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科研没有捷径 坚持方能成功——访我校机电学院陈修龙教授

发布时间:2019-07-01  点击:

能够全地形应用的变速轮椅、高速搬运并联机器人……在我校科技成果先进制造专场对接会上,专家教授们的科技成果引起多方单位关注,不少企业家现场“围住”专家签署合作意向书。其中陈修龙教授除了因发明轮椅和企业签约外,还因“高速搬运并联机器人”科技成果和企业签署合作意向。

记者注意到,除了这些发明,陈修龙教授还获得过山东省科技进步奖、国家专利等多项奖项,他们科研人员平日里是如何进行科研工作的?他们对青年师生做科研有什么样的建议?近日,记者对陈修龙教授进行访谈。

记者:我们从山东省科学技术奖励大会上获悉,您主持完成的“空间并/混联机器人机构设计理论、方法及其工程应用”获省科技进步奖,同时您的科研成果在我校科技成果先进制造专场对接会上,还被多家企业“围住”签约,请问您做这些科研的背景和目的是什么?

陈修龙:我博士就读于燕山大学机器人研究中心,该中心是我国最早从事并联机器人研究的单位,在国内外享有很高的声誉,我很庆幸自己在博士阶段跟随机器人中心主任赵永生教授从事并联机器人机构学理论与应用技术的研究,恩师赵永生教授和机器人中心黄真教授在科学研究方法上给了我很大的启发和指导,这对我毕业后独立从事研究工作影响很大。

在17年的研究中,我深深地意识到空间并/混联机器人机构的构型设计、性能评估及设计方法是阻碍并/混联机器人机构实际应用的瓶颈问题,解决上述问题,为并/混联机器人装备的设计保驾护航、提高研发的一次性成功率、让设计人员少走或不走弯路是我们的目的。

记者:这项科研成果有什么特点,主要能在哪些方面应用?

陈修龙:机器人机构是机器人装备的骨架和执行器,机器人装备的自主创新离不开机构创新。我们主要任务是为机器人装备设计骨架。

空间并/混联机器人机构具有刚度高、承载能力大、速度高、惯量小等特点,在需要高刚度、高精度、高负载的应用领域,例如在锻造操作机、运动模拟器、高速并联机器人等装备中,得到了广泛的应用。

本成果建立了一套具有普适性的空间并/混联机器人机构构型设计、性能评估及优化设计的理论和方法体系,为企业和院所提供并/混联装备研发的整体化解决方案,促进并/混联机器人装备工程实用化和产品化发展,完善并/混联机构学理论。也就是说企业可以按照本成果提供的理论方法很顺利地完成并/混联机器人装备的研发。

记者:能讲一下您的整个研究过程以及研究的难点在什么地方吗?

陈修龙:如何根据并/混联机器人装备的功能要求,设计机器人机构的构型,也就是机器人机构包括多少个构件,多少个支链,多少个运动副,以及它们之间如何连接,支链的空间位置如何布置?最终机器人的样子是什么样的?设计出的机器人性能怎么评估,如何设计满足性能要求的机器人尺度等结构参数,众所周知,高速轻质并联机器人是目前机器人发展的重要方向,解决高速轻质机器人的动力分析设计等都是我们研究过程中遇到的难点。

克服这些难点需要我们具备空间机构学、多体动力学、非线性动力学、数值计算方法和优化设计技术等学科知识来解决。

记者:目前这项研究已取得哪些创新性成果?

陈修龙:这项成果在三个方面取得突破创新。

一是建立了空间并/混联机器人机构的构型设计理论和方法,实现了解耦和非解耦并/混联机器人机构构型设计。

二是提出了空间并/混联机器人机构性能评估和尺度优化的理论体系,实现了机器人机构整体性能评价和性能优化。

三是提出了空间并/混联机器人机构的非线性弹性动力学建模、动力学行为分析和弹性动力学优化设计的理论方法体系。实现了对高速机器人机构真实动力学行为的准确预测和动力学设计。

记者:研发成果转化和前景目前是什么情况?

陈修龙:利用本成果提出的并联机器人新构型,借助于性能评估、尺度优化和非线性动力学理论方法等,创新设计和开发出了运动模拟器、并联稳定平台、高速搬运机器人、3D打印机等并/混联机构构型的新装备样机或产品,获得有关并/混联机器人的国家授权发明专利15项。

本成果为机器人机构优化设计和产品创新提供了有效途径。

记者:下一步,有什么样的预期和计划?

陈修龙:下一步主要工作首先是成果的进一步推广和工程应用及成果进一步完善;其次,在基础理论技术方面,围绕机器人机构关键基础理论技术深入开展应用基础研究,解决机器人实际应用中遇到的卡脖子问题;第三,在应用方面,以工业需求为导向,研发出成套机器人装备。

多年来我们一直与从事机器人研究的相关高校和企业开展合作,在理论技术研究及工程应用方面各取所长、相互促进,取得了丰富的成果,今后我们更要加大合作力度,特别是与知名智能制造装备企业,以及机器人公司的合作力度,争取在机器人理论技术研究和工程应用及智能装备研发方面取得更大的突破。

记者:在我校先进科技成果先进制造对接会上,也看到您的其他成果,如“用于康复休闲的杠杆驱动式轮椅”受到企业的好评,并签署了合作协议,对这项成果(驱动式轮椅)的研究背景及研究过程可以简单介绍一下吗?

陈修龙:本项目的目的是提供了一种自助、省力、价格低廉、操作简单、普通百姓都用得起、用得好的轮椅,主要应用于助老、助残和运动健身领域,使广大残疾人群体、老年人群、康复人群能自己独立、自主、方便的出行,也可以作为娱乐设备应用在户外娱乐场所,为人民带来健康。特别适应大坡度路面和复杂泥泞的地形,具有非常广阔的应用前景。目前该轮椅已经完成了第三代产品的设计制造及不同路况的实际测试,完全达到了设计要求。

本轮椅主要基于杠杆驱动原理设计,创新点主要体现在3个方面:一是提出了一种基于杠杆驱动的变速轮椅,具有结构简单、省力易操作、重量轻易维修等优点;第二,轮椅的两侧安装单向传动链,可采用齿轮和链轮两种换向装置,能实现双向无间歇驱动或单向驱动;第三,摆杆式刹车结构限制了车轮倒转,可以实现上坡防溜车、下坡缓速滑行等功能。

本轮椅的优点主要包括:省力易操作、上坡角度大(可达10度)、杠杆随动手刹、安全防后翻、松手即停、可折叠便于携带。本产品不仅解决了电动轮椅体积大、重量大、价格昂贵的缺陷,也解决了普通轮椅驱动费力、难以爬坡和地形适应性差的缺陷。本项目已获得山东省科技工作者创新大赛二等奖等各种奖励7项,已获授权国家发明专利2项、实用新型专利2项。

记者:我们发现,除了拥有省科技进步奖的成果外,您还有多项科研成果受到大家关注,请问在科研方面,您能否向青年师生介绍一下您的经验?您对青年师生有什么建议吗?

陈修龙:目前我们正在开展高速并联机械手、工业机器人、移动机器人、并联波浪能发电机器人等研发工作,机电学院已把机器人装备研发作为学院重要的研究方向,已在工业机器人、煤矿机器人、移动机器人等方面布局,期望取得重大突破,现已引进了国内知名机器人专家,如北京交通大学的姚燕安教授等,以及多位从事机器人研究的优秀博士。学院也开展了“扬帆计划”,重点支持青年教师的教学科研工作,加快教师的成长,目前学院教师的干劲很足。我相信在不久的将来,机电学院围绕机器人的相关研究一定会得到长足的发展,

在省内处于领先水平,在国内占有一席之地。我更有信心在学院的大力支持下、在相关专家的帮助下,我们团队在机器人与机构学及智能装备领域将会取得更大的进步。2018年12月份,我受学院委托为机电学院青年教师做了一场“思辨论坛”报告,在报告中我与同事们分享了自己博士毕业后的困惑和多年的发展历程,引起了老师们的共鸣,谈这些内容的最大目的是通过自己的切身经历来引导青年教师成长,让他们少走弯路。

我想和青年教师说的是科学研究没有捷径,不要盲目地跟风,要坚持自己的主方向,更不要急功近利,只要坚持终能取得成功。(记者:任波)