器人关节的数据。示教轨迹基于DMP方法进行参数化，能够根据不同任务所需的末端位置、关节角度、运动速度进行自适应调整，在保证末端任务精度的同时完成关节的避障任务。

1、技术核心： ①基于增强现实-触觉感知的混合交互接口; ②用于双手示教的机器人轨迹学习方法; ③自适应全局稳定控制算法。 2、竞争优势 目前，国内外制造工厂采用的人机交互接口多为示教器、摇杆、键盘和鼠标等。这类交互设备虽然成本低、可靠性高，但是示教效率不足，对操作者的熟练程度要求较高；此外，当前工业界通常采用暂停机器人任务以配合工人介入，失去灵活性的同时也极大地影响了机器人的工作效率。 本项成果以增强现实-触觉感知的混合人机接口为基础，开发了更为自然与本能的示教方式，同时开发了互补型人机协同方式，兼顾了人机交互安全与机器人工作效率，与同类技术有较大区分度。 基于增强现实的人机交互接口，从2012年开始已有相关学术研究；本项成果解决了通过融合增强现实与触觉感知技术，解决了工业界的痛点问题，推动了技术的实际应用与转化。

本项目团队的技术负责人为清华大学自动化系副教授李翔，在人机智能交互和机器人智能操作方向上积累了多年的研究经验，同时积极推动技术转化与落地。 一些相关的机器人应用成果包括：搭建了首台视觉反馈3C机器人，实现了面向柔性工件的全流程自主装配，具有亚毫米级别的操作精度；开发了多功能室内装修机器人与全自主打磨机器人，系统地解决了相关行业中因人工作业造成的劳动强度较高、专业人才缺乏、安全隐患众多等痛点；设计了面向下肢康复机器人的智能交互算法，根据患者背景、运动意图、交互语义等信息，通过大数据自主学习定制机器人运动轨迹，实现了更为细致、贴合、个性化的康复训练策略，部署于下肢外骨骼机器人产品，临床试验结果证明比同类产品具有更优越的穿戴效果。 先后承担科技创新2030-“脑科学与类脑研究”重大项目、国家自然科学基金-联合基金重点项目、国家自然科学基金-青年基金项目、深圳科创委-基础研究重点项目、香港创新科技署项目等十余项科研项目。已获两项美国临时专利（排名第一）及一项中国发明专利，共发表SCI期刊论文19篇，其中第一作者的论文14篇。

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