机器人操作的理论与方法（湖北省自然科学奖一等奖）

奖励完成人：熊蔡华，熊有伦，李友福

奖励完成单位：华中科技大学，香港城市大学    

用工程科学方法再造人手灵巧的操作能力是广大科技工作者的夙愿，机器人操作研究旨在赋予机器人智能，实现机器人操作的自律化和智能化，为复现人手灵巧操作功能提供科学依据。针对机器人如何实现拟人操作这一问题，经过多年研究，取得了多项创新性成果，主要创新点如下：

1) 发现并证明了形封闭抓取的充分必要条件，建立了形封闭抓持的判断准则，定义了定量评价机器人抓持系统操作能力的6维力椭球，突破了国际上该领域研究长期停留在定性层面的局限，为稳定的接触点布局规划提供了科学依据。

2) 提出了顺应运动与抓持的动态稳定性描述的理论与方法，建立了多个单向接触约束处的变形协调方程和抓持动态稳定性的定量评价指标，为鲁棒的机器人动态操作规划提供了新原理。

3) 定义了单向接触约束下操作对象的自由运动锥和它的极锥，提出了运用极锥构造稳定抓持的理论与方法，揭示了装配误差的累积与传播机理，解决了多站装配误差预测与控制的难题，为精密的抓持系统设计奠定了理论基础

4) 建立了机器人腕力/力矩传感器动力学特性的定量分析方法，构建了由模式投影光源和相机组成的主动视觉系统，提出了相机内、外部参数免标定的主动视觉测量理论与方法，为有效控制末端执行器与操作对象之间的相对位姿和交互作用力，实现对操作对象的感知与重构提供了理论支撑。    

    反映以上创新性成果的研究论文已发表在国际机器人学研究顶级期刊-IJRR等本领域国际权威期刊上，出版英文学术专著《Fundamentals of Robotic Grasping and Fixturing》1部，被国际知名学者正面引用和评述。运用上述理论研究成果指导开发的假肢与康复机器人装备已获国家发明专利13项，申报国家发明专利6项。研制的上肢康复机器人已在同济医院康复科和北京四季青敬老院进行了临床应用，结果表明该康复机器人符合康复科学理念。