轮足复合快速运动仿人机器人研制

20211012

制造业

本科技成果目前已经实现了轮足机器人多种路面条件快速运动、灵活运动形态转换与稳定通过障碍，针对仿人机器人运动形态单一、运动速度较慢的问题，较好的解决了仿人机器人快速灵活运动的难题，该技术具有原始创新性，目前处于实验室研究阶段，已经实现了以轮足复合仿人机器人为载体的典型使用环境验证，对仿人机器人整机及关键技术进行了验证，全部功能和技术指标满足要求，具备在实际使用环境中进行测试和验证的可行性。采用轮-足-腿多形态机器人一体化机构设计与优化、仿人机器人运动状态感知、仿人机器人运动形态决策和路径规划、多运动形态动态转换控制等关键技术，本科技成果实现如下技术指标：1）具备双足、轮足复合形态；2）双足和轮足自主形态转换时间5s；3）平地环境下轮式运动速度11km/h；4）轮式跳过地面障碍高度6cm；5）足式越过地面障碍高度20cm；6）障碍环境下转向 90°的时间1.95s等。 目前本科学成果转化所处的阶段为科学成果产品化阶段，即踏入市场第一步，将本科技成果转化为产品。在这个阶段，重点完善相关硬件及软件，实现从测试设备到产品样品的转化，生产小批量的样品进行试验，若达到市场要求，再进行批量化生产。

目前拟采取的转化方式有两种，一种为合作转化，一种为作价投资。 （1）合作转化，即我方与合作方订立合作转化协议，发挥各自优势，共同转化科技成果，并就收益共享、风险共担的办法达到共识。由我方（科技成果所有方）提供科技成果，并负责后续研发，由企业等合作方提供资金支持，以及生产线、实验场地等条件，围绕目标客户的需求，配合我方对科技成果进行后续试验、产品试制与定型、工艺开发，负责产品的市场推广，期间不涉及科技成果权属转让。对合作方的要求即为保证双方科研人员的参与度，并建立相应的激励与约束机制，以确保在需要时科研人员能够并积极地参与其中。 （2）作价投资，即我方将科技成果知识产权作为资本投入到企业，取得该企业的股权(份)，并参与该企业的经营管理，分享经营收益，分担经营风险。要求我方可以继续对该成果进行研究开发并分享其转化收益，不受知识产权的保护期限的限制。我方与各投资方结成紧密的合作关系，要求投资方尽所能地投入资金、技术、市场渠道、人才、资源等，结成利益共享、风险共担的经营实体。 我们需要与企业或其他投资方共同合作，进行市场培育，挖掘市场潜力，共同转化科技成果，实现共同收益、共同研发。

仅限国内转让

随着电商巨头和快递业龙头对分拣机器人、AGV、无人仓等大幅度加码，智慧物流已成为物流行业的大势所趋。而物流机器人作为推动智慧物流发展必不可少的重要技术装备，正借助智慧物流发展的东风，呈现勃勃生机。但是由于AGV的智能性相对较低、运作系统较为僵化、只能服从简单的编程指令、设备更新时容易出现中断情况、在运输过程中一旦遇到静态或动态的障碍物时容易出现故障、对于复杂、繁琐、智能的指令很难运行，因此，轮足复合仿人机器人这种能够适合动态生产环境使用的自主移动的搬运机器人更能满足人们的需求，有着巨大而又广阔的应用前景和庞大的市场规模。 作为安防机器人、巡逻机器人使用，轮足复合仿人机器人同样具有巨大的发展潜力和庞大的应用市场。我国安防机器人的起步时间较晚，在2016年才有少量公司开始做安防机器人。预计安防机器人市场将进入扩展阶段，实现快速增长。 目前中国机器人较大的市场缺口将带动机器人共性关键零部件需求量的急增。仿人机器人可完成高强度、大范围工作，扩大传统工业机器人应用范围，应用于生活服务机器人、搜救排爆机器人等，辅助老龄人、残障人的生活起居，替代宇航员、排爆人员、安保人员完成危险工作。仿生人机器人作为一种智能机器人的理想形态，未来在制造业、医疗、航天、公共安全等领域有巨大市场。 以仿人机器人为代表的服务机器人必将成为新兴产业。仿人机器人的研究在机器人学，控制科学，仿生学等领域具有重要意义，其关键技术及核心功能部件的突破将引领和支撑服务机器人产业发展，并辐射到工业机器人、自动化装备等领域。该项目的开展将建立新一代智能移动机器人验证平台，抢占“新一代机器人”的技术制高点，攻克智能腿足式移动机器人的应用关键技术，深化我国智能腿足式移动机器人的工程化应用，具有很高的科学研究价值和广大的商业应用机会。

智能制造与机器人技术创新

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

本科技成果主要源于 “轮足复合快速运动仿人机器人研制”项目及项目中产生的专利。主要针对仿人机器人运动形态单一、运动速度较慢、环境适应能力较弱的问题，突破仿人机器人快速灵活运动的难题，实现轮足机器人多种地面条件快速运动、灵活运动形态转换与稳定通过障碍。 为了突破上述问题，本科技成果所应用的技术原理，包括以下几点： 1）利用轮-足-腿一体化机构设计与优化等技术原理，针对目前仿人机器人运动速度有限，难以快速完成长距离运动的问题，结合轮式机器人运动速度快、活动范围广的优势，进行轮足复合仿人机器人一体化机构设计，使机器人具有狭窄通道以及楼梯等多种环境的适应能力，并大幅提升机器人在不同地面条件下的快速移动能力。 2）建立仿人机器人运动状态感知系统，针对仅使用法向力的接触估计在足部打滑、侧翻等情况下引起误判导致的躯干估计误差的情况，利用摩擦约束及压力中心信息的足部六维接触概率在线估计模型，依据六维足地接触力/力矩和六维接触约束获得接触概率，并将接触概率用于调节躯干估计中接触噪声的协方差矩阵，利用贝叶斯优化对躯干估计准确度进行优化得到接触概率估计模型的参数。 3）通过视觉传感器构建环境模型，对三维环境模型进行平面网格化投影，通过将点云信息进行聚类与分割处理，将 3D 路径所经过环境划分为不同的区域。轮足形态机器人在对应区域决策轮足结合快速移动或行走，穿多种地形，跨越低矮物体或登上多级台阶等，最终实现轮足形态快速运动机器人在多种环境中灵活决策并自主运动。 4）针对轮足复合机器人轮式与足式状态转换过程中的稳定控制问题，建立非结构环境适应性动作有限状态机，包括双足类人模态的拟人化灵巧移动作业、轮足形态的平坦地面高速机动，研究多形式运动模态识别、规划与控制的动态转换关键技术，实现针对不同工况下的机器人的运动规划与动作控制，达到稳定多运动形态的目的。 通过解决上述问题，本科技成果达到：1）具备双足、轮足复合形态；2）双足和轮足自主形态转换时间5s；3）平地环境下轮式运动速度11km/h；4）轮式跳过地面障碍高度6cm；5）足式越过地面障碍高度20cm；6）障碍环境下转向 90°的时间1.95s等多项关键性技术指标。 仿人机器人是智能机器人的制高点，是服务机器人的一种理想形态，在危险作业、公共安全、社会服务等领域具有广泛的应用前景。本科技成果突破仿人机器人双足运动、轮足等运动模式的自动转换等关键技术，研制具有轮足形态快速运动能力的整机，具备优秀的多模态运动性能，复杂地形通过能力。本科技成果对于提高机器人在工业制造、物流运输、服务、危险场景作业、公共安全等领域的发展有着重要的作用。具体体现在以下方面： ??工业制造领域：轮足复合型仿人机器人的研制可以解决当前工业市场面对的工人薪资上涨以及熟练工人短缺的难题，可以满足厂房内的自主作业、巡检、安全检查等工作需求，完成焊接、涂装、材料或耗材的运输等任务，对于扩大工业机器人的应用范围和提高制造加工效率有着重要作用。 ??物流运输领域：轮足复合仿人机器人具有快速运动、灵活形态切换、状态感知、实施决策、准确执行等能力，可以高效的完成搬运、分拣、打包等工作，不再受限于场地的布置和硬件设施，可以在电商仓库、冷链运输、供应链配送、港口物流等多种场景中发挥重大的作用。 ??服务领域：由于车辆进城难、进小区难、配送时间分散、客户分散等原因，快递、外卖等电子商务的“最后一公里”只能小批量、高频次的配送，使得地区内配送成本居高不下，轮足复合仿人机器人成为了另一种高效、新颖的解决方案，可以实现智能操作、灵活配送、个性化服务，必将得到广泛的应用。 ??灾害救援领域：灾害现场的情况往往是难以预测的，人形机器人更适合于灾害救援，轮足复合机器人可以较快到达救援地点，同时能够适应灾害现场复杂的地面情况，机器人可以在更大的范围内快速开展救援作业，完成调查、侦查、搜救、协助脱险、救灾作业等任务，代替人类进入火场、坍塌、爆炸、核污染等危险环境中执行作业，有巨大的应用潜力。 ??公共安全领域：轮足复合仿人机器人可以与自主导航系统、视觉识别系统、远距离无线通讯系统、自主充电系统、监控后台系统等实现结合，可替代安保人员在重点监控区域进行自主巡逻，在发生突发事件时，可远程遥控机器人前出侦查，进行驱离或多种非致命性打击。适用场景：警用安防、寄宿制学校、室内外仓储、停车场等场景的夜间巡逻，医院、景区、交通枢纽等公共场合的巡逻。