青岛市智能控制与机器人技术重点实验室
青岛市智能控制与机器人技术重点实验室
青岛市智能控制与机器人技术重点实验室始建于1992年，是国内主要的机器人与智能控制研发基地之一，2004年被批准为青岛市重点实验室。研究方向：特种机器人方向（己扩展到智能机器人，甚至动物机器人）、智能机器人方向（重点研究：智能移动机器人、多智能体机器人系统的理论与方法）、模式识别与智能系统方向、控制理论方向。本实验室有一支在承担国家级重大课题中成长起来的科研队伍，已取得多项成果，目前承担863项目等科研任务。
机构简介
研究人员
青岛市智能控制与机器人技术重点实验室始建于1992年，有一支在承担国家级重大课题中成长起来的队伍。现有人员26人，其中教授14人(含博导6人)、副教授（高工）8人、博士10人；有4个明确、稳定的研究方向；每个方向至少有1名博导，有一支以博士、硕士为主体、年龄结构和知识结构合理的研究队伍。
学术地位
依托本实验室于98年组建了“山东省机器人工程技术研究中心”、2001年被评审为“863机器人产业化基地”、山东省重点强化建设实验室，是国内主要的机器人与智能控制研发基地之一，2004年被批准为青岛市重点实验室。所依托学科“控制理论与控制工程”为省级重点学科。本实验室拥有2个二级学科博士点（控制理论与控制工程、机械电子工程），6个硕士点（控制理论与控制工程、机械电子工程、模式识别与智能技术、检测技术与自动化装置、信号与信息系统、电力电子与电气传动）。
研究方向的特色、学术水平、学术地位
本实验室已形成4个稳定的研究方向：
机器人技术方向
本实验室是从研究特种机器人起步并发展起来的。现在本方向的研究己扩展到智能机器人，甚至动物机器人。其中，特种机器人包括恶劣环境机器人和危险环境机器人；智能机器人包括多工业机器人、多移动机器人和动物机器人。
(1)、特种机器人
本方向主要研究恶劣和危险环境下的机器人。其中，恶劣环境下的机器人主要有以喷浆机器人为代表的地下工程机器人，除锈-喷漆两用机器人等；极限（危险）环境机器人主要有高压带电作业机器人和高压电网巡线机器人等。
①、恶劣环境下的机器人
A、喷浆机器人
研发与产业化情况
国产机器人用于生产难，用于环境恶劣的地下工程更难。地下工程环境，是世界上公认的最恶劣的工程环境之一。
86年在国内率先开展以喷浆（即喷混凝土）机器人为代表的地下工程机器人研究和产品开发。经过十多年努力，在多项煤炭部重点项目、2项国家自然科学基金、4项国家863项目资助下，研制出我国第一台地下工程施工机器人；接着，完成了成果转化，实现了批量生产，并形成了防爆型与非防爆型、大中小型系列喷浆机器人。现己在全国应用推广。实现了从依赖进口到国产喷浆机器人产业化的跨越，开辟了我国地下工程机器人的新领域。
获得的成果
2000年“大型喷浆机器人”被评选为山东省十大科技成果（列榜首）、“PJR系列喷浆机器人”被国家煤炭工业科学技术委员会评选为“2000年度煤炭工业十大科技成果”。
2001年“喷浆机器人”获山东省科技进步一等奖。
2002年喷浆机器人获国家科技进步二等奖。
2001年，被审定为863机器人“产业化基地”，在863十五周年总结表彰时被授予“先进集体”称号。
B、青岛市重点项目“除锈-喷漆两用机器人”
除锈-喷漆两用机器人是我室承担的第一个市重点项目。开始时，本项目是为大型储油罐和储气罐而研发的；后来发现，它在船体除锈与喷漆上也都十分有用，对 “大炼油”、“大造船”都有重大价值。过去的传统做法是采用“磁吸附”和“真空吸附”的原理，而本项目是采用让机器人在与罐体形状类似的轨道上行走。前者的最大缺点，是作业时吸附不住而跌落，因此国内研发多年而未达到实用水平。本方案的优势是可靠、实用。
②、危险环境机器人
正在承担的此类863项目有：带电作业机器人和巡线机器人。国家863项目“带电作业机器人”是在高压电力线路不停电的条件下对线路及其设备进行维修和维护的机器人。为我国机器人研究开拓了新的领域，是高难度、综合性课题。研究过程中必须解决冗余自由度的设计与控制、双臂协调、基于多传感器的信息融合、遥操作和智能作业、高电压环境中的电磁兼容等问题，都极富挑战性。
目前世界上只有日本、美国等少数国家能够生产带电作业机器人。因此课题的研发成功将是我国机器人界的又一标志性成果。
智能机器人
本方向重点研究:智能移动机器人、多机器人(多智能体)系统的理论与方法。例如，用于越野和探测的智能移动机器人、蛇形机器人等；基于多智能体系统理论与方法的多移动机器人、多工业机器人；新近又开展了动物型机器人研究。
在上述研究中，本实验室建起了相应的机器人实验平台。
①智能移动机器人
多智能移动机器人实验平台、蛇形机器人
②多工业机器人合作
多工业机器人实验平台
③、动物型机器人研究
国家自然基金项目“动物型机器人” ，即研究用(计算机发出的)电信号控制活体动物，实现对动物神经的控制，使之按人的要求行事。该研究不仅有重要的军事应用价值，而且在医学、生理学和残疾人康复等多方面都有重要学术和实用价值。
2、磁悬浮技术与装置方向
本实验室现承担的项目有：国家863计划项目“超高速磁悬浮轴承电主轴单元”和省科技计划项目“永磁悬浮轴承风力发电机及智能控制系统研制”。目前“超高速磁悬浮轴承”的电主轴已达到3.5万转/分的国内最高水平，超过了与国家863计划所签合同的“3万转/分”的指标。正向10万转/分的水平努力。
模式识别与智能系统方向
本方向主要研究图像处理与识别技术以及在智能控制中的应用等。
①基于超声传感的模式识别技术
从80年代中期就开始研究基于超声传感的模式识别技术, 利用超声传感成像技术获取井筒形状图像后，采用模式识别技术，成功解决了煤矿钻井井筒的形状测量、井壁质量和井筒偏斜测量等问题。
近年来，在省部和青岛市重点项目的资助下，对超声波在泥浆中的传播规律和超声回波信号的可靠识别技术进行了深入的研究。在此基础上，开发出了具有独立知识产权的产品“SKD系列超声测井仪”，现已开始投放市场研发的具有独立自主知识产权的超声测井仪，获经济效益200余万元，社会效益显著。
②基于显微机器视觉的模式识别技术
在国家自然基金“基于机器视觉的体外细胞识别技术”研究中，针对显微视觉中图像的离焦模糊、运动模糊、目标物识别的速度及精度等问题，提出了图像清晰度评价函数、形状识别的极半径不变矩等理论。并成功用于体外抗病毒试验中对活细胞的自动计数，这是体外抗病毒药物筛选中测量活细胞方法上的一次重大突破。
该方向近年来，又开展了自然语言的理解与识别和基于生物信息特征的模式识别技术（例如虹膜识别技术）研究。
控制理论方向
(1) 本方向的特色
本方向研究的领域为随机控制理论、鲁棒控制、控制和信号处理。这些领域是控制论的最富挑战性的几个分支(之一)。本学科在这些领域的研究都取得了一系列成果，尤其是在随机控制理论方面更具优势和特色。其成果不是对前人工作的细微改进, 而是在建立一套平行于确定性系统的理论架构；尽量用简单的数学方法推导结论、联系物理实例、并给出易于在计算机上实现的算法。既有理论高度, 又有应用价值。
(2)取得的重大成果
近3年来，获得了突破性的成果: 张维海教授与台湾清华大学陈博现教授合作研究的成果“无限时间非线性随机最优调节器及其相关的Hamilton-Jacobi 方程的研究” 解决了控制界多年来悬而未决的难题；引进了随机系统的谱的概念, 并以此来刻画稳定性、能稳性、能观性，并定义了随机代数Riccati 方程的强解. 谱的概念的引入将引发许多新的研究课题；尤其是随机控制和滤波器设计领域的研究，取得的成果更突出，首先将Limebeer 等人的经典结论推广到了随机情形, 所得到的一对coupled Riccati 方程正被其他学者所关注，在此基础上，非线性随机控制、非线性随机滤波器设计等都取得重要理论成果。
多篇论文，均作为regular paper发表在国际权威期刊Automatica, IEEE Trans. Automatic Control, IEEE Trans. Signal Processing、SIAM J. Control and Optimization 上。
上述成果，目前正在模式识别课题研究中用于信号处理与滤波；在智能控制中，用于解决随机干扰和非线性问题的控制算法。目标是，通过三年的努力，切实在实际控制系统中得到成功应用，取得有重大影响的标志性成果。
目前承担的科研任务
1. 国家863计划项目3项
2. 国家自然科学基金3项
3. 国家“十五”科技攻关子项目1项
4. 山东省重大项目 2项
5. 山东省优秀中青年科学家奖励基金项目2项
6. 青岛市项目1项
7. 其他省级项目2项
近三年来，纵横向科研经费，总计1400多万元
近三年取得的科研成果奖
(仅列出国家级奖、省级一等奖和发明专利)
①“喷浆机器人”，2002年获家科技进步二等奖。
②“喷浆机器人”，2001年获山东省科技进步一等奖。
此前还曾获山东省“十大科技成果”奖和煤炭工业部“十大科技成果”奖。
③“863基地建设和创新人才培养”， 获山东省级教学成果一等奖。
发明专利二项
① 国家发明专利，喷射混凝土机器人，专利号为ZL00-1-11377.1
② 国家发明专利，四周履带式蛇形行走机构，专利号为ZL99-1-12038.8
另超声测井仪方面的发明专利3项，正在受理中。
实验条件与基础设施实验室概况
实验室有包括多工业机器人实验平台、多移动机器人实验平台、冗余自由度机器人、系列喷浆机器人、ROCKWELL综合自动化系统、虹膜识别系统、语言识别系统、磁悬浮电主轴样机，以及CAD工作站 、ADMS11运动学/动力学分析与仿真系统、 PATRAN 2000R2和NASTRAN70.7，2000年7月版软件等硬软件设备，总价值1040余万元。能较好地满足实验室研发需要。学校（山东科技大学）为实验室专门建起了一座3000多平方米的实验楼。