XSJZ-202224 柔性机器人与微纳操作

第二届上海大学十大学术进展候选项目简介

申报编号:XSJZ-202224)

 

一、学术进展名称及负责人:

柔性机器人与微纳操作

田应仲(上海大学机电工程与自动化学院教授

二、项目背景:

《国家中长期科学和技术发展规划纲要》提出,以科技发展的局部跃升带动生产力的跨越发展,重点发展军民融合、保障国家安全和增强综合国力的重大战略。柔性机器人与高精度微纳操作是航空航天、通信设备等国家重大需求领域的核心技术,是制约尖端装备检修及先进制造的卡脖子问题具有极为重要的经济与社会意义。强动态干扰下,柔性机器人对多样化目标的精密作业面临运动模式单一负载能力有限感知精度不足的难题。对于微纳操作而言,目前主要存在纳米精度难实现传动行程难保证操控器件难构建的挑战。综上,需突破柔性机器人智能感知与精密作业、高精度多维微纳操作关键技术,支撑在尖端装备检修及先进制造等领域实现多尺度驱动精传动准操控顺

三、学术进展及创新点:

经多年技术攻关,研究团队在柔性机器人与微纳操作上取得国际先进的科研成果,主要创新点如下:

1.发明了柔性机器人变胞设计与多功能重构方法。提出基于折纸结构三维映射的形变调控机理,实现几何一致执行器多样化运动,结合榫卯结构和磁吸式原理,实现面向不同操作场景的多功能重构,极大提升操作灵活度;发明了多驱动协同刚度高效调节与适应性形变控制。提出基于聚乳酸热相变的刚度调整策略,基于气液混合热交互框架,变刚度效率提升90%,采用差异化目标随形操作机制,非敏感目标操作时间降低90%,有效解决机器人末端刚度不足的问题;发明了多模态信息融合自驱动感知方法。提出基于摩擦电原理的柔性滑/触觉和形态传感器,突破基于机器学习的多模态信息融合感知方法,有效避免传感器形-触耦合效应导致的感知偏差,操作目标预测准确率达98.1%

2.发明了多维精密平台动态迟滞补偿与协同控制技术。基于唯象模型的非对称迟滞表征与补偿方法,实现多维精密平台的迟滞交叉解耦,使动态迟滞的辨识误差均方根值降低11.28%,耦合位移误差减小4倍以上;发明了多维大行程柔顺传动机构创成设计方法。提出拓扑优化法与伪刚体法结合的多自由度柔顺机构设计理论,建立基于卡氏第二定理与弹性梁理论的柔顺机构运动模型,实现0.19um0.37urad直线/转角定位精度;发明了原位非接触微纳器件快速构建技术。提出了基于光镊和光成形的原位微成形技术,建立基于不同表面特性的微纳操作器非接触组装操控方法,实现末端操作器件5um/1um的特征尺寸和成形误差,操控和成形时间均小于0.2s

 

/private/var/folders/0b/n954bdqd3dj501mzmfsrw17h0000gn/T/com.kingsoft.wpsoffice.mac/picturecompress_20230309141750/output_1.jpgoutput_1

1 强动态干扰下智能感知与精密作业技术

机自学院-图2 高精度多维微纳定位及操控技术

2 高精度多维微纳定位及操控技术

四、研究成果及应用情况、学术及社会影响:

相关研究取得大量前沿原创性成果并打破国外技术垄断,发表包含Nature子刊高水平论文36篇,授权发明专利32项,参与制订国家标准4项。

1. 代表性成果(论著、专利及获奖)

1中科院一区TOP论文:Nature Communications(202010月、20222)Nano Energy(20219)IEEE Transactions on Robotics(20218)Advanced Science(202111)Soft Robotics(202112)Mechanism and Machine Theory(20227)等。

2中国国家发明专利5ZL202110632036.1ZL202010710239.3ZL201810527252.8ZL201810527230.1ZL202011567593.1等。

2. 学术及社会影响

光耦合自动化组装设备核心指标达国际同等水平,光通信产品获得思科 wiggle 认证,北美GR326 认证,产品供应 BroadcomIntelMolex、波若威等全球TOP 10光模块厂家;产品和技术成功应用于嫦娥系列月球车光谱仪定标板的控制、高精度对地遥感卫星指向平台、中国商发CJ1000A 大飞机发动机叶片精密铸造模具、芯片射频倒封装工艺 CP 测试等,有力支撑了通信设备、航空航天等国家重大需求,近三年新增经济效益3.05亿元。

Top