能夠全地形應(yīng)用的變速輪椅、高速搬運(yùn)并聯(lián)機(jī)器人……在我?？萍汲晒冗M(jìn)制造專場對接會(huì)上，專家教授們的科技成果引起多方單位關(guān)注，不少企業(yè)家現(xiàn)場“圍住”專家簽署合作意向書。其中陳修龍教授除了因發(fā)明輪椅和企業(yè)簽約外，還因“高速搬運(yùn)并聯(lián)機(jī)器人”科技成果和企業(yè)簽署合作意向。
記者注意到，除了這些發(fā)明，陳修龍教授還獲得過山東省科技進(jìn)步獎(jiǎng)、國家專利等多項(xiàng)獎(jiǎng)項(xiàng)，他們科研人員平日里是如何進(jìn)行科研工作的？他們對青年師生做科研有什么樣的建議？近日，記者對陳修龍教授進(jìn)行訪談。
記者：我們從山東省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上獲悉，您主持完成的“空間并/混聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)理論、方法及其工程應(yīng)用”獲省科技進(jìn)步獎(jiǎng)，同時(shí)您的科研成果在我校科技成果先進(jìn)制造專場對接會(huì)上，還被多家企業(yè)“圍住”簽約，請問您做這些科研的背景和目的是什么？
陳修龍：我博士就讀于燕山大學(xué)機(jī)器人研究中心，該中心是我國最早從事并聯(lián)機(jī)器人研究的單位，在國內(nèi)外享有很高的聲譽(yù)，我很慶幸自己在博士階段跟隨機(jī)器人中心主任趙永生教授從事并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)理論與應(yīng)用技術(shù)的研究，恩師趙永生教授和機(jī)器人中心黃真教授在科學(xué)研究方法上給了我很大的啟發(fā)和指導(dǎo)，這對我畢業(yè)后獨(dú)立從事研究工作影響很大。
在17年的研究中，我深深地意識(shí)到空間并/混聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計(jì)、性能評估及設(shè)計(jì)方法是阻礙并/混聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)實(shí)際應(yīng)用的瓶頸問題，解決上述問題，為并/混聯(lián)機(jī)器人裝備的設(shè)計(jì)保駕護(hù)航、提高研發(fā)的一次性成功率、讓設(shè)計(jì)人員少走或不走彎路是我們的目的。
記者：這項(xiàng)科研成果有什么特點(diǎn)，主要能在哪些方面應(yīng)用？
陳修龍：機(jī)器人機(jī)構(gòu)是機(jī)器人裝備的骨架和執(zhí)行器，機(jī)器人裝備的自主創(chuàng)新離不開機(jī)構(gòu)創(chuàng)新。我們主要任務(wù)是為機(jī)器人裝備設(shè)計(jì)骨架。
空間并/混聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)具有剛度高、承載能力大、速度高、慣量小等特點(diǎn)，在需要高剛度、高精度、高負(fù)載的應(yīng)用領(lǐng)域，例如在鍛造操作機(jī)、運(yùn)動(dòng)模擬器、高速并聯(lián)機(jī)器人等裝備中，得到了廣泛的應(yīng)用。
本成果建立了一套具有普適性的空間并/混聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計(jì)、性能評估及優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論和方法體系，為企業(yè)和院所提供并/混聯(lián)裝備研發(fā)的整體化解決方案，促進(jìn)并/混聯(lián)機(jī)器人裝備工程實(shí)用化和產(chǎn)品化發(fā)展，完善并/混聯(lián)機(jī)構(gòu)學(xué)理論。也就是說企業(yè)可以按照本成果提供的理論方法很順利地完成并/混聯(lián)機(jī)器人裝備的研發(fā)。
記者：能講一下您的整個(gè)研究過程以及研究的難點(diǎn)在什么地方嗎？
陳修龍：如何根據(jù)并/混聯(lián)機(jī)器人裝備的功能要求，設(shè)計(jì)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的構(gòu)型，也就是機(jī)器人機(jī)構(gòu)包括多少個(gè)構(gòu)件，多少個(gè)支鏈，多少個(gè)運(yùn)動(dòng)副，以及它們之間如何連接，支鏈的空間位置如何布置？最終機(jī)器人的樣子是什么樣的？設(shè)計(jì)出的機(jī)器人性能怎么評估，如何設(shè)計(jì)滿足性能要求的機(jī)器人尺度等結(jié)構(gòu)參數(shù)，眾所周知，高速輕質(zhì)并聯(lián)機(jī)器人是目前機(jī)器人發(fā)展的重要方向，解決高速輕質(zhì)機(jī)器人的動(dòng)力分析設(shè)計(jì)等都是我們研究過程中遇到的難點(diǎn)。
克服這些難點(diǎn)需要我們具備空間機(jī)構(gòu)學(xué)、多體動(dòng)力學(xué)、非線性動(dòng)力學(xué)、數(shù)值計(jì)算方法和優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)等學(xué)科知識(shí)來解決。
記者：目前這項(xiàng)研究已取得哪些創(chuàng)新性成果？
陳修龍：這項(xiàng)成果在三個(gè)方面取得突破創(chuàng)新。
一是建立了空間并/混聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計(jì)理論和方法，實(shí)現(xiàn)了解耦和非解耦并/混聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計(jì)。
二是提出了空間并/混聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)性能評估和尺度優(yōu)化的理論體系，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人機(jī)構(gòu)整體性能評價(jià)和性能優(yōu)化。
三是提出了空間并/混聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的非線性彈性動(dòng)力學(xué)建模、動(dòng)力學(xué)行為分析和彈性動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論方法體系。實(shí)現(xiàn)了對高速機(jī)器人機(jī)構(gòu)真實(shí)動(dòng)力學(xué)行為的準(zhǔn)確預(yù)測和動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)。
記者：研發(fā)成果轉(zhuǎn)化和前景目前是什么情況？
陳修龍：利用本成果提出的并聯(lián)機(jī)器人新構(gòu)型，借助于性能評估、尺度優(yōu)化和非線性動(dòng)力學(xué)理論方法等，創(chuàng)新設(shè)計(jì)和開發(fā)出了運(yùn)動(dòng)模擬器、并聯(lián)穩(wěn)定平臺(tái)、高速搬運(yùn)機(jī)器人、3D打印機(jī)等并/混聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)型的新裝備樣機(jī)或產(chǎn)品，獲得有關(guān)并/混聯(lián)機(jī)器人的國家授權(quán)發(fā)明專利15項(xiàng)。
本成果為機(jī)器人機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和產(chǎn)品創(chuàng)新提供了有效途徑。
記者：下一步，有什么樣的預(yù)期和計(jì)劃？
陳修龍：下一步主要工作首先是成果的進(jìn)一步推廣和工程應(yīng)用及成果進(jìn)一步完善；其次，在基礎(chǔ)理論技術(shù)方面，圍繞機(jī)器人機(jī)構(gòu)關(guān)鍵基礎(chǔ)理論技術(shù)深入開展應(yīng)用基礎(chǔ)研究，解決機(jī)器人實(shí)際應(yīng)用中遇到的卡脖子問題；第三，在應(yīng)用方面，以工業(yè)需求為導(dǎo)向，研發(fā)出成套機(jī)器人裝備。
多年來我們一直與從事機(jī)器人研究的相關(guān)高校和企業(yè)開展合作，在理論技術(shù)研究及工程應(yīng)用方面各取所長、相互促進(jìn)，取得了豐富的成果，今后我們更要加大合作力度，特別是與知名智能制造裝備企業(yè)，以及機(jī)器人公司的合作力度，爭取在機(jī)器人理論技術(shù)研究和工程應(yīng)用及智能裝備研發(fā)方面取得更大的突破。
記者：在我校先進(jìn)科技成果先進(jìn)制造對接會(huì)上，也看到您的其他成果，如“用于康復(fù)休閑的杠桿驅(qū)動(dòng)式輪椅”受到企業(yè)的好評，并簽署了合作協(xié)議，對這項(xiàng)成果（驅(qū)動(dòng)式輪椅）的研究背景及研究過程可以簡單介紹一下嗎？
陳修龍：本項(xiàng)目的目的是提供了一種自助、省力、價(jià)格低廉、操作簡單、普通百姓都用得起、用得好的輪椅，主要應(yīng)用于助老、助殘和運(yùn)動(dòng)健身領(lǐng)域，使廣大殘疾人群體、老年人群、康復(fù)人群能自己獨(dú)立、自主、方便的出行，也可以作為娛樂設(shè)備應(yīng)用在戶外娛樂場所，為人民帶來健康。特別適應(yīng)大坡度路面和復(fù)雜泥濘的地形，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。目前該輪椅已經(jīng)完成了第三代產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造及不同路況的實(shí)際測試，完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
本輪椅主要基于杠桿驅(qū)動(dòng)原理設(shè)計(jì)，創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在3個(gè)方面：一是提出了一種基于杠桿驅(qū)動(dòng)的變速輪椅，具有結(jié)構(gòu)簡單、省力易操作、重量輕易維修等優(yōu)點(diǎn)；第二，輪椅的兩側(cè)安裝單向傳動(dòng)鏈，可采用齒輪和鏈輪兩種換向裝置，能實(shí)現(xiàn)雙向無間歇驅(qū)動(dòng)或單向驅(qū)動(dòng)；第三，擺桿式剎車結(jié)構(gòu)限制了車輪倒轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)上坡防溜車、下坡緩速滑行等功能。
本輪椅的優(yōu)點(diǎn)主要包括：省力易操作、上坡角度大（可達(dá)10度）、杠桿隨動(dòng)手剎、安全防后翻、松手即停、可折疊便于攜帶。本產(chǎn)品不僅解決了電動(dòng)輪椅體積大、重量大、價(jià)格昂貴的缺陷，也解決了普通輪椅驅(qū)動(dòng)費(fèi)力、難以爬坡和地形適應(yīng)性差的缺陷。本項(xiàng)目已獲得山東省科技工作者創(chuàng)新大賽二等獎(jiǎng)等各種獎(jiǎng)勵(lì)7項(xiàng)，已獲授權(quán)國家發(fā)明專利2項(xiàng)、實(shí)用新型專利2項(xiàng)。
記者：我們發(fā)現(xiàn)，除了擁有省科技進(jìn)步獎(jiǎng)的成果外，您還有多項(xiàng)科研成果受到大家關(guān)注，請問在科研方面，您能否向青年師生介紹一下您的經(jīng)驗(yàn)？您對青年師生有什么建議嗎？
陳修龍：目前我們正在開展高速并聯(lián)機(jī)械手、工業(yè)機(jī)器人、移動(dòng)機(jī)器人、并聯(lián)波浪能發(fā)電機(jī)器人等研發(fā)工作，機(jī)電學(xué)院已把機(jī)器人裝備研發(fā)作為學(xué)院重要的研究方向，已在工業(yè)機(jī)器人、煤礦機(jī)器人、移動(dòng)機(jī)器人等方面布局，期望取得重大突破，現(xiàn)已引進(jìn)了國內(nèi)知名機(jī)器人專家，如北京交通大學(xué)的姚燕安教授等，以及多位從事機(jī)器人研究的優(yōu)秀博士。學(xué)院也開展了“揚(yáng)帆計(jì)劃”，重點(diǎn)支持青年教師的教學(xué)科研工作，加快教師的成長，目前學(xué)院教師的干勁很足。我相信在不久的將來，機(jī)電學(xué)院圍繞機(jī)器人的相關(guān)研究一定會(huì)得到長足的發(fā)展，
在省內(nèi)處于領(lǐng)先水平，在國內(nèi)占有一席之地。我更有信心在學(xué)院的大力支持下、在相關(guān)專家的幫助下，我們團(tuán)隊(duì)在機(jī)器人與機(jī)構(gòu)學(xué)及智能裝備領(lǐng)域?qū)?huì)取得更大的進(jìn)步。2018年12月份，我受學(xué)院委托為機(jī)電學(xué)院青年教師做了一場“思辨論壇”報(bào)告，在報(bào)告中我與同事們分享了自己博士畢業(yè)后的困惑和多年的發(fā)展歷程，引起了老師們的共鳴，談這些內(nèi)容的最大目的是通過自己的切身經(jīng)歷來引導(dǎo)青年教師成長，讓他們少走彎路。
我想和青年教師說的是科學(xué)研究沒有捷徑，不要盲目地跟風(fēng)，要堅(jiān)持自己的主方向，更不要急功近利，只要堅(jiān)持終能取得成功。（記者：任波）
