青島市智能控制與機器人技術重點實驗室

青島市智能控制與機器人技術重點實驗室始建於1992年，有一支在承擔國家級重大課題中成長起來的隊伍。現有人員26人，其中教授14人(含博導6人)、副教授（高工）8人、博士10人；有4個明確、穩定的研究方向；每個方向至少有1名博導，有一支以博士、碩士為主體、年齡結構和知識結構合理的研究隊伍。

依託本實驗室於98年組建了“山東省機器人工程技術研究中心”、2001年被評審為“863機器人產業化基地”、山東省重點強化建設實驗室，是國內主要的機器人與智能控制研發基地之一，2004年被批准為青島市重點實驗室。所依託學科“控制理論與控制工程”為省級重點學科。本實驗室擁有2個二級學科博士點（控制理論與控制工程、機械電子工程），6個碩士點（控制理論與控制工程、機械電子工程、模式識別與智能技術、檢測技術與自動化裝置、信號與信息系統、電力電子與電氣傳動）。

本實驗室已形成4個穩定的研究方向：

本實驗室是從研究特種機器人起步並發展起來的。本方向的研究己擴展到智能機器人，甚至動物機器人。其中，特種機器人包括惡劣環境機器人和危險環境機器人；智能機器人包括多工業機器人、多移動機器人和動物機器人。

(1)、特種機器人

本方向主要研究惡劣和危險環境下的機器人。其中，惡劣環境下的機器人主要有以噴漿機器人為代表的地下工程機器人，除鏽-噴漆兩用機器人等；極限（危險）環境機器人主要有高壓帶電作業機器人和高壓電網巡線機器人等。

①、惡劣環境下的機器人

A、噴漿機器人

●研發與產業化情況

國產機器人用於生產難，用於環境惡劣的地下工程更難。地下工程環境，是世界上公認的最惡劣的工程環境之一。

86年在國內率先開展以噴漿（即噴混凝土）機器人為代表的地下工程機器人研究和產品開發。經過十多年努力，在多項煤炭部重點項目、2項國家自然科學基金、4項國家863項目資助下，研製出我國第一台地下工程施工機器人；接着，完成了成果轉化，實現了批量生產，並形成了防爆型與非防爆型、大中小型系列噴漿機器人。現己在全國應用推廣。實現了從依賴進口到國產噴漿機器人產業化的跨越，開闢了我國地下工程機器人的新領域。

●獲得的成果

2000年“大型噴漿機器人”被評選為山東省十大科技成果（列榜首）、“PJR系列噴漿機器人”被國家煤炭工業科學技術委員會評選為“2000年度煤炭工業十大科技成果”。

2001年“噴漿機器人”獲山東省科技進步一等獎。

2002年噴漿機器人獲國家科技進步二等獎。

2001年，被審定為863機器人“產業化基地”，在863十五週年總結表彰時被授予“先進集體”稱號。

B、青島市重點項目“除鏽-噴漆兩用機器人”

除鏽-噴漆兩用機器人是我室承擔的第一個市重點項目。開始時，本項目是為大型儲油罐和儲氣罐而研發的；後來發現，它在船體除鏽與噴漆上也都十分有用，對 “大煉油”、“大造船”都有重大價值。過去的傳統做法是採用“磁吸附”和“真空吸附”的原理，而本項目是採用讓機器人在與罐體形狀類似的軌道上行走。前者的最大缺點，是作業時吸附不住而跌落，因此國內研發多年而未達到實用水平。本方案的優勢是可靠、實用。

②、危險環境機器人

正在承擔的此類863項目有：帶電作業機器人和巡線機器人。國家863項目“帶電作業機器人”是在高壓電力線路不停電的條件下對線路及其設備進行維修和維護的機器人。為我國機器人研究開拓了新的領域，是高難度、綜合性課題。研究過程中必須解決冗餘自由度的設計與控制、雙臂協調、基於多傳感器的信息融合、遙操作和智能作業、高電壓環境中的電磁兼容等問題，都極富挑戰性。

世界上只有日本、美國等少數國家能夠生產帶電作業機器人。因此課題的研發成功將是我國機器人界的又一標誌性成果。

本方向重點研究:智能移動機器人、多機器人(多智能體)系統的理論與方法。例如，用於越野和探測的智能移動機器人、蛇形機器人等；基於多智能體系統理論與方法的多移動機器人、多工業機器人；新近又開展了動物型機器人研究。

在上述研究中，本實驗室建起了相應的機器人實驗平台。

①智能移動機器人

多智能移動機器人實驗平台、蛇形機器人

②多工業機器人合作

多工業機器人實驗平台

③、動物型機器人研究

國家自然基金項目“動物型機器人” ，即研究用(計算機發出的)電信號控制活體動物，實現對動物神經的控制，使之按人的要求行事。該研究不僅有重要的軍事應用價值，而且在醫學、生理學和殘疾人康復等多方面都有重要學術和實用價值。

2、磁懸浮技術與裝置方向

本實驗室現承擔的項目有：國家863計劃項目“超高速磁懸浮軸承電主軸單元”和省科技計劃項目“永磁懸浮軸承風力發電機及智能控制系統研製”。“超高速磁懸浮軸承”的電主軸已達到3.5萬轉/分的國內最高水平，超過了與國家863計劃所籤合同的“3萬轉/分”的指標。正向10萬轉/分的水平努力。

本方向主要研究圖像處理與識別技術以及在智能控制中的應用等。

①基於超聲傳感的模式識別技術

從80年代中期就開始研究基於超聲傳感的模式識別技術, 利用超聲傳感成像技術獲取井筒形狀圖像後，採用模式識別技術，成功解決了煤礦鑽井井筒的形狀測量、井壁質量和井筒偏斜測量等問題。

近年來，在省部和青島市重點項目的資助下，對超聲波在泥漿中的傳播規律和超聲回波信號的可靠識別技術進行了深入的研究。在此基礎上，開發出了具有獨立知識產權的產品“SKD系列超聲測井儀”，現已開始投放市場研發的具有獨立自主知識產權的超聲測井儀，獲經濟效益200餘萬元，社會效益顯著。

②基於顯微機器視覺的模式識別技術

在國家自然基金“基於機器視覺的體外細胞識別技術”研究中，針對顯微視覺中圖像的離焦模糊、運動模糊、目標物識別的速度及精度等問題，提出了圖像清晰度評價函數、形狀識別的極半徑不變矩等理論。併成功用於體外抗病毒試驗中對活細胞的自動計數，這是體外抗病毒藥物篩選中測量活細胞方法上的一次重大突破。

該方向近年來，又開展了自然語言的理解與識別和基於生物信息特徵的模式識別技術（例如虹膜識別技術）研究。

(1) 本方向的特色

本方向研究的領域為隨機控制理論、魯棒控制、控制和信號處理。這些領域是控制論的最富挑戰性的幾個分支(之一)。本學科在這些領域的研究都取得了一系列成果，尤其是在隨機控制理論方面更具優勢和特色。其成果不是對前人工作的細微改進, 而是在建立一套平行於確定性系統的理論架構；儘量用簡單的數學方法推導結論、聯繫物理實例、並給出易於在計算機上實現的算法。既有理論高度, 又有應用價值。

(2)取得的重大成果

近3年來，獲得了突破性的成果: 張維海教授與台灣清華大學陳博現教授合作研究的成果“無限時間非線性隨機最優調節器及其相關的Hamilton-Jacobi 方程的研究” 解決了控制界多年來懸而未決的難題；引進了隨機系統的譜的概念, 並以此來刻畫穩定性、能穩性、能觀性，並定義了隨機代數Riccati 方程的強解. 譜的概念的引入將引發許多新的研究課題；尤其是隨機控制和濾波器設計領域的研究，取得的成果更突出，首先將Limebeer 等人的經典結論推廣到了隨機情形, 所得到的一對coupled Riccati 方程正被其他學者所關注，在此基礎上，非線性隨機控制、非線性隨機濾波器設計等都取得重要理論成果。

多篇論文，均作為regular paper發表在國際權威期刊Automatica, IEEE Trans. Automatic Control, IEEE Trans. Signal Processing、SIAM J. Control and Optimization 上。

上述成果，正在模式識別課題研究中用於信號處理與濾波；在智能控制中，用於解決隨機干擾和非線性問題的控制算法。目標是，通過三年的努力，切實在實際控制系統中得到成功應用，取得有重大影響的標誌性成果。

1. 國家863計劃項目3項

2. 國家自然科學基金3項

3. 國家“十五”科技攻關子項目1項

4. 山東省重大項目 2項

5. 山東省優秀中青年科學家獎勵基金項目2項

6. 青島市項目1項

7. 其他省級項目2項

近三年來，縱橫向科研經費，總計1400多萬元

(僅列出國家級獎、省級一等獎和發明專利)

①“噴漿機器人”，2002年獲家科技進步二等獎。

②“噴漿機器人”，2001年獲山東省科技進步一等獎。

此前還曾獲山東省“十大科技成果”獎和煤炭工業部“十大科技成果”獎。

③“863基地建設和創新人才培養”， 獲山東省級教學成果一等獎。

發明專利二項

① 國家發明專利，噴射混凝土機器人，專利號為ZL00-1-11377.1

② 國家發明專利，四周履帶式蛇形行走機構，專利號為ZL99-1-12038.8

另超聲測井儀方面的發明專利3項，正在受理中。

實驗室有包括多工業機器人實驗平台、多移動機器人實驗平台、冗餘自由度機器人、系列噴漿機器人、ROCKWELL綜合自動化系統、虹膜識別系統、語言識別系統、磁懸浮電主軸樣機，以及CAD工作站 、ADMS11運動學/動力學分析與仿真系統、 PATRAN 2000R2和NASTRAN70.7，2000年7月版軟件等硬軟件設備，總價值1040餘萬元。能較好地滿足實驗室研發需要。學校（山東科技大學）為實驗室專門建起了一座3000多平方米的實驗樓。