人機智能協同系統研究中心


    綜合發展情況


    山東中科先進技術研究院人機智能協同系統研究中心依托山東中科先進院,中心以機器人三要素“感知、認知和動作”中的前沿科學問題和核心技術為主要研究內容,以機械、信息、仿生學、醫學等多學科交叉集成為特色,以先進集成技術為指導,致力于服務機器人、醫療和康復機器人、特種機器人及智能系統等方面的前沿研究和產業化。主要研究方向包括助力、康復外骨骼機器人,磁驅控微型機器人以及智能目標定位系統三大方向。中心主任,吳新宇研究員,中國科學院深圳先進技術研究院先進集成技術研究所副所長、智能仿生研究中心主任、中科院人機智能協同系統重點實驗室副主任,廣東省機器人與智能系統重點實驗室常務副主任,廣東省機器人與智能系統工程技術中心主任。目前作為負責人承擔國家自然科學基金聯合基金重點項目、科技部國家重點研發計劃國際合作項目和廣東省重點研發計劃項目等?,F擔任IEEE TSMC, TASE和RA-Letters等多個國際期刊的編委。他是中國自動化學會理事、中國儀器儀表學會理事,入選國家創新人才推進計劃中青年科技創新領軍人才、廣東省特支計劃科技創新領軍人才及深圳市鵬城學者。獲中國儀器儀表學會科學技術一等獎(排名第一),廣東省技術發明二等獎(排名第一)和深圳市科技進步一等獎(排名第一)等科研獎勵十余項。


    研究方向


    ◆ 外骨骼機器人技術

    外骨骼機器人能夠顯著提高使用者的身體能力。從人口老齡化趨勢、社會發展需要和潛在受益人群規模的增長角度來看,研究具有助力助行功能的外骨骼機器人,對提高老年人和殘疾人運動能力及生活質量、提高勞動生產力、減輕社會負擔和促進社會和諧具有極其重要的社會意義和經濟價值。

      (1)下肢康復外骨骼機器人,應用于脊髓損傷患者的康復訓練,及行走障礙人士的助力助行。下肢康復外骨骼機器人能顯著提高下肢失能人群的運動能力和生活質量,其應用的市場前景廣闊。目前依托SIAT已研制成熟樣機,已獲得包括廣東省技術發明二等獎、中國儀器儀表學會科技一等獎等多項獎項。

    (2)集成化智能柔性下肢外骨骼是一種質量輕、柔韌性好的可穿戴式系統,能自動變硬或松弛以避免穿戴者受傷,同時可增強肌肉機能以減小負重在穿戴者身體上的作用力。讓穿戴者與外骨骼的交互如同穿衣服(甚至如同肌肉、皮膚) 一樣自然自如,提高穿戴者的機動性。柔性外骨骼機器人與傳統增力型外骨骼機器人相比,具有高度集成化、智能化、柔順性和安全性,利用柔性外骨骼,可提高士兵在行軍中的負重負荷以及續航能力,同時也能提高士兵的單兵作戰能力。未來也可應用于康復治療,受到疾病而影響運動能力或者肌肉萎縮的病人,如中風病人,可在此裝備的協助下,完成日常生活的簡單運動或者受傷康復后運動訓練。

    (3)在物流、建筑、制造等行業中,企業為了解決員工身體負擔所帶來的一系列問題,會不斷尋求解決方案以使得最終為企業帶來經濟效益。伴隨著此類用戶群體的增加,助力外骨骼機器人將會逐步嶄露頭角,得到快速普及。我們開發的腰部助力外骨骼可有效防止搬運中對人體脊椎的損傷,提供助力。


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    外骨骼機器人樣機(從左到右分別為一代,二代,三代)


    ◆ 磁控微型特種機器人技術

    不受束縛的小尺度(微米到毫米)、能夠獨立運動的微型機器人作為機器人領域的重要分支,由于它們的微尺寸和對微小聚集環境的可達性在各種工業和生物醫學等領域具有潛在的應用價值。磁控微型特種機器人理論和關鍵技術展開研究,著重解決微型機器人的設計、驅動及控制等重要挑戰性問題。

    針對該問題設計新穎軟體薄膜微型機器人,可通過調節外界旋轉磁場旋轉頻率來控制機器人的形狀和運動狀態。使得十字薄膜軟體雙模態機器人在流體環境中,微操作或者靶向給藥時,軟接觸可以準確操作推進劑而不造成傷害。目前,主要針對外部移動磁場實現模擬管腔環境的微型機器人運動驅動控制研究,從材料、磁場設計、控制策略等多個角度開展相關研究。


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    十字薄膜軟體雙模態機器人

    ◆ 分布式智能目標定位技術

    在目標精確定位研究領域,如何采用分布式多傳感器系統精確定位目標是一個重要科學問題及研究方向,相關理論成果不僅可應用于軍事偵察、打擊中的敵方雷達站、艦船、潛艇目標的精確定位,也可用于民用領域的智能安防、被困目標無人機搜救、海上信標搜索、以及地下礦物探查等。目前,本研究方向主要開展針對小區、廠區環境的入侵目標快速定位問題開展應用研究。采用固定視覺攝像頭,快速提取目標方位信息,結合移動機器人搭載傳感器的多角度量測,實現信息融合、分布式估計以及移動機器人路徑優化,實現近距離追蹤、辨識、定位等。該方向研究包括安防監控系統搭建、圖像信息處理、分布式濾波、優化算法開發等相關技術。


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