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1、前瞻性項目

1.1中科院戰略性先導專項(A類)“作物種子激光切削與DNA快速提取技術”

本項目來源于中科院先導專項--分子模塊設計育種創新體系,項目采用機器人及相關控制技術設計種子精確送料、定位、分揀、存儲的自動化設備,實現對種子的精細位置及切削操作。攻克種子精確傳輸與排布、機器視覺定位、機器手爪精確抓取和調整位姿、自動化存儲系統等關鍵技術,為種子的切削、DNA取樣分析和分類存儲提供自動化裝備。攻克種子微量切削零污染取樣技術,實現在不破壞發芽活力的情況下對種子進行快速取樣,為建立高通量DNA同步快速提取和分子分型新方法提供條件。進一步優化設備的整體設計,優化排種、輸種、抓種過程;配合課題其他任務將視覺識別裝置、激光切削裝置、DNA檢測裝置等集成進入種子取樣設備,設計機械安裝支架,研究模塊間機械、信息、電氣接口,將各控制模塊嵌入整體控制系統。根據各子系統工作節拍,計算并設置整機工作節拍,調整控制參數,確保各部分協調工作。今年已在一代樣機基礎上設計出二代樣機,目前正在進行調試驗證工作。


    

                                 圖一 先導專項一代樣機圖                                                     圖二 先導專項二代樣機圖 


1.2總XXX預研項目“仿生XXX項目”

項目源于總XXX預研項目,面向XXX用現代化裝備對隱身、減阻、防污、高強輕質、高靈敏度、高機動性等性能的迫切需求,提出XXX生物材料與仿生資源數據庫的建設方法。設計標準化的生物信息表達方式和數據結構,建立集數據索引、數據錄入、數據搜索、數據挖掘于一體的數據庫基本架構,構建XXX生物顆粒與表面結構資源子庫和生物運動、感知與控制系統子庫的原型系統,實現對滿足特定裝備需求的新型生物材料、結構與系統組合的快速搜索與發掘,為XXX裝備的研制提供創新思路和數據支持。


          圖三   生物原型示意圖



1.3陸軍裝備預研項目(公開)“敏捷式人機自然交互控制技術”

根據敏捷式人機自然交互控制技術的具體需求,采用肌電信號、慣性測量信號和觸覺反饋信號等多種人體動作測量信號,實現準確、可靠并能滿足控制對象操控實時性要求的多源信號融合解析技術;同時,以智能機器人、動力外骨骼系統等典型的人機交互裝備為應用背景,設計人機交互控制系統實驗原型,并開展大量實驗,對所設計的多源信號融合解析技術進行驗證和進一步優化,提高其實時性、魯棒性和實用化程度,從而為未來開發高度智能化、沉浸式的人機自然交互環境儲備關鍵技術。


 

  圖四  EEG-EMG-慣性信號同步采集示意圖                               圖五 EEG-NIRS(腦電+近紅外)同步采集示意圖


1.4國家自然科學基金“喉盤魚“吸盤-剛毛”復合結構的吸-黏附協同作用機理研究”

仿生爬壁機器人具有體積小、機動性強、易操控等優點,是新一代自動化壁面檢測技術的發展方向之一?,F有仿生技術存在黏附力低、調控能力弱、功能單一等不足,嚴重制約了仿生爬壁機器人在濕滑粗糙表面檢測上的應用。喉盤魚具有強大的吸附能力,其獨特的“吸盤-剛毛”復合結構及其吸-黏附協同作用功能為突破這一局限提供了新思路。本項目通過模仿喉盤魚腹鰭和胸鰭間的吸盤及其邊緣剛毛結構, 研究“吸盤-剛毛”復合結構的吸-黏附協同作用機理,通過分析吸盤與壁面的力學耦合關系,建立濕滑粗糙表面仿生吸盤腔體與邊緣層級結構的作用模型;搭建測試平臺,驗證其吸附性能;在此基礎上實現仿生吸-黏附結構優化設計。研究內容包括驅動單元集成, 制備工藝開發,自主“吸附-脫附”仿生吸盤器件的研制。建立喉盤魚吸盤生物力學多尺度耦合模型,深入理解其“吸盤-剛毛”復合結構在濕滑粗糙表面吸-黏附協同作用機理,闡明其自主“吸附-脫附”運動機制。發展仿生協同吸附器件優化設計方法及制備工藝,設計出基于SMA 驅動的仿生吸盤自主“吸附-脫附”驅動單元,制造出具有復合結構的仿生吸盤。最終搭建一套仿生吸盤測試器件及實驗平臺,驗證其吸附性能,為濕滑粗糙表面仿生爬壁機器人提供關鍵性理論基礎與技術支持。本項目將為濕滑粗糙表面爬壁機器人設計與制造提供新的理論與技術支持。研究成果將拓展仿生表面在濕黏附領域的應用范圍,具有重要的學術意義和產業化應用前景。


 

         圖六   吸附機理表面結構原理                                             圖七   項目研究方案


2、標志性產品與關鍵零部件

2.1助老助殘外骨骼機器人

當前人口老齡化和殘障人口眾多已成為影響我國社會和諧發展的突出問題。下肢外骨骼機器人是專為老齡高發病“腦卒中”患者及肢體殘障患者設計的一款助力助行康復產品,對于有效緩解老齡與殘障人群的社會服務壓力及加快培育新興產業具有重要的戰略意義。為解決外骨骼機器人實際應用存在的康復訓練評估、人機耦合系統設計與試驗評價、臨床康復訓練應用等關鍵問題,項目開展主、被動下肢康復策略研究,分析患者在各康復階段中的不同需求,設計基于實時檢測與評估的遞進式康復策略與評估體系,實現對外骨骼機器人康復訓練效果的科學評價與合理評估。目前已完成第三代樣機研制與志愿者測試,與南京某公司及相關投資公司洽談合作,孵化公司正在辦理手續。


     圖八 助老助殘外骨骼機器人第三代樣機                              圖九 志愿者測試助老助殘外骨骼機人


2.2人機協同作業雙臂機器人

面向中國制造2025和社會經濟發展,通過開展冗余自由度雙臂機器人虛擬樣機聯合仿真和本體輕量化設計,建立雙臂機器人運動學和動力學模型,研制出下一代新型冗余自由度雙臂協作工業機器人樣機,并在汽車LED大燈組裝、汽車發電機爪極精密裝配等進行示范應用,打破國際壟斷,提高我國工業機器人與裝備制造業自動化水平,解決用工荒的問題。


       圖十  雙臂機器人實驗現場                                         圖十一  雙臂機器人進行大燈裝配


2.3個人機器人

個人機器人(PR-Personal Robot)一詞由個人電腦(PC)衍伸而來,屬于服務機器人范疇。個人機器人能夠成為個人的伙伴、助理或者幫手等,會像個人電腦和手機一樣普及開來,服務于人類的個體。未來個人機器人將會被社會廣泛使用,我們將會在家庭、飯店、商場和銀行等各種場所內頻繁看到這些機器人。 過去60年間,人類與計算機的互動只是二維的人機交互,而個人機器人將從本質上終結這種二維交互,使人類進入三維交互。這意味著,個人機器人將不僅知道人類說什么,還知道人類說這些話的含義,更能夠把語言轉化為實際行動,幫助人們做很多事情。從1975年起,個人計算機的活動領域開始超出有才能的業余愛好者的范圍,進入了普通人的日常生活?,F在個人機器人的命運也正經歷著同樣的轉變。目前,個人機器人正繼計算機之后,開始從工作場所進入家庭。個人機器人將來為我們做的事,要比我們今天能想象的多得多,最終它們會融入人類社會,成為我們不可缺少的伙伴。



         圖十二  個人機器人概念圖

2.4三棲移動機器人

受運動模式的限制,目前研制出的移動機器人大多是基于單一作業環境,變革移動機器人的機構設計和運動模式,研究開發能適應復雜的水陸空作業環境的三棲機器人,是機器人研究領域的一個新的重要研究方向。三棲移動機器人突破了輕質高剛度的機械結構設計、自主切換的控制系統設計、動力飛行系統設計等技術,開發出一款能在水陸空多環境全地形移動的探測機器人,可用于軍事偵察、核與自然災難以及工業事故等特殊事件發生后的救援、環境監測與評估,也可用于煤礦瓦斯氣體檢測、空間探索與安保等等。申請了數項發明專利,可用于產業化。在本項目成果的基礎上,可以開發出自主型無人機產品,相較目前市場上廣泛存在的遙控飛行無人機而言,自主性大大提高,是真正的無人機,具有飛行范圍更大、飛行更靈活可靠、安全性更高等特點,具有廣闊的市場需求。


           圖十三 三棲移動機器人樣機


2.5二自由度球形關節

針對現有工業機器人重量/負載比大、平均功耗偏高、由于采取交流供電導致移動作業不便等問題,突破高集成度二自由度機電一體化關節的研制、機械臂的運動學/動力學分析、新型六自由度機械臂控制系統和操作系統的開發等一系列關鍵技術,采用模塊化設計的思想,研制出兩自由度機電一體化關節樣機;基于二自由度機電一體化關節,采用整機優化與系統集成、路徑規劃和參數自辨識等技術,研制重量/負載比小、平均功耗低、能夠適應固定或移動作業的新型六自由度模塊化機械臂,產業化后可在工業生產線、服務機器人等領域進行應用。


           圖十四  二自由度機電一體化關節                                      圖十五  新型六自由度模塊化機械臂設計圖


2.6高性能永磁同步直線電機

針對高端智能裝備對高性能直線進給系統的急迫需求,突破電機本體設計與非線性控制等關鍵技術,研制出具有自主知識產權的高性能永磁同步直線伺服電機樣機及其運動平臺,為直線進給系統提供新型驅動方式,替代進口產品,降低企業設備成本,提高我國高端智能裝備的市場競爭力。本課題已完成高性能永磁同步直線伺服電機樣機的設計、加工和裝配以及軟硬件測試,經檢測與鑒定,認為主要參數均達到或優于國際同類產品的技術指標,下一步計劃進行產品開發與市場開拓。



         圖十六  永磁同步直線電機運動系統平臺


3、重大技術服務

3.1年產30萬套新能源內膽自動化生產線系統

由觀能多能源(江蘇)有限公司委托開發,面向制造型企業對生產車間數字化系統的需求,研發用于汽車零部件生產、船舶零部件生產、熱水器內膽生產等領域的車間數字化監控系統,該系統集客戶訂單管理、生產工藝管理、生產計劃管理、物料管理、設備運行狀態管理、產品質量管理等于一體,實現了企業管理系統與生產管理系統的互聯,滿足企業應對多品種、低批量產品的高效生產。目前研發的熱水器內膽生產車間數字化系統已在江蘇觀能多能源有限公司投入使用,實現了從生產計劃、物料計劃、設備監控、質量監控、到成品管理等一系列功能,未來將向其他生產行業如汽車零部件制造、船舶零部件制造等領域推廣應用。工程合同到款金額1000余萬元,為企業新增經濟效益6000余萬元。并且每年的年產量高達三十萬套。為更好的實現中國制造2025智能工業奠定了堅實的基礎。針對新能源內膽生產工藝技術要求,通過突破系統集成相關關鍵技術,開發并實現內膽拉伸、噴淋前處理、內膽焊接、內膽整形、噴砂、搪瓷燒結、及積放鏈等流程的全自動生產線系統,同時進行生產線資源配置及布局優化、節拍優化、以及DCS集散控制等的研究,不僅提高了內膽生產的質量,也大大提高了生產效率。




3.2年產20萬套太陽能無刷電機智能化生產線系統

本項目以建設用于太陽能電池板角度調節的無刷電機智能化生產線為目標,通過創新無刷電機制造工藝,并在此基礎上綜合利用機器人技術、自動控制技術、信息通信技術等,分別建設電機轉子制造、定子制造、電機總裝的智能化生產線系統,最終實現集物料管理、生產計劃管理、品質管理、設備管理等于一體的智能化生產系統。


 


3.3桁架機器人數控加工智能化制造系統

本項目由中遠集團南京國際船舶配件有限公司委托開發,在系列智能裝備項目“機器人堆焊工作站項目”、“桁架機器人數控加工智能單元項目”、“柴油機氣門摩擦焊屈服強度自動化檢測設備”等系列智能裝備項目的基礎上開展建設智能工廠項目,為船用低速柴油機進排氣門閥座設計設計自動化加工生產線。該智能單元采用1套桁架機器人配2臺智能機床的自動化加工方案,實現自動上下料、翻面、吹屑等功能。機械系統結構設計緊湊,布局合理??刂葡到y上能實現桁架機器人與機床系統的內部通訊,采用統一的通訊協議,能適應后期數字化車間設計,數據交互方便,通訊便捷。利用現場工控機及軟件系統,實現對該機床自動化加工單元的相關實時狀態數據的監控。為適應后期智能工廠建設,本系統配備總控,在電氣控制硬件上,集成了Profibus-bus總線,以太網總線,有良好的擴展兼容性,以便實現與各種工業設備的通訊和控制;預留IO信號,模擬量信號,提高監控系統的后期擴展能力。


3.4錨板自動化生產線系統

安徽金星預應力工程技術有限公司目前錨板生產多為人工操作,自動化程度較低,設備相對落后,不能滿足錨板生產的自動化;根據公司需求,研究人員規劃并設計錨板智能化生產線,該線能夠實現錨板的人機協作智能化生產;減少人員投入;提高產能;提升產品質量一致性穩定性,該項目目前正在洽談中,預計合同額超過1000萬元。



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