本项目以在高端智能制造场景中进行自主作业的智能移动作业机器人为研究对象，研究基于机器人的末端执行器、传感装置、行走机构、决策核心的协调一体式控制技术，以提升移动作业机器人的行走行为、感知能力、作业动作、自主决策的高效、协同控制，使机器人反应更灵敏，动态响应速度快，动作精准度更高。
一、主要技术
（一）全新设计的以工控计算机为基础的控制器硬件系统。
（二）自主研发的移动机器人操作系统。
（三）创立“组合导航定位-宏观视觉规划-局部力觉自律”的多模态精确感知方法。
（四）突破了移动作业机器人“手眼脚脑”行为智能协同控制技术。
（五）全新创立的一体化移动机器人运动学模型。
二、研发内容
（一）全新研发的一体化机器人控制器硬件及一体化运动学模型
移动作业机器人的一体化控制器硬件
全新设计定制的以多核CPU为核心的工业控制计算机（主板），专门作为移动作业机器人控制硬件平台。相比于传统控制器优势明显：
1.兼容性增强:因硬件集成度提高，控制器对不同传感器的适配性和兼容;
2.可控制多达16轴的机器人:用一台控制器可实现对该类机器人的控制，省去了传统系统中机械臂的独立控制器；
3.整体系统响应速度、可靠性获得大幅提升。
移动作业机器人的一体化运动学模型
针对传统分离式、无关联性、低耦合移动作业机器人系统运动学模型无法实现高性能、高响应速度、高柔性的移动复合机器人的移动及作业控制的弊病，基于统一世界坐标系建立了移动运动学和作业臂运动学互相耦合、强关联的一体化系统运动学模型，为移动作业的一体化协同控制奠定了底层理论基础。与基于传统分离式的运动学模型的控制相比，底层模型代码量（复杂度）减少30%；同样控制环路带宽下移动作业末端动作完成时间缩短33%。
（二） 自主研发的移动机器人实时操作系统
突破卡脖子技术，实现了移动机器人的操作系统完全国产化。
以Linux内核为基础，开发了自主知识产权的国产化操作系统，与ROS相比，具有更强的实时性和更简洁的内部计算资源处理流程。
在该操作系统下，将硬件CPU核资源分配为2大部分，一部分分配为非实时CPU核，专门处理实时性低的或非实时的任务数据；另以部分分配为实时CPU核，专门处理实时性的计算任务。相应的，机器人控制器将计算任务源划分为实时和非实时任务源，非实时任务源分配给非实时CPU核处理；实时任务源分配给实时CPU核处理。
（三） 创立了“组合定位-宏观视觉规划-局部力觉自律”的多模态精确感知方法
1.多源传感器联合在线快速初始化模型。针对智能自主移动机器人在线实时参数估计和快速初始化需求，创新性构建了最大后验概率的参数状态优化模型，提出解析式双阶段初始化参数粗估计方法，在实现惯性参数、相机外参以及尺度因子等初始估计的基础之上，提出参数扰动下的标定参数优化及加速度零偏估计方法，极大地提高了系统的初始化速度。
2.多模态特征协同高精位置估计模型。针对弱纹理环境下特征数量有限问题，建模虚拟平面特征，在不增加特征提取耗时和状态估计量的前提下，利用虚拟平面特征突破传统算法特征独立性强、异构特征约束能力差的弊端，提出一种基于点/线/虚拟平面特征的多特征联合视觉/惯性组合导航定位方法，显著提升了系统的定位精度和环境适应能力。
3.面向深度动态环境的运动分割和导航定位模型。针对动态环境中区域性目标移动和变化问题，基于特征点匹配成功率差异原理，提出一种基于匹配聚类的动态区域自适应分割算法，突破了传统算法静态环境定位假设，实现了在区域动态环境下的鲁棒定位。
（四）突破了移动作业机器人“手眼脚脑”行为智能协同控制技术
1.基于马尔可夫决策模型的路径规划技术。为解决非结构化、大范围环境中的路径规划问题，基于马尔可夫决策模型，创造性的提出信息引导的价值迭代（Informed VI）路径规划算法。该算法允许机器人在运行时适应不同的环境和情境，能够动态调整策略以适应新的信息和变化，并可以在不失去最优性的条件下始终找到价值最高的路径。与传统算法相比，所提算法将地图节点访问数量平均降低68.5%，计算时间平均降低83.5%。
2.基于一体化运动学模型的轨迹优化技术。通过在一体化运动学模型的基础上设定优化目标，可以实现在机器人执行相同任务的条件下，实现更优的运动效果和更低的能量消耗，优化后的运动可以将能耗降平均低6.2%。
3.机器人行为智能协同控制技术。机器人根据预先规划的任务、人的指令以及通过"眼睛"感知到的环境来获取信息。通过任务与行为逻辑的映射，机器人对机身状态、手的动作和脚的动作进行规划。得到身体、手、脚的运动信息后，将机器人的行为与电机驱动进行映射——即系统一体化运动学模型，从而得到电机的驱动命令。通过机器人行为智能协同控制系统，系统运行时间平均减少69.8%，内存占用空间平均减少15.0%，系统的整体性能得到大幅提升。

1.张建政  2.董易  3.韦鲲  4.李洪涛  5.邹金沛  6.张渊民  7.张兴盛  8.俞吟  9.李亮华  10.李方保  11.黄书航  12.张煜  13.欧阳实  14.吕建辉  15.吕云振