工业智能移动操作机器人感知与控制基础理论研究

This project focuses on the fundamental tasks, such as accurate object detection and recognition, precise manipulation, and efficient autonomous navigation with obstacle avoidance, for intelligent mobile manipulation robots working in the complex wide-range industrial applications. We address these problems on three levels, i.e. coordinate control within robot, interactive control between robot and environment, and interactive control of robot-human-environment. Specifically, our research topics including: trackless localization and recognition towards complex industrial environments; safe navigation and scheduling of human-in-the-loop in the human-robot co-existence industrial environment; on-line servo control for industrial mobile operations. There are several key problems to be solved: proper map model for simultaneously localization and mapping towards the wide-range, highly dynamic and greatly similar environment; human action description, prediction and recognition in the industrial workspace; disturbance eliminating in the interaction between robot arm and mobile platform. By tackling these problems, we aim to initially build the fundamental theory in the area of intelligent mobile manipulation robot for industrial scenes. Furthermore, the prototype platform and industrial experimental system would be built to validate the practicality and effectiveness of our theory and technology, and support the further development of intelligent mobile manipulation robot for industrial scenes.

本项目针对智能移动操作机器人实现大范围工业复杂环境下物品准确识别与定位、精密操作与高效自主移动避障等工业应用场景中典型需求，从机器人自身协调控制、机器人与环境的交互控制、机器人-人-环境的交互协同控制三个层面，展开系统深入的研究工作。重点研究：面向复杂工业环境的无轨化精确定位与感知方法；工业人机共融环境下“人机回路”（human-in-the-loop）的安全导航与调度控制方法；面向工业移动作业的在线精确伺服控制方法。通过面向大范围、高动态、高相似特征环境的时空地图表示模型、工业环境下人体运动特征描述、行为预测与意图理解与面向精确操作与定位要求的作业臂与移动平台交互扰动消除等关键科学问题的突破，初步建立起工业智能移动操作机器人的基础理论体系，并通过原型平台和工业典型应用环境实验系统，验证相关理论和技术的可行性和有效性，为工业智能移动操作机器人的发展提供重要的基础理论和关键技术支撑。

本项目针对智能移动操作机器人实现大范围工业复杂环境下物品准确识别与定位、精密操 作与高效自主移动避障等工业应用场景中典型需求，从机器人自身协调控制、机器人与环境的交互控制、机器人-人-环境的交互协同控制三个层面，展开系统深入的研究工作。项目重点研究了（1）面向复杂工业环境的无轨化精确定位与感知方法；（2）工业人机共融环境下“人机回路”（humanin-the-loop）的安全导航与调度控制方法；（3）面向工业移动作业的在线精确伺服控制方法。通过面向大范围、高动态、高相似特征环境的时空地图表示模型、工业环境下人体运动特征描述、行为预测与意图理解与面向精确操作与定位要求的作业臂与移动平台交互扰动消除等关键科学问题的突破，初步建立起工业智能移动操作机器人的基础理论体系，并通过原型平台和工业典型应用环境实验系统，验证相关理论和技术的可行性和有效性，为工业智能移动操作机器人的发展提供重要的基础理论和关键技术支撑。..应用项目成果研制了具备大范围时空SLAM地图构建与定位，人体检测与跟踪、移动操作等功能的移动作业机器人本体。并成功应用于南江机器人的移动操作机器人产品中，该产品基于自然无轨导航技术，依靠激光和智能算法，可自主行驶与避障；具备灵活的六轴机械手臂可代替人工完成分拣工作，实现机器人在高精度、高卫生、高危险环境下作业。在本项目的支持下，课题组共计发表了论文42篇，录用待出版论文4篇，出版专著1本（科学出版社），并申请发明专利14项。