人机智能协同系统研究中心


    综合发展情况


    山东中科先进技术研究院人机智能协同系统研究中心依托山东中科先进院,中心以机器人三要素“感知、认知和动作”中的前沿科学问题和核心技术为主要研究内容,以机械、信息、仿生学、医学等多学科交叉集成为特色,以先进集成技术为指导,致力于服务机器人、医疗和康复机器人、特种机器人及智能系统等方面的前沿研究和产业化。主要研究方向包括助力、康复外骨骼机器人,磁驱控微型机器人以及智能目标定位系统三大方向。中心主任,吴新宇研究员,中国科学院深圳先进技术研究院先进集成技术研究所副所长、智能仿生研究中心主任、中科院人机智能协同系统重点实验室副主任,广东省机器人与智能系统重点实验室常务副主任,广东省机器人与智能系统工程技术中心主任。目前作为负责人承担国家自然科学基金联合基金重点项目、科技部国家重点研发计划国际合作项目和广东省重点研发计划项目等。现担任IEEE TSMC, TASE和RA-Letters等多个国际期刊的编委。他是中国自动化学会理事、中国仪器仪表学会理事,入选国家创新人才推进计划中青年科技创新领军人才、广东省特支计划科技创新领军人才及深圳市鹏城学者。获中国仪器仪表学会科学技术一等奖(排名第一),广东省技术发明二等奖(排名第一)和深圳市科技进步一等奖(排名第一)等科研奖励十余项。


    研究方向


    ◆ 外骨骼机器人技术

    外骨骼机器人能够显著提高使用者的身体能力。从人口老龄化趋势、社会发展需要和潜在受益人群规模的增长角度来看,研究具有助力助行功能的外骨骼机器人,对提高老年人和残疾人运动能力及生活质量、提高劳动生产力、减轻社会负担和促进社会和谐具有极其重要的社会意义和经济价值。

      (1)下肢康复外骨骼机器人,应用于脊髓损伤患者的康复训练,及行走障碍人士的助力助行。下肢康复外骨骼机器人能显著提高下肢失能人群的运动能力和生活质量,其应用的市场前景广阔。目前依托SIAT已研制成熟样机,已获得包括广东省技术发明二等奖、中国仪器仪表学会科技一等奖等多项奖项。

    (2)集成化智能柔性下肢外骨骼是一种质量轻、柔韧性好的可穿戴式系统,能自动变硬或松弛以避免穿戴者受伤,同时可增强肌肉机能以减小负重在穿戴者身体上的作用力。让穿戴者与外骨骼的交互如同穿衣服(甚至如同肌肉、皮肤) 一样自然自如,提高穿戴者的机动性。柔性外骨骼机器人与传统增力型外骨骼机器人相比,具有高度集成化、智能化、柔顺性和安全性,利用柔性外骨骼,可提高士兵在行军中的负重负荷以及续航能力,同时也能提高士兵的单兵作战能力。未来也可应用于康复治疗,受到疾病而影响运动能力或者肌肉萎缩的病人,如中风病人,可在此装备的协助下,完成日常生活的简单运动或者受伤康复后运动训练。

    (3)在物流、建筑、制造等行业中,企业为了解决员工身体负担所带来的一系列问题,会不断寻求解决方案以使得最终为企业带来经济效益。伴随着此类用户群体的增加,助力外骨骼机器人将会逐步崭露头角,得到快速普及。我们开发的腰部助力外骨骼可有效防止搬运中对人体脊椎的损伤,提供助力。


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    外骨骼机器人样机(从左到右分别为一代,二代,三代)


    ◆ 磁控微型特种机器人技术

    不受束缚的小尺度(微米到毫米)、能够独立运动的微型机器人作为机器人领域的重要分支,由于它们的微尺寸和对微小聚集环境的可达性在各种工业和生物医学等领域具有潜在的应用价值。磁控微型特种机器人理论和关键技术展开研究,着重解决微型机器人的设计、驱动及控制等重要挑战性问题。

    针对该问题设计新颖软体薄膜微型机器人,可通过调节外界旋转磁场旋转频率来控制机器人的形状和运动状态。使得十字薄膜软体双模态机器人在流体环境中,微操作或者靶向给药时,软接触可以准确操作推进剂而不造成伤害。目前,主要针对外部移动磁场实现模拟管腔环境的微型机器人运动驱动控制研究,从材料、磁场设计、控制策略等多个角度开展相关研究。


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    十字薄膜软体双模态机器人

    ◆ 分布式智能目标定位技术

    在目标精确定位研究领域,如何采用分布式多传感器系统精确定位目标是一个重要科学问题及研究方向,相关理论成果不仅可应用于军事侦察、打击中的敌方雷达站、舰船、潜艇目标的精确定位,也可用于民用领域的智能安防、被困目标无人机搜救、海上信标搜索、以及地下矿物探查等。目前,本研究方向主要开展针对小区、厂区环境的入侵目标快速定位问题开展应用研究。采用固定视觉摄像头,快速提取目标方位信息,结合移动机器人搭载传感器的多角度量测,实现信息融合、分布式估计以及移动机器人路径优化,实现近距离追踪、辨识、定位等。该方向研究包括安防监控系统搭建、图像信息处理、分布式滤波、优化算法开发等相关技术。