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機器人無人機六自由度實時位姿采集與定位追蹤 NOKOV可實現(xiàn)高精度實時室內(nèi)定位與運動追蹤，對六自由度位姿數(shù)據(jù)與關節(jié)角度等運動學數(shù)據(jù)進行采集。 得到的數(shù)據(jù)可以通過VRPN傳輸，或通過SDK（C++語言）端口廣播與ROS、Labview、Matlab（包含Simulink） 等軟件通信進行二次開發(fā)。 室內(nèi)定位 • NOKOV（度量）光學三維動作捕捉系統(tǒng)可實時獲取機器人和無人機精準位置、姿態(tài)和六自由度（6DoF）位姿數(shù)據(jù)。 • 即使是數(shù)百平米的超大實驗室環(huán)境內(nèi)，也能完成對單個/多個機器人或無人機的穩(wěn)定的位姿采集與定位追蹤，并實時輸出位置與姿態(tài)數(shù)據(jù)。 多剛體結構定位 在機械臂、機械手、仿人機器人、仿生機器人、四足/六足機器人、外骨骼機器人、機器人化動力假肢等多剛體的研究中，NOKOV可實時 獲取多剛體結構的關節(jié)角度與六自由度數(shù)據(jù)信息，并支持數(shù)據(jù)導出。 人體步態(tài)動作捕捉 NOKOV（度量）光學三維動作捕捉系統(tǒng)可采集人或其他生物的三維位置數(shù)據(jù)（三維空間坐標）、六自由度（6DoF） 的運動軌跡和關節(jié)角度、旋轉(zhuǎn)、足跟坐標等運動學數(shù)據(jù)。基于整套系統(tǒng)超高的實時性，NOKOV可支持數(shù)據(jù)的實時可視化， 并可導出至第三方軟件進行進一步的數(shù)據(jù)處理。 常見關節(jié)角度：頭和軀干、上肢（肩、肘、腕、手）、下肢（髖、膝、踝、足）。

該裝置屬專利技術，是一種電弧放電光纖研磨截面高精度拋光方法及裝置，利用兩電極間的放電電弧對研磨后光纖表面進行拋光處理，以便去除光纖研磨過程中產(chǎn)生的微裂損傷，提高研磨光纖的質(zhì)量的新型光纖拋光設備。屬于光纖通信系統(tǒng)技術領域，特別屬于利用光纖包層場的變化來制作高精度光器件的技術領域。 光纖屬于硬脆玻璃材料，在光纖研磨過程中，研磨砂將不可避免地會在其表面產(chǎn)生大量的凹坑和微裂損傷，表面粗糙度較高，從而引起光信號的散射和吸收損耗較大，雖然采用顆粒尺寸很小的微粉對光纖的研磨表面進行機械拋光，可在一定程度上降低表面的粗糙度，但機械微粉拋光法并不能消除研磨光纖表面那些不可見的微裂損耗，如果不進行處理，當空氣中的水汽進入這些微裂紋時，將導致所制作的光纖器件的性能很快惡化，對提高器件的穩(wěn)定性極為不利的。而且由于光纖的直徑僅為125微米，為提高其研磨表面的光滑行對機械微粉的材料、尺寸和純凈性要求極高，在實際加工中并不適用。因此，為進一步提高光纖研磨后表面的光滑性，避免微裂損傷造成的器件性能惡化，迫切需要一種價格便宜、使用方便、并且能對研磨光纖表面的微裂紋進行消除的新型拋光設備。 技術內(nèi)容： 利用兩電極間的放電電弧對研磨后光纖表面進行高精度拋光的方法及裝置， 解決其技術問題所采用的技術方案是： 一種電弧放電光纖研磨截面高精度拋光方法，其特征在于，利用在電壓控制下，兩電極放電電弧所產(chǎn)生的高溫效應，將研磨光纖的表面進行熔化，消除研磨光纖表面的微裂紋；通過定位傳感器，是放電電極沿著研磨后待拋光光纖的軸向移動，調(diào)節(jié)光纖拋光的長度；利用電機速度控制器控制電極的移動速度。 技術特點： 1、利用在電壓控制下，兩電極放電電弧所產(chǎn)生的高溫效應，經(jīng)研磨光纖表面進行熔化，消除研磨光纖表面的微裂紋； 2、利用電壓控制PZT，調(diào)節(jié)放電電極與研磨后待拋光光纖間的距離，調(diào)節(jié)精度為0.01微米； 3、通過精密導向機構和定位傳感器控制拋光電極的移動范圍，調(diào)節(jié)光纖拋光的長度，長度為0-140mm； 4、利用電機速度控制器對電極的移動速度進行控制。 利用電壓控制壓電陶瓷PZT，從而調(diào)節(jié)放電電極與研磨后待拋光光纖間的距離；并通過定位傳感器來控制拋光電極的移動范圍，實現(xiàn)光纖拋光的長度的調(diào)節(jié)。其發(fā)明的主要內(nèi)容如下： 該拋光裝置，由PZT高度調(diào)節(jié)器，電機速度控制器、精度導向傳送帶，定位傳感器、V型刻槽光纖放置用微晶玻璃和電極組成。主要優(yōu)點：（1）采用火焰拋光的方法，通過PZT調(diào)節(jié)研磨拋光后的光纖與電極的相對位置，利用電極打火所產(chǎn)生的高溫將研磨光纖的表面進行熔化，從而有效消除研磨光纖表面的粗糙度，抑制微裂紋或凹坑造成的較大損耗；（2）通過精密導向機構的定位傳感器，是放電電極沿著研磨后待拋光光纖的軸向移動，從而實現(xiàn)對光纖拋光的長度進行任意調(diào)節(jié)；（3）利用電機速度控制器對電極的移動速度進行控制。

在棒材、線材、型材及管材等軋制工藝制度制定中，首要任務之一是進行科學的孔型設計。孔型設計合理與否直接影響到軋制效率、產(chǎn)品質(zhì)量和實際操作條件等。棒、線、型材及管材等軋機的經(jīng)濟效益可以通過提高孔型設計質(zhì)量和優(yōu)化軋制工藝制度（包括速度制度等）來實現(xiàn)。傳統(tǒng)孔型設計主要是依據(jù)經(jīng)驗試（湊）錯法，往往需要經(jīng)過多次試軋和修正才能軋出合格產(chǎn)品，研發(fā)周期長、成本大。本項目《高精度計算機輔助孔型設計、模擬和優(yōu)化（CAE）技術》針對各類棒線型材及管材產(chǎn)品以現(xiàn)代計算機輔助工程 CAE 為核心技術進行孔型設計，采用反映軋制過程多階段、多影響因素的精確數(shù)學模型，在滿足咬入及變形條件、孔型中穩(wěn)定條件以及設備能力和電機負荷等限制條件下，進行孔型優(yōu)化設計,既獲得滿足要求的軋材幾何形狀、尺寸精度、表面質(zhì)量和組織性能等，又達到高效率生產(chǎn)的目的。其設計系統(tǒng)的核心是應用計算機優(yōu)化獲得最佳孔型系統(tǒng)、軋輥及孔型配置以及最優(yōu)工藝控制方案和工藝控制模型，還可以對孔型設計結果進行計算機模擬，根據(jù)模擬結果再對孔型設計方案進行必要的修改，用計算機模擬和優(yōu)化加速孔型設計進程、提高孔型設計質(zhì)量（包括安全性、可靠性、共用性等），減少或代替試軋過程。該技術可應用于各類棒、線、型材及管材等軋制過程的孔型設計,其中包括：螺紋鋼筋（包括切分軋制）、圓鋼、方鋼、角鋼、槽鋼、工字鋼、 輕軌、重軌、扁鋼、球扁鋼、H 型鋼、T 型鋼等各類簡單斷面、復雜或異形斷面型材等；熱彎或冷彎型材等；管材孔型設計（包括穿孔機孔型、連軋管孔型以及周期式冷軋管機組）等。連續(xù)式軋機、半連軋、萬能軋制法以及橫列式軋機等；環(huán)件軋制等特種軋制工藝。鋼種：各類碳素鋼、碳結、優(yōu)質(zhì)碳結、各類合金鋼和特殊鋼等。

遠程在線高精度溫度控制系統(tǒng)利用測控軟件LabVIEW編寫控制算法和遠程監(jiān)控程序，可對多達30段的溫度設定曲線進行操作，并可根據(jù)用戶要求固化若干條固定曲線。系統(tǒng)采用神經(jīng)網(wǎng)絡PID調(diào)節(jié)方式，具有自整定、自學習功能、超調(diào)小、穩(wěn)定度好等優(yōu)點，控溫精度在0.1%以內(nèi)。系統(tǒng)采用LabVIEW編寫遠程控制程序，基于TCP/IP協(xié)議建立服務器端和客戶端，通過與PLC通訊，實現(xiàn)遠程在線監(jiān)控功能。用戶可以通過客戶端對遠端的服務器進行在線控制，可對現(xiàn)場電流電壓、實時溫度進行檢控，歷史記錄調(diào)用處理，并且可以對現(xiàn)場設備進行在線遠程啟動、停止、復位、緊急停車等操作。系統(tǒng)通過LabVIEW建立良好界面，被測溫度和設定溫度等參數(shù)均為數(shù)字加曲線實時動態(tài)顯示，界面簡潔直觀，操作簡單方便，安全可靠。本團隊研究開發(fā)的遠程在線控制系統(tǒng)和成套裝置目前處于產(chǎn)業(yè)化前期階段。

研發(fā)階段/n從深海研究中對溫度、鹽度和溶氧參數(shù)的測量需求出發(fā)，針對現(xiàn)有高精度CTD 傳感器產(chǎn)品主要被國外產(chǎn)品壟斷，并且在溫度變化劇烈時，容易因為溫度和電導率 傳感器響應速度不一致造成較大動態(tài)測量誤差，難以在深海熱液冷泉周邊環(huán)境中進 行高精度測量的問題，以及現(xiàn)有溶解氧傳感器響應速度較慢的問題，攻克快速響應 的電導率和溶解氧參數(shù)測量技術，研究實現(xiàn)支持深海快速移動測量的溫鹽-溶氧傳 感器。

高效率、高精度智能化測量技術已成為我國發(fā)展高端制造業(yè)的瓶頸。本項目突破了高效率、高精度智能化測量的一系列難題，形成的自主創(chuàng)新關鍵技術有： 1．首次建立了基于運動學圖譜分析的智能測量裝備設計方法及通用性設計理論體系，使研發(fā)周期縮短了40%，研發(fā)費用降低了35%。 2．針對多傳感器高精度配準的國際性難題，發(fā)明了多傳感器聯(lián)合標定標準器的設計方法。 3．針對測量裝備伺服系統(tǒng)高平穩(wěn)性控制的難題，率先提出了體現(xiàn)溫度影響的非線性摩擦建模方法，測量裝備運動平穩(wěn)性提高了59%。 已申請國家發(fā)明專利18項（授權5項）、實用新型專利12項（授權12項）、軟件著作權7項；以金國藩院士為主任的鑒定委員會一致認為項目整體技術達到國際領先水平。獲得2013年天津市科技進步一等獎。 圖1 缸套類零件檢測用高效高精度智能測量裝備 圖2 慣性元件檢測用高效高精度智能測量裝備 圖3 手機外殼檢測用高效高精度智能測量裝備

1. 痛點問題 場景三維重建是未來視覺成像技術發(fā)展的重要趨勢，支撐導航與人機交互、虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實（VR/AR）、在線文旅、工程設計等前沿領域應用革命性發(fā)展。 目前技術僅僅是根據(jù)局限于面元自身區(qū)域內(nèi)不同時刻的信息融合得到該面元的最終重建結果，忽略了面元之間的關系，導致重建面元的自由度過大，同時由于遮擋、光照變化、紋理不足、運動等因素的影響，降低了深度圖像的稠密度，同時存在相關尺度模糊問題。重建面元受到輸入深度圖像噪聲以及定位系統(tǒng)對相機定位誤差的影響，出現(xiàn)重建面元的位置及朝向可能與真實值存在明顯偏差，且相鄰面元之間可能存在不一致的情況，導致最終重建的三維模型的稠密度、魯棒性、一致性和準確性較低。 2. 解決方案 本項目成果提出了一套高精度稠密室內(nèi)場景重建技術，首先提出基于物理空間推理和語義關聯(lián)建模的場景多粒度（像素/體素-超像素/體素-對象-場景）感知方法，綜合語義信息、幾何結構信息以及時空間信息進行濾波，實現(xiàn)準確深度估計，聯(lián)合光流估計與相機位姿估計進行多任務自監(jiān)督訓練，實現(xiàn)深度估計網(wǎng)絡權重的在線調(diào)整，提高深度估計在未知場景下的性能，進一步引入在室內(nèi)場景中常見的三種局部和全局尺度空間平面關系約束，為每一個重建面元提取三種支撐面元集，以支撐面元為載體將面元之間的空間關系作為額外約束引入密集面元生成階段，抑制深度圖噪聲和定位誤差的負面影響，提出基于語義先驗的實時概率稠密重建方法，通過時序傳播與概率模型更新實現(xiàn)實時場景深度重建，提高最終三維重建模型的稠密度、魯棒性、一致性和準確度，新引入的部分計算量小，能保持現(xiàn)有方案的實時性和可擴展性，能夠快速對大場景進行實景稠密三維重建，為用戶提供低成本、高效率、極便捷的空間3D重建解決方案。 合作需求 尋求在VR/AR、機器人、智慧城市等領域有相關技術開發(fā)、市場推廣經(jīng)驗，能推廣本技術落地的高科技企業(yè)，可以進行深度合作。

高效率、高精度智能化測量技術已成為我國發(fā)展高端制造業(yè)的瓶頸。本項目突破了高效率、高精度智能化測量的一系列難題，形成的自主創(chuàng)新關鍵技術有： 1．首次建立了基于運動學圖譜分析的智能測量裝備設計方法及通用性設計理論體系，使研發(fā)周期縮短了40%，研發(fā)費用降低了35%。 2．針對多傳感器高精度配準的國際性難題，發(fā)明了多傳感器聯(lián)合標定標準器的設計方法。 3．針對測量裝備伺服系統(tǒng)高平穩(wěn)性控制的難題，率先提出了體現(xiàn)溫度影響的非線性摩擦建模方法，測量裝備運動平穩(wěn)性提高了59

穩(wěn)定精確的頻率源是現(xiàn)代電路系統(tǒng)中必不可少的模塊，廣泛應用于通信、雷達、數(shù)據(jù)處理等場景。伴隨著第五代通信系統(tǒng)的商業(yè)化應用，對于多頻率、超寬帶、低噪聲的時鐘信號需求愈發(fā)高漲。本成果針對不同的頻段應用場景需求，提出一種快起快鎖的多核超寬帶鎖相環(huán)芯片，內(nèi)嵌的單核快起、多核切換結構使得該芯片可覆蓋54MHz-6.8GHz的工作頻率，并在全頻段內(nèi)相位噪聲優(yōu)于-120dBc/Hz@1MHz，穩(wěn)定鎖定時間低于25μs。芯片采用180nm CMOS工藝實現(xiàn)，整體性能逼近市面上已有高端鎖相環(huán)芯片，而生產(chǎn)成本則大幅降低，具備的較高的市場差異化競爭力，可實現(xiàn)多場景下的芯片國產(chǎn)替代。

項目概況 目前，國內(nèi)外大量應用弧焊機器人系統(tǒng)從整體上看基本都屬第一代或準二代焊接機器人 系統(tǒng)。由于焊接路徑和焊接參數(shù)是根據(jù)實際作業(yè)條件預先設置的，在焊接時缺少外部信息傳 感和實時調(diào)整控制功能，這類弧焊機器人一般不能應對焊接作業(yè)條件嚴格的穩(wěn)定性要求，焊 接時缺乏“柔性”，表現(xiàn)出明顯的缺點。在實際弧焊過程中，焊接條件是經(jīng)常變化的，如加 工和裝配等誤差會造成焊縫位置和尺寸的變化，焊接過程中工件受熱及散熱條件改變會造成 焊道變形和熔透不均。 為克服機器人焊接過程中各種不確定性因素對焊接質(zhì)量的影響，提高機器人作業(yè)智能化 水平和工作的可靠性，要求弧焊機器人系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)焊接參數(shù)的在線調(diào)整，且能實現(xiàn)焊縫 的自動實時跟蹤。已完成鋁鎂硅合金框架弧焊機器人柔性工作站焊縫智能跟蹤與圖象處理技 術，使企業(yè)塞拉門設計制造的技術水平達國際先進水平。 本項目具有國際先進水平，擁有自主知識產(chǎn)權。 主要特點 已完成的項目，塞拉門框架的材料為鋁鎂硅合金，材料特殊、框架尺寸較大，焊點多 而短、焊接質(zhì)量要求高，故解決柔性夾具設計、實現(xiàn)兩面焊接、滿足多系列多規(guī)格門框尺 寸的要求是體現(xiàn)了成果的先進性； 鋁鎂硅合金框架弧焊機器人柔性工作站所包括的柔性夾具、焊縫智能跟蹤與圖象處理 技術，使企業(yè)塞拉門設計制造的技術水平達國際先進水平，體現(xiàn)了成果的創(chuàng)造性。 技術指標 國內(nèi)城市軌道車輛、高速列車的迅猛發(fā)展使得城軌門生產(chǎn)逐年猛增，品種不斷翻新，但 鋁鎂硅合金框架等主要零部件仍為手工焊接。由于手工焊接依賴于工人的技術水平，效率低， 焊接質(zhì)量欠佳，優(yōu)質(zhì)品率低，是制約我國城軌門產(chǎn)品升級的關鍵技術。 首選企業(yè)的高精度焊件達到：焊縫識別誤差 600×600 像素， ±0.25mm，±0.20mm；焊 槍姿態(tài)誤差，±0.045mm，±0.040mm；其它誤差（包括焊絲變形誤差、工件熱變形誤差、焊 接電流誤差等），±0.030mm，±0.020mm；視覺跟蹤綜合誤差，±0.5mm，±0.35mm。 市場前景 成果實施后使用單位使用前手工焊接的 1.2 萬件/年，達到 4 萬件。按人工焊接生產(chǎn)水 平，支出費用為 72 萬×3.5=252 萬，機器人的投入成本 1 年半內(nèi)可收回，且可滿足使用單位 近 3-5 年的發(fā)展需求。 按近幾年使用單位產(chǎn)品產(chǎn)量的增長速度，2009-2010 年產(chǎn)量可達 5.5 萬件，2 臺機器人 工作站每年可生產(chǎn) 5.68 萬件，完全滿足生產(chǎn)要求。若仍用人工焊接則成本支出為 72 萬 ×4.6=331.2 萬元，而機器人工作臺投入費用為零。企業(yè)每年可新增產(chǎn)值 4-5 億元，利稅 1.2-1.5 億元。 市場應用方面已具備推廣應用的基本條件，該成果的完成，不僅可以提升企業(yè)高精度特 材焊件設計制造的技術水平，提高企業(yè)技術創(chuàng)新能力和提升產(chǎn)業(yè)集聚度，使產(chǎn)品達同行業(yè)國8 內(nèi)領先或國際先進水平，且可成為企業(yè)現(xiàn)代先進制造工藝與裝備工程應用的一個亮點。通過 開發(fā)研制，真正體現(xiàn)了產(chǎn)學研合作的現(xiàn)代高等教育理念，在高校和企業(yè)中鍛煉出一批機器人 研制方面、具有實戰(zhàn)經(jīng)驗的科技人才。