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E051103 国家自然科学基金
申 请 书
资助类别：面上项目 亚类说明：青年科学基金项目 附注说明：
项目名称：二元超冗余机器人构型综合及动力学特性分析研究 申 请 者：李秦川 电话： 057186843349 依托单位：浙江理工大学
通讯地址：浙江杭州下沙浙江理工大学597信箱 邮政编码：310018 单位电话：0571-86843052 电子邮件：lqchuan@zist.edu.cn
申报日期： 2006年3月16日
国家自然科学基金委员会
国家自然科学基金申请书
基本信息vFqhphiRxA 姓名 李秦川申请者信息 性别 男 出生 1975年2月 年月 主要研究领域 民族 汉族 并联机器人机构学，机电一体化 依托单位信息合作单位信息项目基本信息摘要关 键 词(用分号分开，最多5个) 并联机构；型综合；动力学；二元驱动 学电传位 博士 话 057186843349 真 057186843349 职称 副教授 电子邮件 lqchuan@zist.edu.cn 个人网页 工作单位 浙江理工大学 /机械与自动控制学院 在研项目批准号 名称 浙江理工大学 电子邮件 网站地址 代 码 31001204 联系人 张琪 电话 0571-86843052 zhangqi@zist.edu.cn www.zist.edu.cn 代码 单 位 名 称 [在此录入修改][在此录入修改] 项目名称 资助类别 附注说明 申请代码 基地类别 二元超冗余机器人构型综合及动力学特性分析研究面上项目 E051103:机器人机构与系统 亚类说明 青年科学基金项目 E051102:机构运动学与动力学 预计研究年限 2007年1月 —2009年12月 申请经费 30.0000万元 研究属性 应用基础研究 (限400字)：二元超冗余机器人具有不需要反馈控制、精度高、低成本、轻质、高负载能力等优点，在航空航天、医疗、精密操作等领域具有良好的应用前景。本项申请针对目前二元超冗余机器人机构学基础理论研究中存在的空白欠缺之处，运用并联机器人机构学理论和现代数学工具，深入研究基于少自由度并联机构的二元超冗余机器人构型综合与优选、运动敏感性、柔性多体动力学建模、动力学模型简化与求解算法、振动特性分析等理论问题，以实验样机验证理论成果，并探索其实际工程应用。二元超冗余机器人属于一项前瞻性的应用基础研究，在国际上方兴未艾，国内基本尚为空白，及时地开展相关研究，有助于尽早取得理论和关键技术上的自主创新，占据此新兴领域的制高点。 第2页版本1.004.326
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项目组主要成员（注: 项目组主要成员不包括项目申请者，国家杰出青年科学基金类项目不填写此栏。）
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 姓 名 陈巧红出生年月 1978-11-5 1978-9-26 1978-6-22 1976-3-12 1981-9-2 1983-4-5 1979-2-24 性别 女 男 女 女 男 男 男 职 称 讲师 助理实验师 助教 讲师 硕士生 硕士生 硕士生 学 位 硕士 硕士 硕士 硕士 学士 学士 学士 单位名称 浙江理工大学 浙江理工大学 浙江理工大学 浙江理工大学 浙江理工大学 浙江理工大学 浙江理工大学 电话 057186843323 057186843315 057186843315 057186843315 057186843349 057186843349 057186843349 电子邮件 cheny5238@sina.com zhawlai@126.com bj0622@hotmail.com yangjunxiu@126.com ccl@163.com heleiying@163.com kongxiangjiang@163.com 项目分工 运动学、动力学 理论与实验模态分析 控制系统 动力学理论 理论分析 样机制造 样机制造 每年工作时间（月） 7 6 6 6 7 7 7 赵文来 鲍佳 杨俊秀 陈崇来 贺磊盈 孔祥江 [在此录入修改] [在此录入修改] 总人数 8
高级 1 中级 2 初级 2 博士后 博士生 硕士生 3 说明: 高级、中级、初级、博士后、博士生、硕士生人员数由申请者负责填报（含申请者），总人数自动生成。
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经费申请表（金额单位：万元）
科目 一.研究经费 1.科研业务费 （1）测试/计算/分析费 （2）能源/动力费 （3）会议费/差旅费 （4）出版物/文献/信息传播费 （5）其它 2.实验材料费 （1）原材料/试剂/药品购置费 （2）其它 3.仪器设备费 （1）购置 （2）试制 4.实验室改装费 5.协作费 二.国际合作与交流费 1.项目组成员出国合作交流 2.境外专家来华合作交流 三.劳务费 四.管理费 合计 申请经费 20.8000 7.8000 1.0000 虚拟样机设计及相应软件费用 0.8000 水、电费用等 3.0000 参加国内、国际会议2万,研究调研差旅费1万 3.0000 论文版面费、专利申请、文献检索、查新、复印购买书籍资料等 备注（计算依据与说明） 3.4000 3.4000 加工样机所需原材料购置、实验耗材 8.6000 4.0000 购买控制系统主机、DSP芯片、数据采集卡、传感器等 4.6000 一台样机及控制系统设计及加工 1.0000 3.5000 3.5000 邀请法国专家J.M.Herve来华讲学两周 4.2 课题组成员劳务费 1.5 总经费5% 30.0000 国家其他计划资助经费 与本项目相关的 其他经费来源 其他经费资助（含部门匹配） 其他经费来源合计 0.0000 第4页版本1.004.326
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查看报告正文撰写提纲 报告正文
二元超冗余机器人构型综合及动力学特性分析研究
一、 报告正文：参照以下提纲撰写，要求内容翔实、清晰，层次分明，标
题突出。
（一）立项依据与研究内容（4000-8000字）： 1. 项目的立项依据
? 项目背景及研究意义
在人类认识世界、改造世界的发展进程中，作为重要手段和工具的机器人正面临越来越多的新挑战。对于相当多的任务而言，人们希望开发出轻质、控制简单、成本低、鲁棒性强、高精度的机器人。
目前，大多数机器人系统都属于连续驱动机器人系统，即机器人中各关节都可作连续运动，而且使用连续驱动器，如电机、液压缸等。为实现机器人运动的高精度和高重复运动精度，必须使用复杂且昂贵的控制系统和传感器，从而带来系统复杂性加大、重量、成本和能耗增加，可靠性降低等副作用。为了减少或去除这些副作用，各国学者提出了各种理论与方法，在过去的十余年中(1994-2005)，二元驱动技术和机器人技术相结合产生的二元超冗余机器人(Binary Hyper Redundant Robot)逐渐显示出良好的前景和可观的应用潜力，成为当前国际机器人学界的前沿研究主题之一[1,5~23]。MIT (麻省理工学院)的Dubowsky教授，JHU(约翰霍普金斯大学)的Chirikjian教授等学者认为，二元驱动对机器人系统的影响可能会如同数字电路对电子系统的影响一般深远[1,20]。
二元驱动器(Binary actuator)是离散驱动器中特殊的一类，只具有两个离散的稳定状态，即0或1，对应于驱动器的两个极限位置，例如电磁铁。图1所示为MIT的S.Dubowsky研究组开发的二元驱动器。
图1. MIT S.Dubowsky研究组开发的二元驱动器
二元超冗余机器人则是由多个二元驱动的并联机器人模块串联而成，如图2所示为MIT S.Dubowsky研究组开发的以3-RRS并联机构为模块的二元超冗余机器人[16-20]，在
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