机器人创业项目计划书

第一部分概述一、创业项目概述创业项目概述（500字之内）：对项目总体情况的描述，包括采用的关键技术、技术的创新点、权威部门的技术鉴定情况、环保评价等内容。项目名称：可重构模块化机器人的研发，制造与销售本项目的目标是设计并研发可重构模块化机器人，研发成功后进行批量的制造与销售，并推向市场。可重构模块化机器人是由一套具有各种尺寸和性能特征的可交换的模块组成,能够被装配成各种不同构形的机器人,以适应不同的工作，可重构模块化机器人系统的适应性和可重构性取决于模块本身的性能及模块之间的匹配连接能力。因此本项目研发的可重构机器人的关键技术包括构型设计、运动学、动力学、路径规划、轨迹规划及分布式控制系统等方面,其中在模块与构型方面进行了详细的设计，采用层次分析法对构型设计方案进行评价和决策。设计可重构机器人系统的路径和轨迹规划时，引入可视邻点的概念，提出一种在机器人工作环境中建立数值人工势场的新算法，实现多关节机器人在复杂环境下的无碰撞路径规划。对可重构机器人的分布式控制系统进行设计时，将整个控制系统分为路径规划层、轨迹规划层和关节控制三个子控制层，相对于传统的机器人可以更有效实现各关节的协调运动。综合利用以上技术本项目设计的可重构机器人灵活度更高、环境适应能力更强，成本更低，先进性也更强，市场应用前景广阔。二、创业机会概述创业机会概述（300字之内）：要从项目产品的先进性及应用发展前景、进入市场机会（如：市场现实需求处于萌芽、起步、成长、成熟、饱和、衰退阶段）及市场发展空间、团队实施项目的现有能力和发展潜力等方面描述创业机会。传统的机器人都是根据特定的应用范围来开发,对于任务明确的工业应用来讲,这种机器人已经足够满足实际需要。然而由于市场全球化的竟争,机器人的应用范围要求越来越广,机器人的柔性不能满足市场变化的要求,解决这一问题的方法就是开发可重构机器人系统,可重构模块机器人具有灵活度高、环境适应能力强以及成本低等特点,在工业装配、军事、灾难救援、深空探测等领域具有广泛的应用前景。因此本项目开发研制的可重构机器人系统先进性比较强，由于市场正处于一个起步阶段并且未来市场需求量会很大，所有研制成功后占据市场的机会也比较大；另外项目实施团队成员经验丰富，基础力量雄厚，能够担负起开发可重构机器人系统的重任。综上，本项目的创业机会比较大，市场前景较为广阔。第二部分创业团队一、申报人申报人介绍（300字之内）：介绍申报人的创新意识、开拓能力、经营理念以及在科技、经济、管理领域取得的主要业绩。申报人耿涛，于2011年6月在华中科技大学获得控制科学与工程工学博士学位，博士毕业后在河南大学任教至今，现任河南大学物理与电子学院副教授，主要研究方向是控制系统理论与应用，长期致力于先进控制理论与应用、船舶操纵控制等方面的研究工作，主持并参与了多个系统研发项目，项目工作经验丰富。无论是在科研还是在教学方面都受到了老师和同学们的一致好评。近5年来，凭借其超强的创新意识和开拓能力，取得了一系列研究成果，并转化到了相关科技领域中，以第一作者在《华中科技大学学报（自然版）》，《InformationTechnologyJournal》等杂志发表8篇学术论文，其中6篇EI检索，是《AsianJournalofControl》，CCDC等多家期刊与会议的论文评阅人。二、创业团队其他成员团队其他成员介绍（1000字之内）：核心团队包括拟任总经理、分管技术、市场、财务等方面的副总经理和同类职务的人员，介绍每一成员的受教育背景、能力与专长、工作业绩等。三、团队创业能力开发能力（200字之内）：介绍团队的研发队伍和资金投入以及项目已取得的研究开发成果。创业团队核心成员均拥有较强的教育和学术背景，同时具有在机器人领域的项目经验。他们有着长期从事与本项目相关研究工作。这些团队核心成员不但是技术上的领军人物，同时也是拟定企业的发展战略的制定者和执行者，他们所具有的国际视野为拟定企业的发展树立了一个高起点，并且奠定了其在国际竞争中“敢为人先”的勇气和意识，对“可重构模块化机器人”项目的顺利实施与实现提供了坚实的基础。项目的资金投入大约为1000万元。营销能力（200字之内）：介绍团队的经营模式和市场策划能力、销售渠道等。瞄准国内市场需求量大、进口机器人产品还未大规模应用的领域，如：医疗以及危险作业等领域。建立以营销经理为中心的专门营销机构和营销队伍，充分利用项目申请人及其团队的人脉，打通营销渠道和建立起营销网络。同时，通过提供本产品相关的技术服务与售后服务，来推行并推广本产品的使用。融资能力（200字之内）：介绍团队的融资策划能力、融资渠道等。项目团队根据实际情况可以采用多种融资方式与融资渠道，包括债权融资、股权融资、优先股融资、租赁融资等方式。此外，项目负责人可以根据项目申请国家以及当地政府的创业基金等，还可以采用风险投资，民间投资等方式进行融资。其他特殊能力（100字之内）：介绍创业项目已获得的特殊资格认证或证明等。四、张家港拟办企业情况企业名称企业注册时间企业注册地申报人担任企业法定代表人□是□否团队人数博士硕士本科企业性质□内资外资□中外合资注册资本万元股东构成内容货币出资无形资产作价有形资产作价股权比例申报人团队其他成员风险投资其他资金合计申报人不担任或未担任企业法定代表人的相关说明：说明申报人不担任或未担任企业法定代表人的原因，介绍拟任企业法人代表的身份信息以及与其关系。第三部分项目技术与产品（服务）实现第一章项目技术方案一、项目总体技术概述（一）总体技术方案项目所依据的技术原理（1000字之内）：1.可重构机器人的模块与构型设计原理可重构模块化机器人系统由一系列不同功能和尺寸特征的、具有一定装配结构的模块以搭积木的方式构成，能构成不同自由度和构型的机器人系统，适应不同的任务需求，模块系统设计和基于模块的构型设计是达到这一目标的关键。可重构机器人系统的特点是一套构件，多种构型，在应用中，用户需要进行二次设计，即根据工作条件和设计要求，确定系统总体方案的主参数和各模块的性能参数，选用模块并进行装配，完成基于模块的系统设计，重构成一个完整的，满足应用要求的机器人系统，这一过程就是构型设计。2.可重构机器人的运动学原理可重构模块化机器人系统构型的多样性，要求其运动学分析方法具有一定的通用性。采用运动螺旋表示，串联机器人运动学正解可表示为形式简洁统一的指数积形式，系统的运动学正解得到很好地解决。基于旋量和指数积公式，在运动学正解的指数积公式的基础上可以构造运动学封闭形式逆解的几何方法，即将整个运动学逆解问题分解成若干可解的子问题，子问题具有明确的几何意义和可重用性。采用指数积公式进行运动学分析的另一个优点是易于对运动学方程进行微分以得到雅可比矩阵。雅可比矩阵将关节速度映射到末端执行器的速度，可以分析机器人的奇异性和可操作性。由于并不是所有的构型都有封闭解，如冗余机器人或封闭解不存在的非冗余机器人，数值方法在可重构机器人的运动学逆解求解也得到广泛研究。3.可重构机器人的动力学原理由于可重构机器人构型的多样性，其动力学的分析和计算对可重构机器人模块的选择、构型的设计和校验、运动仿真、控制系统的分析与综合都有重要的作用。描述机器人动力学特性的参数表示和运动方程式有各种形式，这些方程本质上是“等价”的，但它们是对应于不同任务和目的而建立的，因此方程的结构不同。基于Denavit-Hartenberg(D—H)参数表示的动力学拉格朗日方程和迭代方式的牛顿—欧拉方法得到很好的解决。在基于运动螺旋与力螺旋表示的拉格朗日方程的基础上，将可重构机器人动力学计算的算法描述如下：(1)建立基础坐标系，确定各关节的运动旋量坐标，由pro/E软件获得各杆件的质量分布参数，在每一杆件的质心处建立一个坐标系，坐标轴统一取为与基础坐标系一致，并由指数积公式确定各杆件质心的初始位姿矩阵。(2)计算惯性矩阵，根据惯性矩阵计算哥氏矩阵。由指数积公式计算在给定关节变量，最后计算拉格朗日公式中的i∂V，∂θ项。(3)将作用在末端执行器上的外力/力矩经坐标变换统一转换到空间坐标系或物体坐标系，再经雅可比矩阵折算到各关节的驱动力矩。(4)由拉格朗日方程计算对应于给定关节运动规律所对应的关节力矩。4.可重构机器人的路径规划原理机器人的路径(path)是指一组有序的位姿集合，路径规划是确定使机器人末端执行器按要求从初始点运动到目标点的一系列中间点。考虑一般情况，讨论多自由度关节机器人在有障碍物的复杂工作环境中的路径规划问题。通过引入可视邻点的概念，提出一种建立数值人工势场的新算法，解决在复杂环境下机器人路径规划的两个难点，即如何评价当前末端执行器绕过障碍物到达目标点的距离信息，以及如何确定当前末端执行器的运动方向。然后，在遗传算法中结合数值人工势场提供的特征信息进行机器人在关节空间的分段路径规划，以避免搜索的盲目性，提高算法的搜索能力。主要技术与性能指标（500字之内）：1.模块与构型设计技术可重构机器人系统的特点是一套构件，多种构型，在应用中，用户需要进行二次设计，即根据工作条件和设计要求确定机器人的构型。在智能设计系统开发工具DEST上开发构型设计系统，以人机交互方式实现构型的设计。采用层次分析法对构型设计方案进行评价和决策。将设计的模块分为关节模块、连杆模块、末端执行器模块和基础单元模块(辅助模块)，其中关节模块又分为三种形式：单自由度转动关节、移动关节和多自由度腕关节。2.路径规划设计通过引入可视邻点的概念，提出一种在机器人工作环境中建立数值人工势场的新算法，然后结合这些特征信息，采用遗传算法进行在关节空间的分段路径规划方法；轨迹规划可以在笛卡尔空间进行，也可以在关节空间进行。由于路径约束一般是在笛卡尔坐标中给定的，而关节驱动是在关节坐标中受控制的，因此规划的轨迹应满足在两个不同坐标系的混合约束。3.分布式系统设计整个控制系统由路径规划层、轨迹规划层和关节控制三个子控制层组成。对各关节进行了相关的硬件、软件设计，采用带Anti-windup校正的PID控制器实现位置控制；上位机与各关节控制器之间采用基于RS485的Modbus协议实现通信，以实现各关节的协调运动。（二）项目创新内容创新类别□理论创新□应用创新□技术创新□工艺创新□结构创新项目创新内容（1200字之内）：创新内容要根据选择的创新类别，用技术语言按创新点分条目描述，尽可能多用实验数据，要有数据分析、对比。如果是技术创新，请说明目前一般采用什么技术，申报项目对什么技术进行了创新，；如果是结构创新、工艺创新，需进行新旧结构或工艺对比，并画出新旧结构图和工艺流程图。本项目的创新点主要有以下几个方面：1．对可重构机器人系统的模块与构型进行设计时，在分析机器人一般结构的基础上，对机器人的模块划分进行合理的方案设计，在机械结构设计方面，可重构机器人的电机驱动和传动部分只能在关节处，而不能象传统机器人可布置在关节及相邻的连杆处，因此需要简凑、高效的驱动和传动机构设计。为减少末端质量，采用2-DOF或3-DOF集成的紧凑腕关节模块设计；为了重构的方便，将关节模块和夹持器模块设计成智能机电接口形式，具有通信、控制、伺服驱动、传动、感知等功能，模块本身成为一个自治性的单元。在智能设计系统开发工具DEST上开发构型设计系统，以人机交互方式实现构型的设计。采用层次分析法对构型设计方案进行评价和决策。2.对可重构机器人系统的路径规划与轨迹规划进行设计时，提出一种在机器人工作环境中建立数值人工势场的新算法，然后结合这些特征信息，采用遗传算法进行在关节空间的分段路径规划方法；轨迹规划可以在笛卡尔空间进行，也可以在关节空间进行。由于路径约束一般是在笛卡尔坐标中给定的，而关节驱动是在关节坐标中受控制的，因此规划的轨迹应满足在两个不同坐标系的混合约束。讨论机器人一般平面曲线的轨迹规划方法，解决的问题包括：笛卡尔空间中控制节点的选取，节点间运动时间的分配，以及规划轨迹与要求轨迹的位置偏差和姿态偏差的估计方法；关节空间中三次样条函数插值以及满足关节速度、加速度及力矩约束的方法。实现多关节