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北京交通大學（前沿）高速鐵路設備設施服役狀態智能感知與態勢分析研究項目競爭性磋商

工業機器人定位精度是機器人技術研究的關鍵問題，直接影響到機器人的作業精度和應用水平。本項目瞄準機器人動態誤差測量中的關鍵問題，原創性的將級聯棱鏡多模式跟蹤方法引入機器人動態測量中，結合單站雙視場三維重建方案，不僅可以實現粗精順序跟蹤、時變跟蹤和連續跟蹤等動態測量要求，而且能夠產生直線形和圓弧形等多種跟蹤樣式，同時滿足大視場、高分辨率成像和大范圍、高精度定向的動態多自由度測量要求。研究內容包括：建立級聯棱鏡粗精耦合跟蹤和雙視場成像聯控的測量方案和數學模型；研究粗精跟蹤和雙視場成像的參數匹配、模式轉換、測量信息提取與圖像處理方法；根據測量要求，建立機器人動態誤差測量的理論模型、誤差模型和實驗方案，并實現測量系統的精確標定；通過機器人動態誤差的測量實驗，為機器人誤差測量提供科學依據，同時對測量精度進行評定。本項目提出的單站多模式跟蹤測量方法具有獨創性和可行性，旨在攻克激光多模式跟蹤機器人誤差測量系統中的關鍵問題，開展測量系統的原理樣機實驗和應用示范研究，有望為機器人動態誤差測量提供全新的解決途徑，具有重要的應用價值和市場前景。 近二三十年來，激光跟蹤技術發展迅速，在機器人測量領域得到廣泛應用。據ElectroniCastConsultants發布的市場研究報告，對光電跟蹤行業的全球消費量進行了調查分析。2010年，光電跟蹤設備的全球消費價值為5.95億美元，預計未來五年該行業的消費價值將以9.83％的平均年增長率在成長，2016年將達到9.51億美元，約合人民幣58.96億元。本項目提出的測量系統以其結構緊湊、準確性高、速度快、偏轉角度大、動態性能好、環境適應性好等優點，是一種頗具潛力的測量新技術，可以廣泛用機器人動態誤差測量領域，具有廣闊的市場前景。 根據“中國制造2025”規劃，我國需要努力提升高端裝備的自主創新研發能力，而測量技術是高端裝備制造的重要保證。目前，我國高端光學測量設備主要依賴進口，不僅價格昂貴，而且國外對其關鍵技術嚴密封鎖。國外每臺激光跟蹤儀的售價高達百萬元，嚴重制約一些我國中小心型企業的購買。因此本項目研發的產品不僅在國內存在巨大的市場空間和發展潛力，而可以推動先進裝備制造的產業化進程，對促進我國自主創新具有重要的戰略意義。項目研發中的創新技術處于國際先進水平，將極大提升機器人作業的技術含量。合作單位江陰納爾捷機器人技術有限公司是專業從事機器人技術研發的高新技術企業，是機器人產業聯盟第一屆理事單位，具有雄厚的科研和技術開發實力。該項目在研究實驗階段，就可以將成果應用到現有產品的開發中；項目完成后除了該公司以外，研究成果還可以應用到其他自動化機器人裝備企業的產品開發中。尤其通過產學研結合，將會極大的提升產品的科技含量并縮短產品開發周期，提前實現批量化市場銷售，有望為企業帶來良好的經濟效益。

項目成果/簡介:項目針對術前、術中、術后全周期的 MIS-TKA 機器人綜合解決方案，突破柔順 7 自由度機械臂與精細操作 2 自由度末端執行器，個性化虛擬導板以及安全手術操控技術，基于圖像配準的增強現實手術導航技術，術中下肢力線定量檢測與修正、以及個性化術后評估技術；研制出具有術前規劃、術中導航與機器人操控、術后評估、以及安全保障的專科型 MIS-TKA 機器人樣機系統，建立 MIS-TKA 機器人手術流程規范與安全、有效性評估體系。項目階段:已成功研制出脊柱微創手術機器人系統，并開展臨床試驗效益分析:膝關節損傷是骨科學的主要組成部分，且由于其周圍毗鄰重要神經、血管，不恰當的手術操作往往會導致嚴重后果。微創全膝關節置換技術手術創傷小，術后恢復快，深受患者好評。但該技術嚴重限制 了手術切口，手術視野小、操作空間窄、骨性標志顯露差對醫生提出了更高的要求。本項目從微創全膝關節置換手術外科臨床出發，針對術前、術中、術后三個階段提出智能化、機器人化手術方案，將微創精準 TKA 手術提升到智能化水平，推動 TKA 機器人手術技術、TKA導航技術、TKA 術前規劃和術后評估技術、以及智能化手術系統集成技術的進一步發展，為后續臨床驗證、產品化奠定堅實的技術基礎。

山西大同大學AI+同大創客中心參與研制的履帶式智能消殺戰“疫”機器人——“雷神1號”和輪式智能消殺戰“疫”機器人——“火神1號”已下線，樣機已在山東地區投入使用。

該項目通過產學研用的創新合作，已研制出水下機器人焊接與增材制造系統，可應用于核乏燃料池、核構件池、核島等強輻射環境水下焊接與增材修復，也可以應用于海洋資源開發裝備以及海洋維權裝備的遠程遙操作水下自動焊接與增材修復。自動化程度高，水下電弧穩定性，在水深壓力作用下仍具備非常優異的蓋面搭橋能力，獲得的焊縫成形美觀，接頭力學性能好。該套技術裝備已于2016年通過中廣核研究員組織的現場驗收。該技術成果被科技日報以35項“卡脖子技術”專題進行了深度報道（第28項），入選劉亞東主編的《是什么卡住了我們的脖子》一書。

項目針對術前、術中、術后全周期的 MIS-TKA 機器人綜合解決方案，突破柔順 7 自由度機械臂與精細操作 2 自由度末端執行器，個性化虛擬導板以及安全手術操控技術，基于圖像配準的增強現實手術導航技術，術中下肢力線定量檢測與修正、以及個性化術后評估技術；研制出具有術前規劃、術中導航與機器人操控、術后評估、以及安全保障的專科型 MIS-TKA 機器人樣機系統，建立 MIS-TKA 機器人手術流程規范與安全、有效性評估體系。

軍艦、輪船、航母等大型船只由于海水的腐蝕以及海洋微生物的附著，船舶外壁鋼板需要定期除銹，傳統的除銹工藝是由人工手持噴槍進行高空作業，工人勞動強度較大，且產生大量粉塵嚴重污染周邊環境。 針對上述問題研制了爬壁式船舶噴砂除銹機器人，設備分為爬壁機器人、噴砂及回收撬裝和空壓機三部分，爬壁機器人作為噴槍載體，代替人工到高空進行除銹作業。人工在地面操作遙控器操控爬壁機器人，也可以提前設計好路線全自動除銹。除銹后產生的廢料和粉塵限制在防塵罩內，經回收管路吸入分離器，分離出的大顆粒砂料落入噴砂罐內重新利用；不可利用的小顆粒粉塵經管道進入濾筒過濾器，灰塵沉入儲塵箱，達標后的空氣排出。 本設備具有以下優點：無粉塵及噪聲污染，綠色環保；磨料可循環利用，節約磨料成本；吸附力強，可進行負角度行走；除銹效率高，是人工除銹的2-3倍；無線遙控，方便安全。

"微創手術是外科發展的必然趨勢。微創手術機器人可提升醫生手術能力，改善工作模式，提高手術質量，對微創手術發展具有重大意義。 項目在國家科技支撐計劃、863計劃等支持下，圍繞微創手術需求，從基礎理論、關鍵技術、臨床應用三個層面開展系統研究，結合機器人學、折展機構理論、可靠性設計方法等原理，在系統設計與優化、可靠性設計與系統集成、檢測方法與安全性評價、臨床評估與應用研究等方面展開工作，研制成功具有完全自主知識產權的微創手術機器人整機系統，打破了國外的長期技術壟斷，實現了高端醫療裝備自主創新。"

該項目開發出一種帶有智能助力、可穿戴在行走障礙患者下肢進行康復訓練或行走助力的機器人設備，主要應用于下肢康復領域，可以實現全支撐真實行走訓練方式和在線姿態反饋實時智能引導的全閉環人機交互訓練模式，能為各種狀態（不同損傷及恢復體況）的患者進行準確合理助力、提供正確步態引導的真實行走式康復訓練，使患者運動機能得到更快更好恢復，高效提升行走能力。作為國內首個治療改善下肢運動障礙的特效智能機器人系統，該產品改變了傳統一對一人工或半機械康復訓練治療模式，為患者提供一種廣泛適用的下肢康復訓練科學手段，極大提升了我國康復學科的技術水平和先進性.

一種欠驅動的仿生四足機器人，屬于仿生機器人領域，解決現 有仿生四足機器人腿部的質量和轉動慣量過大的問題，同時減小與地 面碰撞產生的能量損失，增加腿的柔順性。本發明由機身以及前左腿、 前右腿、后左腿、后右腿組件構成，前左腿、前右腿、后左腿和后右 腿組件的結構相同，前左腿、前右腿組件左右對稱、分別連接于機身 前部的左右兩側，后左腿、后右腿組件左右對稱、分別連接于機身后 部的左右兩側。本發明驅動電機都布置在機身上，減小了腿部的質量 和轉動慣量，提高機器人運動速度；通過拉線方式實現膝關節和踝關 節聯動，減小了主動電機的數量；腿部拉簧順應機構和踝關節處扭簧， 可以降低與地面碰撞帶來的能量損失，提高能量的利用效率。