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【最美燕大人】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
2018-05-21 学生记者:贾睿宁 奚鸿杰 李世盟    (点击: )

   

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,学生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学生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。

201110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。团队在人才培养方面采用逐级管理、以老带新的管理方式,遵循“自我完善,合作共享,立足前沿,精进不休”的管理方针,不断完善团队管理与人才培养。2016级机械工程研究生陈新博说:“我们的选拔更看重的是有科研的积极性。作为一个科研的大团队,相互之间的科研交流,以及相互之间的帮助促进,是我们团队不断进步的依托。”他们的团队每周都会进行一次以科研分类的小型科研进展汇报,每月做一次全员的汇报,而赵永生副校长会在全员汇报的过程中对他们进行指导。

团队取得了不少骄人的成绩。2012年他们获得了基金支持,并于同年11月份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。20133月,他们完成了高精度轴孔装配与曲面跟踪实验,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并获全国一等奖。

科研的路上总是充满了荆棘,尽管他们已经取得了辉煌的成就,但科研的过程并不是那么一帆风顺。在机器人力伺服控制的研究中,他们发现所使用的单维力传感器,无法进行多方位的感知。这就好像人的双耳只能听见一个声音的方向一样,导致机器人的感知能力非常受限。而市场上的多维力传感器不仅承载能力有限,而且成本较高且精度较低。这也同时激发了他们研发多维力传感器的热情,于是他们不惧艰难、勇往直前,开展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。  

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,解决了困难。 20146月团队获得了燕山大学科研立项的支持,同年10月他们完了成高可靠智能并联六维力传感器的样机研制工作,11月获得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。

在谈到做科研是否觉得枯燥时,2016级机械工程研究生陈俊涛说:“枯燥并快乐着”,他说:“在做科研的日常工作中可能会感到枯燥,但科研有进展时,我们会感觉到很有成就感,甚至想一想我们是在为国家科技进步做贡献时,自豪感油然而生。”

创新实践,精进不休

他们始终追求以严谨的态度,用最科学最适合的方法去完成每一个项目,孜孜不倦地追求真理,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,极其容易对人体造成伤害。为解决这一难题,团队成员于201512月份创新性地进行大变形全柔性力传感器的研究工作。他们通过不断地咨询柔性材料领域专家,来提高关于柔性材料的基础知识,进而完成研究工作。经过不懈努力,最终他们完成了第一代样机、第二代样机的研制。并在20155月获得在第十五届“挑战杯”河北省大学生课外学术科技作品竞赛中获一等奖。

16级机械工程研究生曹开彬说:“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。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,团队在潜心专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”号召,参与国家、河北省以及学校举办的创新创业比赛。除挑战杯类科技创新比赛外,团队成员还积极地参加了学校和河北省举办的“互联网+”大学生创新创业大赛,并先后获得机械工程学院特等奖和河北省决赛铜奖。20179月,由团队成员组建的智能容错六维力传感器研发团队获得了第六届中国创新创业大赛河北赛区的二等奖,201711月,团队荣获了燕山大学第十四届“科技园杯”第一名的好成绩。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的,所以会经常了解一下社会和市场的需求,希望能通过自己的知识为其提供一些解决办法。”团队在姚建涛等老师牵头下,直接与企业进行了合作,完成企业的横向项目,为企业解决技术难题。与此同时,他们承接了一定量的军工科研项目,与航天一院、航天五院均保持着良好的合作关系。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。

通过近八年三次重点科研项目的成功攻关,团队已具有3个科研创新部门,分为力伺服控制、小柔性力感知及大柔性力感知三个重点研究方向。各部门间相互依存、彼此促进、共同发展;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。在取得种种科研成绩的同时,团队不忘初心,秉承着精进不休的精神继续前行。

薪火相传,宁静致远

团队经过多年的发展,使得团队成员不仅注意自身的知识积累,而且注重知识的继承和发展。他们就像缓缓流淌的溪流一样,虽无大海的波澜壮阔,但那些穿梭于山石间叮咚的响声,便是他们人生价值的体现。一方面,每年他们团队都会举行一些团队成果介绍活动,帮助初入团队的新成员尽早熟悉团队的研究方向;另一方面,在姚建涛教授的组织下,熟悉某一领域或某一软件的团队成员会举行一些个人讲座,系统地介绍其学习过程的注意事项和心得体会,让团队的后来者少走弯路,能够站在前人的肩膀上尽早进行自己的学习和创新。同时,团队中的研究生成员每年都会基于课题项目带领一些本科生成员进行科技创新研究,让本科生积极地参与研究课题进展的同时,也让研究生成员的知识技能中的“干货”传授给了本科生成员。其中由团队研究生指导、本科生完成研制的康复助力系统于今年6月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,也留在了广大的燕园里。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:“在我们举办的学术竞赛过程中,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。而比赛过程中同学们答题时拼搏向上的精神也在深深地感染着我们。”正是这种厚积薄发、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。

世上没有一件工作不辛苦,而做科研工作更是需要沉下心。做科研要有一颗工匠心,精雕细琢地打磨自己的作品,在这浮躁的世间甘坐冷板凳,就像机械电子工程研究生二年级林雪岩所说:“我觉得做科研最重要的是要有五颗心。信心、用心、恒心、细心和初心。”有了对团队成员的信心,有了对国家科研的信心,他们才能大胆去想,大胆去做,才能开展之后的工作;有了用心,绝不“三天打鱼,两天晒网”,他们才能真正做出东西;有了恒心,他们才会前赴后继地努力,他们有毅力坚持到最后,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,得过且过,而是会要更加努力,坚守住自己的初心,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。夜深烟火尽,他们承载着科研的压力,满怀着对未来的希冀,从容不迫地向新的征途走去。

指导教师:褚玉晶

编    辑:刁金强

 

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