科研團(tuán)隊(duì)是一支由多位資深機(jī)器人領(lǐng)域?qū)＜摇⑶嗄杲處熞约?/span>50余名研究生組成的團(tuán)隊(duì)，核心成員均是博士畢業(yè)，擁有豐富的機(jī)器人領(lǐng)域基礎(chǔ)研究經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)實(shí)力。團(tuán)隊(duì)成員秉承著“技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合”的理念，致力于醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人、穿戴式智能診療技術(shù)、機(jī)器人多指靈巧手、仿生機(jī)械臂等方向的高素質(zhì)人才培養(yǎng)、基礎(chǔ)理論研究、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化。
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（1）康復(fù)機(jī)器人研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化
平衡康復(fù)訓(xùn)練是提高平衡障礙患者平衡能力的一種有效的運(yùn)動(dòng)康復(fù)方法，其中平衡能力的評估和康復(fù)訓(xùn)練是診斷平衡障礙和恢復(fù)平衡能力的手段。本項(xiàng)目將在已有基礎(chǔ)上，面向平衡障礙康復(fù)研究人體平衡調(diào)節(jié)機(jī)制與平衡能力評價(jià)方法，平衡障礙康復(fù)關(guān)鍵技術(shù)研究及核心部件研發(fā)，研發(fā)平衡障礙患者康復(fù)機(jī)器人產(chǎn)品。
（2）穿戴式智能診療系統(tǒng)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化
人體運(yùn)動(dòng)/認(rèn)知功能是人的疾病的重要表征，穿戴式運(yùn)動(dòng)/認(rèn)知功能評測系統(tǒng)具有穿戴便捷、評測客觀、評測效率高的優(yōu)點(diǎn)，本項(xiàng)目擬針對常見的腦卒中、腦外傷、神經(jīng)損傷等疾病研制基于慣性傳感器、肌電、腦電、足底壓力的人體運(yùn)動(dòng)/認(rèn)知功能評測系統(tǒng)，輔助用戶進(jìn)行疾病的診斷。
（3）剛-柔-軟耦合仿生機(jī)械臂研發(fā)
發(fā)明了一種新型的仿生人工肌肉技術(shù)，基于仿生原理提出來剛-柔-軟耦合柔性驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)部件。基于該驅(qū)動(dòng)部件設(shè)計(jì)單關(guān)節(jié)多自由度與高柔性的剛-柔-軟耦合模塊，設(shè)計(jì)了剛-柔-軟耦合結(jié)構(gòu)制造技術(shù)與模塊化結(jié)構(gòu)接口技術(shù)。基于該關(guān)節(jié)模塊設(shè)計(jì)仿生機(jī)械臂，提出了剛?cè)峄旌系膭?dòng)力學(xué)模型，以及基于動(dòng)力學(xué)模型的參數(shù)自適應(yīng)控制、剛度自適應(yīng)控制、柔順操作控制等算法。該機(jī)械臂可應(yīng)用于人形機(jī)器人、充電機(jī)器人、按摩機(jī)器人等系統(tǒng)。
（4）機(jī)器人多指靈巧手結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究
面向柔性多指靈巧手的仿生需求，研究分析人手的手指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)原理，剖析關(guān)節(jié)內(nèi)部指骨、軟骨墊、軟骨、肌腱、韌帶等組織結(jié)構(gòu)的布局、相互作用，探明上述組織機(jī)構(gòu)合作實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)彎曲、伸展、變剛度的機(jī)理，建立相應(yīng)的仿真模型并分析演變規(guī)律，設(shè)計(jì)柔性仿生關(guān)節(jié)基本結(jié)構(gòu)和靈巧手多關(guān)節(jié)柔性仿生機(jī)構(gòu)；分析人手指腹部軟體組織的抓持目標(biāo)適應(yīng)特性、接觸穩(wěn)定性，建立剛?cè)嵝躁P(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)模型；分析由肌肉、肌腱、腱鞘構(gòu)成的人手手指關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)系統(tǒng)，研究其運(yùn)行機(jī)制，建立基本模型并仿真分析，設(shè)計(jì)多關(guān)節(jié)仿生機(jī)構(gòu)并基于人工肌肉、肌腱傳動(dòng)設(shè)計(jì)剛?cè)狁詈戏律?qū)動(dòng)系統(tǒng)。
（5）多指靈巧手感知與智能控制技術(shù)
針對靈巧抓取任務(wù)中的目標(biāo)物感知與多指靈巧手智能控制方法及其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。基于多模式感知建立目標(biāo)物體模型庫，進(jìn)而分別基于自適應(yīng)控制、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制、深度學(xué)習(xí)仿人操作等方式提出多指靈巧手驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物的靈巧抓取與操作。通過該課題的研究，重點(diǎn)突破靈巧抓取與操作任務(wù)中感知與智能控制算法設(shè)計(jì)這一共性技術(shù)難點(diǎn)，提高抓取與操作的靈敏度和準(zhǔn)確度，進(jìn)一步推進(jìn)多指靈巧手的產(chǎn)業(yè)化。
1）科研項(xiàng)目
[1] 國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目，62373326，面向本體感覺傳入效應(yīng)增強(qiáng)的機(jī)器人-下肢交互運(yùn)動(dòng)刺激作用機(jī)理，2024-01-2027-12，50萬元，在研；
[2] 浙江省尖兵領(lǐng)雁研發(fā)攻關(guān)計(jì)劃重大社會(huì)公益計(jì)劃項(xiàng)目，2023C03159，基于多模態(tài)生理參數(shù)感知的神經(jīng)肌肉電刺激關(guān)鍵技術(shù)研究、系統(tǒng)設(shè)備開發(fā)與臨床試驗(yàn)，2023-01 至 2025-12，100萬，在研；
[3] 國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目，52305038，全向運(yùn)動(dòng)地形擾動(dòng)下的人體平衡調(diào)節(jié)機(jī)制與平衡能力訓(xùn)練新方法，2024-01-2026-12，30萬元，在研；
[4] 國家自然科學(xué)青年基金項(xiàng)目：自解耦三維力指尖觸覺傳感器及其體表接觸力感知機(jī)理研究. 62303417, 30萬, 主持, 2024.01-2026.12. 在研；
[5] NSFC-深圳機(jī)器人基礎(chǔ)研究中心項(xiàng)目 重點(diǎn)支持項(xiàng)目，U2013212，軟體機(jī)械臂基礎(chǔ)理論與控制方法研究，2021.01-2024.12，288萬，在研，主持
[6] 國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃智能機(jī)器人專項(xiàng)課題，生物/運(yùn)動(dòng)信息捕捉技術(shù)及裝備研究，171萬，2019YFB1311401，2019.12-2022.11，結(jié)題，主持
[7] 國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題，2020YFB1313001，水蛇機(jī)器人剛-柔-軟耦合仿生驅(qū)動(dòng)機(jī)理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，122萬，2020.12-2023.11，在研，主持
[8] 國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃政府間國際科技創(chuàng)新合作重點(diǎn)專項(xiàng)子項(xiàng)目，基于多模信息融合的人體運(yùn)動(dòng)意圖獲取與理解，123.6萬，2018YFE0125600，2020.01-2022.12，結(jié)題，主持
[9] 浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃國際合作專項(xiàng)，機(jī)器人柔性臂手系統(tǒng)及其智能化協(xié)同操作關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用研究，150萬，2021C04015，2021.1-2024.11，在研，主持
[10] 國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目，51775499，面向軟體多指手的抓持剛度分配機(jī)理、抓持規(guī)劃及動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性評價(jià)方法研究，2018/01-2021/12，72萬，主持，結(jié)題。
2）學(xué)術(shù)論文
1. Shibo Cai, Mingyu Shao, Mingyu Du, Guanjun Bao, Bingfei Fan. A Binocular-Camera-Assisted Sensor-To-Segment Alignment Method for Inertial Sensor-based Human Gait Analysis[J]. IEEE Sensors Journal, 2023, 23(3): 2663-2671. （SCI一區(qū)）
2. Shibo Cai, Dipei Chen, Bingfei Fan, Mingyu Du, Guanjun Bao, Gang Li. Gait phases recognition based on lower limb sEMG signals using LDA-PSO-LSTM algorithm[J]. Biomedical Signal Processing and Control, 2023, 80: 104272. （SCI二區(qū)）
3. Wei Wei, Bangda Zhou, Binfei Fan, Mingyu Du, Guanjun Bao, Shibo Cai*. An Adaptive Hand exoskeleton for Teleoperation System[J], Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2023.（SCI 二區(qū)）
4. Shibo Cai, Guanjun Bao*, Jiaqing Pang. A Structured Light-based Visual Sensing System For Detecting Multi-layer And Multi-track Welding[J], International Journal of Robotic and Automation, 2021, 36(4): 264-273.（SCI）
5. Bingfei Fan; Qingguo Li; Tian Tan; Peiqi Kang; Peter B. Shull*. Effects of IMU Sensor-to-Segment Misalignment and Orientation Error on 3D Knee Joint Angle Estimation. IEEE sensors journal, 2021: 1-1, doi: 10.1109/JSEN.2021.3137305.
6. P. Kang; J. Li; Bingfei Fan; S. Jiang; and Peter B. Shull*. Wrist-worn Hand Gesture Recognition while Walking via Transfer Learning. IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics, pp. 1-1, 2021.
7. Bingfei Fan; Haisheng Xia; Junkai Xu; Qingguo Li; Peter B. Shull*. IMU-based knee flexion, abduction and internal rotation estimation during drop landing and cutting tasks. Journal of Biomechanics, 2021, 110549.
8. Bingfei Fan; Qingguo Li; Tao Liu*. Accurate foot clearance estimation during level and uneven ground walking using inertial sensors. Measurement Science and Technology, 2020, 31(5): 055106.
9. Yangqing Ye, Xiaolong Ma, Xuanyi Zhou, Guanjun Bao, Weiwei Wan, Shibo Cai. Dynamic and Real-Time Object Detection Based on Deep Learning for Home Service Robots[J], Sensors, on-line.
10. Jianhua Zhang, Xuanyi Zhou, Jinyu Zhou, Shiming Qiu, Guoyuan Liang, Shibo Cai, Guanjun Bao *. A high-efficient reinforcement learning approach for dexterous manipulation [J]. Biomimetics, 2023, 8, 264.
11. Wenbiao Wang, Yunfei Zhu, Shibo Cai and Guanjun Bao*. Ultralong Stretchable Soft Actuator (US2A)- Design, Modeling and Application [J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2023 36:13, https://doi.org/10.1186/s10033-023-00835-3
12. H. Meng, L. Zhou, X. Qian and G. Bao*, Design and Application of Flexible Resistive Tactile Sensor Based on Short-Circuit Effect, in IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 72, pp. 1-8, 2023, Art no. 9501008, doi: 10.1109/TIM.2022.3225063.
13. H. Meng, W. Zhu, L. Zhou, X. Qian and G. Bao*, A 3-D Force Sensor Based on Combination of Magnetic and Piezoresistive Transduction [J]. IEEE Sensors Journal, 2022, 22(4): 3595-3604.
14. X. Ma, Y. Ye, H. Meng, W. Wang, W. Wang and G. Bao*, Sensor Embedded Soft Fingertip for Precise Manipulation and Softness Recognition [J]. IEEE Robotics and Automation Letters, 2021, 6(4): 8734-8741.
15. 蔡世波, 陶志成, 萬偉偉, 喻豪勇, 鮑官軍*. 機(jī)器人多指靈巧手的研究現(xiàn)狀、趨勢與挑戰(zhàn)[J/OL].機(jī)械工程學(xué)報(bào)[J], 2021, 57(15): 1-14. 封面文章
3）科研產(chǎn)品
（1）手部康復(fù)機(jī)器人：圍繞手部運(yùn)動(dòng)功能的安全、高效、低成本康復(fù)訓(xùn)練需求，發(fā)明了一種新型的氣動(dòng)軟體驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步設(shè)計(jì)開發(fā)了氣動(dòng)軟體手部運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)器初代產(chǎn)品。結(jié)合人手的生理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了可以同時(shí)捕捉20個(gè)人手關(guān)節(jié)自由度且能進(jìn)行力反饋的手部外骨骼裝置。
（2）便攜式肌電信息采集系統(tǒng)研發(fā)樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)8通道表面肌電信號采集，可進(jìn)行肌肉的肌力、肌張力的評估和肌肉疲勞度評估。
（3）便攜式足底壓力采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)雙足16通道足底關(guān)鍵區(qū)域的壓力采集，實(shí)時(shí)記錄足底壓力及其變化，可實(shí)時(shí)顯示壓力集中區(qū)域，壓力中心線及軌跡變化顯示。
（4）坐臥式下肢運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練機(jī)器人，適用于下肢運(yùn)動(dòng)功能障礙重癥患者、髖膝關(guān)節(jié)手術(shù)患者預(yù)后康復(fù)訓(xùn)練，具有雙腿髖、膝、踝6個(gè)自由度，能夠與虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)游戲結(jié)合，提升訓(xùn)練效果。
（5）坐站體位變換與步態(tài)輔助機(jī)器人，輔助腦卒中、肌無力等病患完成坐姿與站姿的體位變換，通過繩牽引的方式為病患的患側(cè)步態(tài)訓(xùn)練按需提供輔助力，幫助患者恢復(fù)正常步態(tài)。
（6）踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人，適用于腦卒中、腦外傷等原因?qū)е碌孽钻P(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)功能障礙，踝關(guān)節(jié)術(shù)后腳運(yùn)動(dòng)功能障礙、關(guān)節(jié)僵直、腿部相關(guān)肌肉萎縮等患者。
（7）觸覺傳感器：面向機(jī)械手在抓持過程中的交互力感知需求，研究了磁和壓阻雙模式傳感原理，設(shè)計(jì)了一種自解耦三維力傳感器，基于短路效應(yīng)的觸發(fā)機(jī)制，研制了一種柔性陣列式壓力傳感器，研究了Velostat壓阻薄膜的特性，開發(fā)了可集成的指尖觸覺傳感陣列。
（8）懸掛式剛-柔-軟耦合艾灸系統(tǒng)：以軟體驅(qū)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)剛性被動(dòng)副，并將軟體驅(qū)動(dòng)副包裹在剛性驅(qū)動(dòng)副的外部，從而實(shí)現(xiàn)外軟內(nèi)剛的結(jié)構(gòu)特性與柔順運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性。并且關(guān)節(jié)內(nèi)部的剛性骨架可集成變剛模塊；可通過控制變剛度模塊內(nèi)部氣壓實(shí)現(xiàn)對關(guān)節(jié)剛度的智能調(diào)控；可實(shí)現(xiàn)人類手臂的運(yùn)動(dòng)特性與準(zhǔn)確的狀態(tài)控制。從而實(shí)現(xiàn)安全柔性的艾灸任務(wù)。
團(tuán)隊(duì)依托浙江省特種裝備制造與先進(jìn)加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、教育部特種裝備制造與先進(jìn)加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等平臺(tái)，經(jīng)過二十余年積累，建設(shè)有機(jī)器人研究相關(guān)的實(shí)驗(yàn)條件：高性能工控機(jī)、NI PX開放式工控平臺(tái)、NI LABVIEW系統(tǒng)軟件、NI DAQ數(shù)據(jù)采集卡、工程測試與分析軟件、機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS開發(fā)平臺(tái)、SMC公司高精度的氣動(dòng)元件、力覺數(shù)據(jù)手套及配套軟件、肌電信號采集系統(tǒng)、角位移測量數(shù)據(jù)手套、大型氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、直接驅(qū)動(dòng)數(shù)字伺服閥、3D打印機(jī)、泰克邏輯分析儀、ABB六軸機(jī)器人、三菱六軸機(jī)器人、UR3機(jī)械臂、實(shí)驗(yàn)室自制的氣動(dòng)柔性多指靈巧手、氣動(dòng)柔性連續(xù)機(jī)器人、長臂式軟體機(jī)器人等。
人體運(yùn)動(dòng)分析與訓(xùn)練設(shè)備及軟件：KAT 3DT全向運(yùn)動(dòng)三維地形模擬系統(tǒng)（合作單位），NOKOV光學(xué)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，Biodex 動(dòng)靜態(tài)平衡評估和訓(xùn)練系統(tǒng)（合作醫(yī)院），Visual3D v6 Professional生物力學(xué)分析軟件，OpenSim人體肌肉骨骼仿真軟件，Xsens MVN Awinda、Xsens Dot、MTi 600慣性運(yùn)動(dòng)分析系統(tǒng)，自研的足底壓力分析系統(tǒng)，支持16節(jié)點(diǎn)的sagemotion IMU傳感與生物反饋系統(tǒng)，Moticon壓力鞋墊，Delsys無線表面肌電儀。
我們真誠歡迎具有創(chuàng)新思維和技術(shù)實(shí)踐能力的同行和研究生加入我們和睦友善、充滿活力的團(tuán)隊(duì)，共同致力于機(jī)器人領(lǐng)域的人才培養(yǎng)、科學(xué)研究與轉(zhuǎn)化應(yīng)用。
我們的研究方向主要包括但不限于以下幾個(gè)方面：
1. 機(jī)器人感知與認(rèn)知：研究機(jī)器人的感知能力，包括視覺、聽覺、觸覺等，以及機(jī)器人的認(rèn)知能力，如環(huán)境理解、情感識別等。
2. 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制與規(guī)劃：研究機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制算法和路徑規(guī)劃方法，以實(shí)現(xiàn)高效、精確的運(yùn)動(dòng)能力，包括運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃等方面。
3. 人機(jī)交互與智能系統(tǒng)：研究機(jī)器人與人類之間的交互方式和技術(shù)，包括語音識別、自然語言處理、情感計(jì)算等，以及智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)。
4. 機(jī)器學(xué)習(xí)與人工智能：研究機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能算法在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用，包括深度學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)、遷移學(xué)習(xí)等，以提升機(jī)器人的智能水平。
歡迎來函來電咨詢與交流：
孟海良：15857516345，E-mail: menghl@zjut.edu.cn