机器人仿生与功能研究北京市重点实验室

　　Beijing Key Laboratory of Robot Bionics and Function Research

　　一、基本概况

　　批复时间：2015.5

　　批准单位：北京市科学技术委员会（简称市科委）

　　研究方向：针对机器人基础理论研究还不能满足机器人系统研制的技术需求，机器人走向应用的诸多关键技术亟待突破等重大需求，重点研究机器人的机构机理、运动规划、传感感知和人机交互等关键基础理论问题，研究解决机器人仿生与控制系统走向应用的技术难题，并开展工业机器人关键技术的研究工作。设计和制造新型的工业机器人和特种服务类机器人，可应用于工业生产、家庭服务、生活娱乐和建筑安全等多种领域。

　　发展建设规划：实验室计划建立具有自主知识产权的机器人仿生和控制技术研发体系，推进相关科技成果的转换和产业化，占领该领域技术制高点，有效满足首都的经济发展需要，推动首都乃至全国机器人仿生和控制技术的进步。

　　建设面积：2000平米

　　实验室组织机构架构图：

　　实验室由下列部门/单位构成：

　　—上级主管部门：北京市科学技术委员会；

　　—行政领导与业务协调单位：北京建筑大学；

　　—实验室管理委员会；

　　—实验室技术委员会；

　　—办公室、资源部、发展部、产学研工作部、国际合作部。根据事业发展，可以增设事业部。

　　上述各部门由依托单位和合作企业共同决定的实验室管理委员会聘任。

　　技术委员会成员由依托单位和合作企业构成。

　　研究基地发展历程：北京作为全国甚至全球高科技人才汇聚的城市，发展机器人产业是北京创建全国科技创新中心的重要内容。北京是机器人产业发展最活跃的地区之一，在全国科技创新中心的城市战略新定位目标下，北京利用高级人才，加大投资和技术研发力量，引领机器人产业的发展，为构建高精尖经济结构奠定基础。在京津冀协同发展的前景中，机器人产业也是发展路线图规划中的重要一环。在天津市“十三五”规划重大课题的选题中，包括了智能机器人子议题。2015年在天津滨海新区开始建设高端智能机器人科研中心，将产学研相结合，实现成果转化。河北省今年落户工业机器人自动化成套设备和服务机器人产业化两个战略性新兴项目，总投资超过30亿元。因此，在北京市成立机器人重点实验室可以在京津冀地区引领该产业的顺利进展，通过机器人仿生技术的研究和创新对京津冀协同发展做出应有的贡献。同时，抓住机器人技术发展的机遇和挑战，搭建了机器人技术发展的研发平台，优化创新人才成长环境，吸引和培养一批高水平技术人才，锻炼能够承担机器人技术及产业发展重大项目的高层次创新队伍。

　　本实验室将围绕人类功能仿生的模拟技术、先进机器人控制技术、精密制造和装配技术、多传感器协调融合技术和仿人功能的应用技术等进行深入研究，设计和制造新型的工业机器人和特种服务类机器人，可应用于工业生产、家庭服务、生活娱乐和建筑安全等多种领域，对北京建设全国科技创新中心提供高端的技术支持，做出重要的贡献。北京建筑大学在长期办学过程中，学校主动服务区域、行业、国家经济建设和社会发展，形成了“以多学科综合优势推进工程技术进步，以工程技术应用研究带动区域经济发展”的工程技术研究环境。目前，学校已建成26个省部级科研基地。近5年来，学校获国家和北京市科技成果奖励60项，其中荣获国家科学技术进步奖、科技发明奖共10项；科技服务经费连续10年过亿，2013年突破2.6亿元,为工程技术研究与应用推广提供了有力的支撑。本重点实验室申请团队经过多年机器人技术的研究，形成了多个研究方向。有机器人控制理论研究方向，仿人及服务机器人研究方向，工业机器人及应用研究方向。在理论工作的基础上，中心已经成功研制出骑坐式相贯线焊接机器人一套，移动式拍摄机器人一套，大型建筑木雕机器人两套，管道全位置焊接机器人一套。有些技术已经成熟并得到应用，为实际工程解决了很多难题。

　　实验室近五年获各级科研奖励14项，其中国家科技进步二等奖2项，国家技术发明奖二等奖1项。获国家发明专利20项，实用新型专利13项；发表相关论文300余篇，其中SCI、EI或ISTP收录100余篇。

　　实验室主任学术简介：汪苏，男，1959年12月生，民盟，博士，教授、博士生导师。 2001年－2005年任北航机械工程及自动化学院科研副院长，2005年-2008年任北航科技发展部科技二处处长，2008年10月任北航实验室及设备管理处处长。2009年1月，任北京建筑工程学院副校长。主要从事机器人焊接技术、航空宇航制造工程技术、工业机器人应用技术、焊接工程计算机模拟技术、激光焊接技术研究。先后承担国家级攻关项目、国防科工委及总装备部科研攻关项目等十余项，发表论文60余篇，发表专利12项。

　　

　　二、团队建设与人才培养

　　目前中心有57名专职人员，其中教授9人，副教授20人，中级28人；其中具有博士学位的教师27人；专业技术人员50人，管理人员7人；50岁以上6人、40-50岁13人、30-40岁28人、30岁以下11人。

　　三、实验条件建设

　　实验室配置了大量国内具有先进水平的实验设备，如：人体运动数据捕捉系统、智能家居物联网控制系统、数字化园区智能控制系统、Tevation OS Lab软件、网络化控制系统软件平台、综合网络监控组态软件、可再生能源控制系统、LCR测试仪、低压电气综合测试仪、高精度微位移监测装置、基于次声动力源的钢结构监测系统、高精度微角位移监测装置、12G频谱分析仪、便携式C扫描智能超声成像监测系统、3D-PIV三维激光粒子速度场仪、TH9100pro红外热像仪、Phoenix300接触角表面张力仪、DSC200PC差式扫描量热仪、HC-074-200导热系数测定仪、电波暗室转台、电波暗室天线架、DSCPC滤波器、电磁兼容软件Pro/e软件、ANSYS软件、ADAMS、Easy5软件等。随着科学与技术的发展，机器人的应用领域也不断扩大。目前，机器人不仅应用于传统制造业，如汽车、电子电气、船舶等领域，同时也已开始扩大到核能、航空航天、医药等高科技领域中。如水下机器人、抛光机器人、高压线作业机器人、管道检测机器人等特种机器人都广泛应用于各行各业。而且，随着人类生活水平的提高及文化生活的日益丰富多彩，未来各种专业服务机器人，如养老助残和医疗康复机器人等家庭服务和消费类机器人将不断贴近人类生活，其市场将繁荣兴旺。

　　

　　图1 雕刻机器人                  图2 雕刻机器人

　　

　　

　　图3 焊接机器人               图4 电影拍摄机器人

　　

　　?

　　图5 管道焊接机器人          图6 相贯线焊接机器人

　　四、科学研究

　　论文：

　　[1] The Teleoperation System of Service Robot Based on Cloud Services,  Journal of Computers, v28, n2, p231-245, April 1, 2017

　　[2] An visual system for humanoid robot mobile-manipulation based on virtual and real video fusion, International Journal of Signal Processing, Image Processing and Pattern Recognition, v8, n5, p289-300, 2015

　　[3] A humanoid robot teleoperation system for emotion expression based on mobile internet, Transactions of China Electrotechnical Society, v30, p543-549, September 1, 2015

　　[4] A system of robot mobile manipulation based on teleoperation with human motion capture, IEEE International Conference on Information and Automation, p1503-1508, August 28, 2015

　　[5] Mobile Robot Moving Target Detection and Tracking System, Computer and Engineering and Networks，v2, p466-472, 2017

　　[6] 基于模糊控制的焊接机器人焊枪姿态规划[J], 北京航空航天大学学报, 2010.7

　　[7] 大构件相贯线焊缝轨迹规划[J]. 焊接学报.2011.1

　　[8] Research on Track Fitting of Big Frame Intersection Line Seam[J]. Lecture Notes in Electrical Engineering. 2011.88: 161-168 

　　[9] Research of One Torch Double-Wire Pipeline Welding Robot[J].Advances in Intelligent System and Computing. 2014.363:167-173

　　[10] 三相焊接逆变电源输入侧谐波抑制电路的仿真, 上海交通大学学报, 2014.10

　　专利：

　　1． 五轴相贯线焊接机器人. 发明专利. 申请号：200610149715.9，公开号：CN1935444

　　2． 一种焊接机器人及其焊枪姿态调整装置. 发明专利.申请号：200910210195.1

　　3．  激光电弧复合焊气体保护装置及激光电弧复合焊机.发明专利. 申请号：20091021194.7

　　4．一种用于飞机机翼对接的多自由度可调整装配平台. 发明专利. 申请号：2010191140111

　　5．具有枢纽安全监控中心的地铁综合监控模拟实验系统, ZL201020109729X

　　6．基于多信息融合的仿人型机器人作业场景重构方法, ZL200510059915

　　7．具有重力补偿和长度可调的6自由度遥操作手臂, ZL200410062753

　　8.  基于Android的迎宾机器人系统，软件著作权（2017SR403124）

　　9.  机器人视觉追踪软件，软件著作权（2017SR125391）

　　10. 移动机器人控制系统，软件著作权（2017SR359915）

　　著作：

　　1  多层综合交通枢纽防灾设计, 中国建筑工业出版社, 2010年

　　2  非线性系统神经网络参数预测及控制 (专著)，北京：机械工业出版社，2008年1月出版

　　3  LonWorks技术开发与应用（参编，编著），北京：机械工业出版社，2009年6月出版

　　五、运行管理

　　1、管理体制

　　本实验室在北京市科委和北京建筑大学双重领导下开展工作，实行“开放、流动、联合、竞争”的运行机制和“定期考评、动态调整、分类支持”管理机制。实验室遵照市科委制定颁布的政策和规划开展工作和接受市科委的考评管理。同时，依托单位北京建筑大学、实验室管理委员会领导下，开展具体研究工作。

　　2、管理委员会构成：

　　主任： 汪苏

　　副主任：白莽、杨光、张雷、傅永领、曾孔庚、林涛、李磊（美国罗克韦尔公司）、姚驰（德国西门子公司）

　　技术委员会构成：

　　主任：张大玉

　　副主任：汪苏

　　委员：黄强、魏东、张雷、宗光华、毕树声、李大寅、焦向东、都东

　　3、人员管理：实验室实行聘任制，享有充分的用人自主权，实行岗位聘用与竞争上岗相结合的双向流动机制，始终保持高效精干的队伍。实验室应积极创造条件，随时吸收和接纳相关研究人员携带科研成果来实现成果转化，进行工程化研究开发和试验。实验室应当结合自身特点，推动科技成果的转化，加强与产业界的联系与合作，接产企业也可从转化过程开始阶段派人介入。学术交流方面积极开展多种形式的国际、国内合作与交流。根据需要，策划邀请国内外专家、研究人员等从事研究和技术开发或联合开发。建立和完善能够充分体现市场规律的激励机制和分配机制，推行科技成果入股、科技成果收益分成、科技成果折股等激励方式，对做出突出贡献的科技人员和主要经营管理人员进行奖励。

　　4、管理创新：重视和加强运行管理，建立健全内部规章制度，积极创新管理体制和运行机制。在市科委领导和支持下，创造业绩，为申报国家工程技术研究中心奠定基础。

　　5、考评：接受和配合科委实施每三年一次的绩效考评制度。

　　六、开放交流

　　1) 国际交流

　　实验室积极拓宽国际合作渠道，计划与美国劳伦斯伯克利国家实验室、英国南威尔士大学、美国奥本大学、美国密歇根州立大学、美国明尼苏达大学、澳大利亚伍伦贡大学、日本富山大学等多个国家的科研单位、院校建立密切的科技合作与交流关系。积极选派研究人员出国学习、参加会议、科学访问，同时邀请国外专家来所进行学术交流。

　　2）国内交流

　　实验室采用开放研究课题的形式来吸引其他科研单位的优秀人员来中心进行科学研究工作。

　　同时，中心计划积极拓宽国内合作渠道，与清华大学、北京航空航天大学、北京理工大学、中国矿业大学、西安建筑科技大学等国内院校建立密切的科技合作与交流关系。积极选派研究人员进修、参加会议、科学访问，同时邀请国内专家来中心进行学术交流。

　　实验室人员近五年承担或参加高水平纵向科研项目76项，横向科研课题49项，累计研究经费达1000余万元，发表各类学术论文300余篇，获国家技术发明奖1项，北京市科技进步奖3项。

　　

　　七、社会服务

　　实验室人员近五年承担或参加高水平纵向科研项目76项，横向科研课题49项，累计研究经费达1000余万元，发表各类学术论文300余篇。

　　

　　

　　八、面向本科生教学开放项目

项目数	开放项目名称	参加学生人数	负责老师
1	养老护理机器人系统	200	苗新刚
2	钢索监测机器人控制系统	40	苗新刚
3	自主书写机器人系统	20	张雷
4	全向移动机器人系统	20	张雷