智能机器人重点专项

-1-“智能机器人”重点专项2018年度项目申报指南建议为落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》、《国家创新驱动发展战略纲要》和《中国制造2025》等规划，国家重点研发计划启动实施“智能机器人”重点专项。根据本重点专项实施方案的部署，现发布2018年度项目指南。本重点专项总体目标是：突破新型机构/材料/驱动/传感/控制与仿生、智能机器人学习与认知、人机自然交互与协作共融等重大基础前沿技术，加强机器人与新一代信息技术的融合，为提升我国机器人智能水平进行基础前沿技术储备；建立互助协作型、人体行为增强型等新一代机器人验证平台，抢占“新一代机器人”的技术制高点；攻克高性能机器人核心零部件、机器人专用传感器、机器人软件、测试/安全与可靠性等共性关键技术，提升国产机器人的国际竞争力；攻克基于外部感知的机器人智能作业技术、新型工业机器人等关键技术，推进国产工业机器人的产业化规模及创新应用领域；突破服务机器人行为辅助技术、云端在线服务技术及平台，创新服务领域和商业模式，培育服务机器人新兴产业；攻克特殊环境服役机器人和医疗/康复机器人关键技术，深化-2-我国特种机器人的工程化应用。本重点专项协同标准体系建设、技术验证平台与系统建设、典型应用示范，加速推进我国智能机器人技术与产业的快速发展。本重点专项按照“围绕产业链部署创新链”的要求，从机器人基础前沿技术、共性技术、关键技术与装备、应用示范四个层次，围绕智能机器人基础前沿技术、新一代机器人、关键共性技术、工业机器人、服务机器人、特种机器人六个方向部署实施。专项实施周期为5年（2017—2021年）。1.1.1.1.基础前沿技术基础前沿技术基础前沿技术基础前沿技术1.1仿灵长类高机动运动机器人研究内容：面向野外丛林等复杂环境自主移动需求，研究足、踝、腿、脊椎、臂、爪等仿生机构和爆发式高功率密度驱动技术、高机动运动控制方法等，研制仿灵长类机器人原理样机，实现走、跑、跳、攀爬等多种运动方式，开展典型地形环境的实验验证。考核指标：机器人自重≤100kg，具有两足直立行走、四足行走和攀爬能力；最大运动速度≥5km/h，跳跃高度≥0.5m，跳跃距离≥1m，攀爬垂直障碍高度≥0.8m，自然坡坡度≥30°；发表系列高水平论文，申请/获得不少于10项发明专利。1.2机器人新型复杂变构型机构设计理论与技术研究内容：面向冗余柔性变形、模块化自重构、刚软耦合等机器人前沿技术，研究具有环境自适应能力的可变形、冗余柔性、-3-刚软耦合结构设计理论和技术，研究相关机器人的建模、感知、规划、控制技术，研制相应的机器人实验样机，实现验证。考核指标：研制出具有10种以上变形能力的模块化自重构机器人、具有20个自由度以上的高冗余柔性机器人、可抓取不少于10种外形材质有显著差异物体的刚软耦合多指灵巧手等3类实验样机。至少有2项先进前沿技术实现首创或达到同类技术的国际领先水平，并提供佐证材料；发表系列高水平论文，申请/获得不少于10项发明专利。1.3机器人仿生感知与驱动技术研究内容：基于仿生原理，研究新型可穿戴柔性传感器阵列；研究基于生物细胞机理的类生命视觉感知成像技术与器件实现；研究基于生物细胞机理的类生命驱动技术与器件实现；研制实验样机，实现原理验证及功能演示。考核指标：可穿戴柔性传感器阵列具有压力与温度感知功能，集成度不低于每平方厘米100个，单个传感单元（敏感区域）尺寸小于60μm×60μm；最小可检测压强＜1Pa；压力响应时间＜50μs；温度检测范围－20~80℃，检测分辨率≤0.5℃。研制可见光和红外2类类生命视觉感知器件，成像平面内目标姿态分辨率均优于0.2Rad；类生命红外感知器件可在室温下正常工作，成像光谱范围900~1400nm。所研制类生命驱动器器件，实现不少于3种可控动作。至少有2项先进前沿技术实现首创或达到同类技术的国际领先水平，并提供佐证材料；发表系列高水平论文，申请/-4-获得不少于8项发明专利。1.4机器人用新型精密减速器研究内容：有别于现有机器人RV、谐波等减速器传动原理，研究机器人用减速器新型传动原理、新型结构，满足机器人关节大减速比、高精度、高刚度、高效率、高可靠性的要求；研制原理样机，与现有RV、谐波减速器进行综合性能对比测试，实现工业机器人的应用验证。考核指标：研制出至少3种类型新型原理减速器，在相同减速比、相同输出扭矩条件下，综合性能达到或优于现有RV、谐波减速器性能水平，在不少于5自由度工业机器人上装机验证。至少有2项先进前沿技术实现首创或达到同类技术的国际领先水平，并提供佐证材料；申请不少于5项发明专利。1.5微纳操作机器人技术与系统研究内容：研究亚纳米精度跨尺度驱动机理与运动控制技术，复杂环境下纳米探针动力学建模、宽频域/低噪声驱动与传感技术、多探针协调控制技术、多参数原位测试表征技术，纳米探针复杂三维轨迹实时跟踪与控制技术，微米尺度应变感知与流体负压控制技术；研制微纳操作机器人集成样机系统，结合典型需求开展技术验证。考核指标：研制出基于光学显微镜、原子力显微镜（AFM）、扫描电镜—透射电镜（SEM-TEM）的3种微/纳米操作机器人。基于光学显微镜的微操作机器人：不少于8个自由度，定位精度-5-优于1µm，力测量精度优于10µN，压强控制精度优于0.1Psi；基于AFM、SEM-TEM的2种纳米操作机器人：不少于6个自由度，定位精度优于2nm，力测量精度优于20pN，力控制精度优于50pN；面向细胞等生物活体、微纳米器件操作等不少于5类典型操作开展实验验证；申请/获得不少于5项发明专利。1.6基于视觉的机器人环境建模与定位导航研究内容：针对少/弱纹理、运动模糊、光线变化、空旷区域、复杂动态等室内外环境中机器人环境建模和定位导航，研究基于视觉的语义级高精度地图自动构建和增量式自动更新、鲁棒定位与实时导航、动态目标检测与自主适应等技术，搭建机器人实验平台，实现技术验证与示范。考核指标：针对写字楼、商场、厂区、社区、废墟等5种以上、面积大于5000平方米的典型室内外环境，机器人基于视觉构建三维地图覆盖度≥90%、精度0.2m以内；识别柱、窗、门、标志牌、室内外固定设施等10类以上部件，准确率≥95%；在存在30m以上长通道/走廊/强光线/弱纹理情况的室内场景下，1km行走测试平均实时定位精度优于15cm；在存在光照变化、复杂动态等情况的室外场景下，1km行走测试平均实时定位精度优于50cm；动态环境下基于视觉避障成功率≥90%。至少有2项先进前沿技术实现首创或达到同类技术的国际领先水平，并提供佐证材料；发表系列高水平论文，申请/获得不少于10项发明专利。1.7人—机器人智能融合技术-6-研究内容：针对人—机协作型新一代机器人所处环境和完成任务的复杂性、多变性、不确定性，研究人在回路移动、作业机器人的人机协作环境认知、行为优化决策、自主学习、任务级指令交互等混合智能技术，研制机器人实验平台，实现技术验证与功能示范。考核指标：构建不少于2类人机智能融合机器人实验系统，实现人在回路的机器人协同混合智能；针对不少于5种典型应用场景，实现技术验证与功能演示。至少有2项先进前沿技术实现首创或达到同类技术的国际领先水平，并提供佐证材料；发表系列高水平论文，申请/获得不少于8项发明专利。1.8多模态融合的机器人自然交互研究内容：研究自然语言、手势、体势、面部微表情等多模态融合的人机自然交互理论和方法，研究机器人与人的交互关系模型、对基本社交准则的学习、交互意图的识别方法，实现多模态的机器人与人自然交互，研制机器人实验平台，实现技术验证与功能示范。考核指标：面向机器人与人多模态融合自然交互，构建不少于2类智能机器人实验平台；实现自然语言、手势、体势和微表情的识别，识别正确率≥95%，可基于多模态信息实现交互意图理解；针对5种以上典型应用场景实现实验验证。至少有2项先进前沿技术实现首创或达到同类技术的国际领先水平，并提供佐证材料；发表系列高水平论文，申请/获得不少于10项发明专利。-7-1.9互助型冗余灵巧作业机器人研究内容：研制具有轻量化、高精度、大负载自重比、可变刚度、安全性高、编程简单、易于使用等特征的互助型冗余灵巧作业机械臂系统，具备牵引示教、柔顺力控作业、安全行为决策、人机友好交互等功能，支持应用程序二次开发；对整机功能与性能进行综合测试与验证，并面向典型应用开展实验验证。考核指标：互助型冗余灵巧作业机器人不少于7个自由度，重量≤20kg，工作半径≥900mm，负载能力≥7kg，末端最大运动速度≥1m/s，重复定位精度优于±0.1mm；整臂碰撞检测精度优于10N。面向不少于2个应用领域开展实验验证。1.10穿戴式外肢体辅助作业机器人研究内容：面向单人作业对辅助作业机械臂（穿戴式外肢体）的需求，开展穿戴式外肢体机构设计、便携式动力源与高功率驱动系统、人机混合系统动力学建模、机械肢体的智能操控、机器人辅助作业策略等研究，研制穿戴式辅助作业机器人系统，实现复杂作业过程中机器人辅助操作、安全保护等功能，开展应用验证。考核指标：研制出穿戴式辅助作业双臂机器人系统，总自重≤15kg，具备支撑卸荷能力，单臂主动驱动自由度不少于2个，单臂最大出力150N，重复定位精度优于±0.5mm，精细作业力控误差＜1N。针对3种以上典型作业场景开展实验验证。-8-2.2.2.2.共性技术共性技术共性技术共性技术2.1面向机器人应用的激光扫描测距仪研究内容：针对机器人环境建模、导航定位、姿态测量等任务对激光扫描测距传感器的需求，研发低成本、可靠的单线、多线激光扫描测距仪，实现高精度高速解码、跟踪滤波、高精度深度感知。开展单线激光测距仪、多线激光扫描测距仪工程化开发和规模化推广应用。考核指标：单线激光扫描测距仪：水平测量角度≥270°，角分辨率≤0.25°，扫描频率≥25Hz，测量距离≥70m，精度优于±30mm，工作温度-30~50℃；多线激光扫描测距仪：不少于16线，水平测量角度360°，水平角分辨率≤0.1°，垂直测量角度≥30°，垂直角分辨率≤2°，扫描频率5~20Hz，测量距离≥100m，精度优于±20mm，工作温度-10~60℃。实现激光测距仪推广应用不低于2000套。有关说明：由企业牵头申报。2.2机器人六维力和触觉传感器研究内容：针对我国机器人产业对高精度、高可靠性、系列化力触觉传感器需求，研发六维力传感器的新型结构、多维力信息的全方位提取和动态解耦算法；研究仿生触觉传感器的制备、信号解耦、传感器标定、触视觉协同感知等技术。开展力和触觉传感器工程化开发和推广应用。考核指标：研制出不少于5种型号六维力传感器产品，力/-9-力矩量程范围±10N～±5000N/±0.2N·m～±350N·m，测量精度优于5%F.S.（满量程），其他指标达到或优于国际同类产品先进水平，提交第三方权威机构检测报告，实现机器人典型作业的应用验证，实现推广应用不少于200台套；研制触觉传感器，传感器单元厚度＜1mm，点阵密度不低于每平方厘米16点，全向弯折角度达90°，力觉测量范围0~50N/cm²，测量精度优于5%F.S.（满量程），响应时间≤90ms。实现机器人典型应用验证，实现推广应用不少于200套。有关说明：由企业牵头申报。2.3面向工业机器人的三维视觉测量单元研究内容：研制面向工业机器人的大场景固定基座高精度三维视觉测量单元，实现弱纹理材质、混叠场景条件下工件的三维识别、测量和定位；研制面向机械臂手眼系统的三维视觉测量系统，实现局部三维识别、关键尺寸高精度测量和定位。形成相应产品并实现推广应用。考核指标：大场景固定基座模式下，尺寸测量误差≤0.1mm，工件位置测量误差≤0.1mm，姿态测量误差≤1°；可同时识别的最大工件数量不低于5个，三维工件识别速度≥5fps；混叠复杂场景下，工件识别准确率≥95%；手眼系统模式下，尺寸测量误差≤0.05mm，工件位置测量误差≤0.05mm，姿态测量误差≤0.5°，工件识别速度≥5fps，工件识别准确率≥97%。实现在工业机器人上推广应用不少于200套。-10