【机器人】国家重点研发计划“智能机器人”重点专项2018年度申报指南,50余项目6.2亿(全文)

         

国科发资〔2018〕108号

各省、自治区、直辖市及计划单列市科技厅(委、局),新疆生产建设兵团科技局,国务院各有关部门科技主管司局,各有关单位:
    

根据国务院印发的《关于深化中央财政科技计划(专项、基金等)管理改革的方案》(国发〔2014〕64号)的总体部署,按照国家重点研发计划组织管理的相关要求,现将“智能机器人”等7个重点专项2018年度项目申报指南予以公布。请根据指南要求组织项目申报工作。有关事项通知如下。

“智能机器人”重点专项2018 年度项目申报指南


为落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》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,创新应用领域,推进国产工业机器人的产业化进程;突破服务机器人行为辅助技术、云端在线服务及平台技术,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)。

2018 年,拟在6 个方向,按照基础前沿技术类、共性技术类、关键技术与装备类和应用示范类四个层次,启动不少于50 个项目,拟安排国拨经费总概算约6.2 亿元。为充分发挥地方和市场作用,强化产学研用紧密结合,调动社会资源投入机器人研发,在配套经费方面,由企业牵头的项目,配套经费与国拨经费比例不低于1:1;应用示范类项目,配套经费与国拨经费比例不低于2:1。

项目申报统一按指南二级标题(如1.1)的研究方向进行。除特殊说明外,拟支持项目数均为1~2 项。项目实施周期不超过3年。申报项目的研究内容须涵盖该二级标题下指南所列的全部考核指标。项目下设课题数不超过5 个,基础前沿技术类项目的参加单位总数不超过5 家,其他每个项目的参加单位总数不超过10家。项目设1 名项目负责人,项目中每个课题设1 名课题负责人。

指南中“拟支持项目数为1~2 项”是指:在同一研究方向下,当出现申报项目评审结果前两位评价相近、技术路线明显不同的情况时,可同时支持这2 个项目。2 个项目将采取分两个阶段支持的方式,第一阶段完成后将对2 个项目执行情况进行评估,根据评估结果确定后续支持方式。

1. 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,具备两足直立行走、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°;发表高水平论文不少于5 篇,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、刚软耦合结构设计理论和技术,攻克相关机器人的建模、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 个以上自由度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;发表高水平论文不少于5 篇,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;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;发表高水平论文不少于5 篇,申请/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8 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,研究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、多探针协调控制、多参数原位测试表征技术,研究纳米探针复杂三维轨迹实时跟踪与控制技术,研究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8 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需求,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、实时定位与导航、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;发表高水平论文不少于5 篇,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

研究内容:针对人–机协作型新一代机器人所处环境和任务的复杂性、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;发表高水平论文不少于5 篇,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、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演示。

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%,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;发表高水平论文不少于5 篇,申请/获得不少于10 项发明专利。

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,申请/获得不少于10 项发明专利。

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,研制穿戴式外肢体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:研制出穿戴式外肢体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,申请/获得不少于10 项发明专利。

2. 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、高可靠的单线、多线激光扫描测距仪,实现高速高精度解码、跟踪滤波、高精度深度感知。开展单线激光扫描测距仪、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≥300°,角分辨率≤0.25°,扫描频率≥40Hz,测量距离≥100m,精度优于±30mm,工作温度范围不小于-30~50℃;多线激光扫描测距仪:不少于16线,水平测量角度范围不小于360°,水平角分辨率≤0.1°,垂直测量角度≥30°,垂直角分辨率≤2°,扫描频率范围不小于5~20Hz,测量距离≥100m ,精度优于±20mm ,工作温度范围不小于-10~60℃。申请/获得不少于5 项发明专利,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、系列化力觉和触觉传感器需求,研究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技术;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:研制系列化不少于5 种型号六维力传感器产品,力/力矩量程范围覆盖±10N~±5000N/±0.2N·m~±350N·m,测量精度优于1%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,推广应用不少于200 台套;研制触觉传感器产品,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。申请/获得不少于5 项发明专利,实现机器人典型应用验证,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%。申请/获得不少于5 项发明专利,实现在工业机器人上推广应用不少于200 套。

有关说明:由企业牵头申报。

2.4 面向服务机器人的三维视觉传感器

研究内容:研究双目深度计算算法芯片化和结构光深度计算算法芯片化技术,研制面向服务机器人应用的低成本三维视觉传感器,实现室内外环境下高分辨率、高帧速的深度图像获取,同时具备嵌入式智能计算功能。开展低成本工程化开发和规模化推广应用。

考核指标:提供视觉处理软件系统或SDK 开发包,三维传感器深度图像输出分辨率不低于1920×1080,帧速≥30fps;室内测量距离范围不小于0.3~8m,深度测量相对精度优于1mm;室外测量距离范围不小于0.4~30m,相对深度测量精度优于距离的5%。申请/获得不少于5 项发明专利,实现在服务机器人上推广应用不少于1 万台。

有关说明:由企业牵头申报。

2.5 工业机器人中间件应用平台

研究内容:研制面向工业机器人的中间件和应用框架,提出机器人中间件设计规范,制定机器人组件及数据交互建模与封装规范,实现基于网络的设备和模块间数据交互管理、面向分布式实时应用的数据分发服务、灵活集成第三方功能库和应用机制等功能;构建基于模块化的工业机器人组件平台,实现在工业机器人系统上的应用验证。

考核指标:提供支持不少于2 种主流硬件架构、2 种主流操作系统的中间件和应用框架;支持微秒级本地任务调度及毫秒级分布式任务调度;支持面向分布式实时应用的数据分发服务;支持不少于10 种通用组件、不少于10 种应用组件;支持可视化编程环境。申请/获得不少于5 项发明专利或软件著作权,在不少于3 家机器人企业、6 类工业机器人产品上进行应用验证。

有关说明:由企业牵头申报。

2.6 工业机器人云平台

研究内容:研制面向工业机器人的混合云平台,实现工业机器人网络实时、可靠接入;实现工业机器人运行参数、环境参数等海量数据的获取、传输和云端存储;实现基于自主学习的云端数据处理;构建面向多应用场景的工业机器人云端数据库,提供工艺过程优化、远程监控、智能状态分析、预测性维护等云服务。开展应用验证。

考核指标:建立PB 级工业机器人分布式数据库系统;支持不少于3 种主流工业网络接入,支持不少于1000 点并发网络接入,数据传输可靠性不低于99.99%,接入网络延迟≤100ms。申请/获得不少于5 项发明专利或软件著作权,实现5 个应用场景的工业机器人云服务,开展不少于5 类工业机器人的应用验证。

有关说明:由企业牵头申报。

2.7 工业机器人故障诊断及健康评估系统

研究内容:研制工业机器人在线健康评估和故障预警系统,基于机器人性能参数获取、特征提取和智能诊断,实现工业机器人的健康评估和故障预警功能;研制工业机器人整机离线健康评估和故障诊断系统,基于振动、噪声、温度、运行状态等多源特征参数融合,实现工业机器人的健康评估和故障诊断。建立工业机器人健康评估和故障诊断技术规范。

考核指标:研制工业机器人在线健康评估和故障预警系统1套,故障诊断置信度≥80%;研制工业机器人整机离线健康评估和故障诊断系统1 套,整机故障诊断准确率≥90%;在5 类以上国产主流品牌工业机器人产品上获得应用示范;形成工业机器人健康评估、故障诊断、预测性维护国家标准报批稿3 项。

有关说明:鼓励产学研联合申报。

2.8 工业机器人整机性能提升与验证

研究内容:针对我国6 自由度关节型工业机器人整机性能与国外同类产品存在差距,急需实现产品中高端化的需求,突破轻量化设计、机电耦合参数标定、位姿误差补偿与振动抑制、基于动力学控制、轨迹规划、新型示教、快速部署等关键技术;建立验证平台,并在我国工业机器人整机企业进行技术验证。

考核指标:提出与国外同类6 自由度机器人产品对标的指标体系,突破不少于10 项工业机器人性能优化关键技术,申请/获得不少于5 项发明专利,使工业机器人整机企业的不少于6 种典型负载能力工业机器人产品性能与技术指标达到国际同类产品先进水平。

有关说明:鼓励产学研联合申报。

3. 关键技术与装备

3.1 个性化图案智能涂装机器人技术与系统

研究内容: 针对车辆外观个性化图案喷涂的需求,开发面向喷涂的数字化三维建模和仿真平台,研究智能喷涂轨迹规划算法,实现外观图案数字化涂装程序自动生成;研究涂层自动检测系统,实现涂层厚度、质量在线精确控制;研究自动供漆和换色系统,实现高速智能换色。研制机器人柔性智能涂装系统,实现应用验证。

考核指标:研制机器人柔性智能涂装系统,应用国产防爆喷涂机器人数不少于2 台;喷涂范围不小于10.0m×3.5m×3.0m;曲线形团块图案边缘清晰,网格状图案边缘水平垂直,相邻色块无污染,相关要求符合行业标准规定;喷涂效率较传统手工喷涂提高1 倍以上;系统具备涂层厚度在线测量功能,测量精度优于30μm;涂料组份、类别可根据需要自动更换,换色时间≤10s。

有关说明:由企业牵头申报。

3.2 复杂曲面壁板结构搅拌摩擦焊接机器人技术及系统

研究内容:研制适用于铝合金复杂曲面壁板结构搅拌摩擦焊接的机器人系统,实现工件轮廓与姿态自动识别及测量、焊缝跟踪及焊接过程位姿精度自动控制、离线编程/在线力位混合控制、典型壁板结构的搅拌摩擦焊工艺自动规划等功能。开发搅拌摩擦焊接工艺系统,实现焊接过程数据收集、分析、挖掘和优化,实现应用验证。

考核指标:研制适用于铝合金复杂曲面壁板结构搅拌摩擦焊接的机器人系统1 套,机器人负载≥500kg,机器人重复定位精度±0.1mm;高强铝合金及铝锂合金焊接厚度范围不小于0.5~4mm;实现在线工件高精度监测和定位,标定误差≤0.25mm;焊缝偏移量≤0.5mm;申请不少于5 项发明专利。

有关说明:由企业牵头申报。

3.3 大型复杂复合材料结构打磨机器人技术及系统

研究内容:研制面向大型复杂复合材料结构的机器人打磨作业系统,实现弱刚性自由曲面复杂结构零件逆向扫描与建模、机器人运动精度误差补偿、工件快速测量、打磨轨迹优化等功能;构建复合材料结构机器人打磨工艺系统,实现打磨的自动编程、仿真验证功能;构建工艺专家数据库。实现大型复合材料部件自动打磨应用验证。

考核指标:研制基于国产机器人的大型复合材料结构的打磨作业系统1 套,可打磨的规格不小于5000mm×2000mm,零件型面误差在线测量精度优于0.1mm,机器人轨迹跟踪精度优于0.2mm,打磨厚度一致性精度优于0.3mm,打磨产品型面误差优于0.3mm,力控精度优于1.5N;复合材料打磨表面去除量精度优于0.03mm,打磨表面覆盖率≥90%;与人工作业相比打磨效率提高50%以上。申请不少于5 项发明专利。

有关说明:由企业牵头申报。

3.4 面向酿造工艺流程的机器人智能作业系统

研究内容:面向酒类等酿造行业对酿造工艺自动化的需求,突破机器人自动接料、自动识别上甑位置、自动探汽上甑、均匀铺撒物料、自动控制蒸汽流量、自动识别定位窖池等关键技术,实现从固态发酵制曲、窖池到拌料工位、上甑工位、摊晾工位、回窖池发酵等全过程自动化作业。研制面向酿造工艺全流程的机器人智能作业系统,实现应用验证。

考核指标:上甑机器人不少于6 个自由度,最大负载≥150kg,实现自动探汽、测距、调控蒸汽流量等功能;上甑料面不平度≤30mm;测距误差≤20mm;探汽保证汽上升跟随料顶面不超过120mm 且不穿汽,同一时刻甑内各见汽点高度偏差≤30mm;智能摘酒机器人酒精度分析误差率≤±0.5 度;智能天车三坐标位置误差≤10mm,水平移动速度≥30m/min,纵向移动速度≥8m/min,起吊重量≥3t;建立相应生产工艺标准及规范。单套系统采用的国产机器人等装备不少于8 套,示范生产线数量不少于3 条。

有关说明:由企业牵头申报。

3.5 汽车板材机器人激光落料和三维切割系统

研究内容:面向汽车板材激光连续落料和复杂部件三维切割作业需求,研究新型高灵巧度冗余激光切割机器人机构、多机器人高精度协同作业、机器人堆垛、在线轮廓测量、废料自动剔除识别等技术,攻克异形汽车板件布料、切割轨迹、高速切割工艺等关键技术,形成典型工艺库。研制无模具数字化机器人激光落料系统、车体冲孔和切边等三维柔性机器人激光切割系统,进行应用验证。

考核指标:研制基于高性能激光切割机器人的汽车板材激光落料和三维切割系统,激光切割机器人系统工作空间大于3000mm×2000mm×600mm , 连续轨迹最大切割速度不小于100m/min,支持切割程序和工艺参数自动生成;双激光头协同切割落料实现年产量不小于100 万片,支持废料识别与回收,边部毛刺挂渣小于板厚的10%,机器人堆垛错层小于1mm,垛差不超过3mm;对于同一类车身部件,综合切割效率达到传统的五轴三维激光切割机的3 倍以上。申请/获得不少于5 项发明专利。

有关说明:由企业牵头申报。