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面向护理服务机器人的关键技术研究与示范应用

[发布时间: 2012-04-06 ]

目前我国有关护理的社会保障制度尚未健全,社会护理人员严重不足。人群的陪伴护理和健康监测也是最棘手的问题之一。预计未来我国社会护理人员将严重不足。因此,发展护理服务机器人势在必行。本项目通过对护理服务机器人大负载高功率、环境识别、自主行走等多项关键技术研究,集成当今机器人的前沿技术,以智力、动力、结构、运动和感知组成要素为基础,对服务机器人各组成单元及其间的信息处理、接口耦合、人机交互进行深入研究,使得整个机器人系统有机集成。实现为护理对象提供服务的多种功能,如与之进行情感交流、心理疏导、娱乐聊天,并具备简单的自我学习功能等。通过几项关键技术的突破,使护理服务机器人具备服务能力强、低成本、高可靠性的特点,为未来进入家庭奠定技术基础及应用示范,推动服务机器人产业化的实现。具体研发内容: 1)根据手臂需要承受低速重载的特点,改进机械结构,研究一种大负载高功率并联驱动机构及控制方法,实现护理服务机器人辅助抱人的功能; 2)采用视频、激光雷达相结合的方法,研究护理服务机器人的自主避障和移动技术。实现智能空间的护理服务机器人同步定位与地图构建。 3)采用欠驱动原理,仿照人手的生理结构,设计出既能包络负重抓取、又能精确捏取的机构,为护理对象抓取多种日常物体,并提供多种护理服务功能。 4)采用最优超平面支撑向量机的信息融合智能决策技术,对多模态输入信号进行数据融合和先进计算。拟解决的关键技术问题: 1)大负载高功率并联驱动技术:开发一种机械臂并联驱动机构,通过对其内部多个电机的协调控制,解决护理服务机器人辅助抱人时,适应本体在有限空间体积内对大负载高功率的严苛要求。 2)环境建模与自主移动技术:通过运动和服务环境的建模和创新机构设计,解决护理服务机器人的自主避障和移动。采用视觉、远红外、激光雷达相结合的方法进行智能空间的护理服务机器人同步定位与地图构建,实现运动速度和方向的协调控制,使得机器人在负重情况下能自如转弯与前进后退运动,防止机器人翻车,完成指定工作。 3)仿人手多种抓取功能技术:采用欠驱动原理,仿照人手的生理结构,设计出既能包络负重抓取、又能精确捏取的机构,并将两种机构集成在一个手指上,通过弹簧和机械限位进行切换,使得机器人可以采取类似于人手的抓取模式,抓取多种日常物体,从而提供多种护理服务功能。 4)智能决策与控制技术:采用最优超平面支撑向量机的信息融合技术,对多种输入信号进行数据计算和融合,进行智能决策。同时,设计模块化的机器人控制体系结构,根据建立的动力模型,采用基于NN的自适应鲁棒控制器和基于事件的在线协调方案,增强移动机器人系统对命令输入信号响应的实时性,提高护理服务机器人自主定位快速性、精确性和鲁棒性。特色和创新之处: 1)提出了一种大负载高功率并联驱动技术,为机器人实现诸如抱人、抱物等大负荷护理运动提供了新思路。 2)提出多模态柔性传感技术,在机械臂、手指及身体分布有柔性触觉传感器,实时感知接触压力,实现人性化护理,增强护理对象的舒适度和实用性。 3)利用自适应欠驱动技术,研制具有包络抓取和精确捏取功能的机器人手臂机构,提供多功能护理服务。


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