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燕山大学 - 《燕山大学报》

行走在科研路上

——记并联机器人柔性力感知与控制科技创新团队

作者:学生记者: 贾睿宁 奚鸿杰 李世盟    
2018-05-15    




  在众多的学生创新团队中,“并联机器人柔性力感知与控制科技创新团队”是格外耀眼的一支。团队成立以来,累计承担科研项目20余项,省部级以上项目7项,发表高水平论文30余篇,申请国家发明专利20余项。团队研究成果曾获得2013年全国“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛一等奖、2015年全国“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛二等奖、2016年河北省“创青春”创新创业大赛三等奖、2017年河北省“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛一等奖。
  2017年,该团队成功入选团中央2017年度大学生“小平科技创新团队”,并获得中国青少年科技创新奖励基金支持。他们是河北省唯一的获奖团队,同时这也是我校首次获得该项荣誉,是我校大学生是我校大学生创新创业工作的一次重大突破创新创业工作的一次重大突破。。
以梦为马,砥砺前进
七年前的一次重型装配企业的参观实习中,并联机器人专业的同学们亲眼目睹了令人震惊的一幕:工人师傅将近100斤的重型销轴抗在肩膀上,进行轴孔对接装配。当他们问为什么不用专用的装配设备时,工人师傅无奈地说:“工厂也曾开发过几代专用工装设备,但由于销轴重量过大,对设备的承重及施力能力要求高,在使用过程中非但没有提高工作效率,反而设备更容易损坏,后来就完全弃用了。”工人师傅的一番话在同学们的心底激起了波澜,作为全国最好的并联机器人专业方向的学子,他们深感有责任有义务,将承载能力强的并联机器人引入重载场合的智能精密装配。
  2011年10月,依托燕山大学赵永生教授科研团队,基于并联机器人力位混合控制原理,并联机器人柔性力感知与驱动科技创新团队就此诞生。团队致力于研发出多种高可靠、小柔性的并联六维力传感器,实现并联机器人多自由度柔顺控制,进而展开面向人机交互的全柔性力感知技术的研究。
  2016级机械工程研究生陈新博说:“团队成员的选拔更看重的是科研积极性。作为一个大团队,成员之间的相互交流和帮助是我们不断进步的依托。”他们每周都会进行一次小型科研进展汇报,每月做一次全员的汇报,而赵永生副校长也会在百忙之中抽出时间现场听汇报,并对他们进行指导。
  在“自我完善,合作共享,立足前沿,精进不休”的团队建设方针下,队员们不断突破自我,取得了不少骄人的成绩。2012年11月,他们研制出了第一代基于力伺服控制的冗余驱动并联机器人样机。2013年3月,他们完成了高精度轴孔装配与曲面跟踪实验,并在同年11月获得十三届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛全国一等奖。
  科研的路上总是充满了荆棘。在机器人力伺服控制的研究中,他们发现目前所使用的单维力传感器,无法进行多方位的感知,就好像人的双耳只能听见一个方向的声音一样,导致机器人的感知能力非常有限。而市场上的多维力传感器不仅承载能力有限,而且成本高、精度低。这激发了他们研发多维力传感器的热情,于是,面向智能工业生产的高可靠容错并联六维力传感器的研究工作随即展开。
  2014年初,他们查阅了大量文献,对目前已有的多维力传感器进行分析对比,并拆解国外顶尖传感器制造商的产品进行学习研究,探索多维力传感器承载力差、无法投入生产应用的原因。找到原因之后,他们将容错思想引入并联六维力传感器的设计中,最终解决了困难。2014年6月,团队获得了燕山大学科研立项的资金支持,同年10月他们完成了高可靠智能并联六维力传感器的样机研制工作,11月团队获得了燕山大学“世纪杯”大学生课外科技学术竞赛特等奖。
创新实践,研以致用
谈到搞科研的感受,2016级机械工程研究生陈俊涛用“枯燥并快乐着”来概括。他说:“做科研会感到枯燥,但科研有进展时,也会感觉到巨大的成就感,再想到我们是在为国家科技进步做贡献时,自豪感就会油然而生。”
  在科研之路上,团队成员们始终追求以严谨的态度和科学的方法去完成每一个项目,进而解决实际问题。他们研制出来的传感器尽管已经具有高可靠的容错能力,但是在重载场合的传感器应用过程中,仍然无法避免出现碰撞,极易对人体造成伤害。为解决这一难题,团队成员从2015年12月份开始,创新性地开展了大变形全柔性力传感器的研究工作。他们不断地咨询柔性材料领域专家,提高关于柔性材料的认识。经过不懈努力,最终他们完成了第一、第二代样机的研制,并在2015年5月获得第十五届“挑战杯”河北省大学生课外学术科技作品竞赛一等奖。
  在科研过程中,每一次新知识的探索都会遇到各种各样的挫折。16级机械工程大学团队研究生曹开彬说:“我们遇到的最大的困难就是创新,通过自己的摸索设计并制作实物,自己完成实验测试。”他们时常为了科研实验和撰写论文熬夜到凌晨两三点,连寒暑假及节假日也很少休息,几乎所有的时间的都埋头于实验之中。同时,他们的努力与付出也收获了鲜花与掌声,他们不仅掌握了大量的专业知识,也在实践中更好地完善了自己,提升了自我。团队成员累计获得国家奖学金8次,校一等奖学金30余次,校级及以上三好学生、优秀团员20余人次。
  近年来,团队在潜心钻研机器人前沿理论技术的同时,也致力于科研成果的产品化、商业化。一方面,他们与多家工业机器人公司取得联系,进行应用方面的研究工作,并全面展开市场调研,为科研产品的商品化寻找途径。另一方面,他们积极响应国家关于“大众创业,万众创新”的号召,参与国家、河北省以及学校举办的创新创业比赛,并取得了不错的成绩。2016级机械工程研究生陈俊涛说:“做科研不能脱离实际,不然就失去了科研的意义。我们做科研最终是为了提高生产力,所以会经常了解社会和市场的需求,希望能通过自己的知识为现实生产提供一些解决办法。”团队在姚建涛等老师的指导下,直接与企业进行合作,为企业解决技术难题。与此同时,他们还承接了一些军工科研项目,与航天一院、航天五院均保持着合作关系。团队的创新创业、校企结合、研以致用的精神在学校中起到了良好的示范效应。
  通过近8年的努力和3次重点科研项目的成功攻关,团队已具有3个重点研究方向:力伺服控制、小柔性力感知及大柔性力感知。各研究方向相辅相成,共同构成面向重载的力柔顺控制与感知技术体系。
薪火相传,宁静致远
长江后浪推前浪,面向未来,现在的团队成员们更注重知识的继承和发展。每年他们都通过举办成果介绍活动,帮助初入团队的新成员尽早熟悉团队的研究方向;熟悉某一领域或某一软件的团队成员还会通过个人讲座来系统地介绍其科研过程的注意事项和心得体会,让后来者少走弯路,能够站在前人的肩膀上尽早进行自己的学习和创新。同时,团队中的研究生每年都会基于自己的研究课题“带”本科生,把自己的“干货”传授给师弟师妹。在这样强效的“传帮带”下,团队中的本科生也取得了不俗的成绩。2017年6月,由团队研究生指导、本科生完成研制的康复助力系统代表学校接受了中央电视台发现之旅栏目组的采访。
  他们不仅仅将这种薪火相传的精神留在团队内部,也拓展到了整个校园。他们定期组织校内学术竞赛活动,涵盖机械、电气、材料三大学院,并在活动过程中与各个学院的老师同学积极交流,集思广益、开拓思想、勇于创新,不断保持团队的活跃力、创新力与执行力。16级机械工程研究生曹开彬说:“我们举办的学术竞赛都是以提高同学们的学术水平为目的,想要踏踏实实地为广大同学们服务。同学们在比赛中表现出来的拼搏精神也深深地感染着我们。”正是这种无私奉献、薪火相传的精神,让他们的团队逐渐发展壮大,如一团火焰,迅速席卷燕园。
  做科研要有一颗工匠心,精雕细琢地打磨自己的作品,就像机械电子工程研究生二年级林雪岩所说:“做科研最重要的是要有五颗心。信心、用心、恒心、细心和初心。”有了信心,他们才能大胆去想,大胆去做;有了用心,绝不“三天打鱼,两天晒网”,他们才能真正做出有价值的东西;有了恒心,他们才会不懈努力,坚持到最后,而不是半途而废;有了细心,他们才能在走向成功的关键节点突破超越;有了初心,他们才不会因为取得一点小成就就沾沾自喜,躺在过去的功劳簿上不思进取,而是会更加努力,在负重的道路上昂然前行。
  《礼记》曾言:苟日新,日日新,又日新。行走在科研的道路上,他们收获了累累硕果,也在不断地继续创造着辉煌。