专访|加拿大工程院院士张丹：并联世界灵魂设计师，原来还有这种操作

2018 年 4 月 26 日 机器人大讲堂

智慧源于勤奋，伟大出自平凡。多年前，带着对机器人的那份热爱，在即将拿到博士学位之际的张丹院士毅然决定去加拿大拉瓦尔大学重新攻读博士学位。在拉瓦尔大学的几年里，他早8点出，晚12点归，成天泡在图书馆和实验室，仅用了不到3年的时间就取得了博士学位。他用天分和勤奋演绎了平凡可以走向不平凡。

在第五届中国机器人峰会即将来临之际，中国机器人峰会特对张丹院士进行了专访。本次采访中，张丹院士与我们分享了新的思想新的技术，带领我们走进一个全新的机器人世界。

张丹，加拿大工程院院士、加拿大工程研究院院士、加拿大国家机器人与自动化领域研究主席、教育部“长江学者讲座教授”, 中组部第十批国家“千人计划”特聘专家。张丹院士设计的机器人在航空、汽车、机床、煤矿、港口等领域有广泛应用，在并联机器人设计、制造及控制等领域有着突出贡献，他发明并制造了世界上独一无二的具有被动约束链的多轴并联机器人机床，得到同行的广泛关注和好评，该技术被誉为“二十一世纪机器人机床”。

“灵机”一动，智创三大成果

回顾世界工业发展史，从手工工厂到机械动力生产，再到现在以科技决定胜负生存，从廉价的劳工赚取企业的利润，到现在劳工是企业发展最大的瓶颈和支出，唯有改变观念，着眼未来，与时俱进，才能走在前沿，不断解决困扰人们的技术难题。

“我们团队目前的主要研究方向是机器人自动化、高性能机器人以及机器人应用的交叉领域。”张丹院士与其专业化的技术团队在这些领域里刻苦钻研，创意创新，通过各种技术的设计结合，研制出三大独创科技成果。

1、基于并联机构的踝关节康复机器人

成果一：研发了基于并联机构的踝关节康复机器人。据了解，这款机器人具有3个转动自由度，并设置有激光对焦系统，以及用来进行校正训练的微电击装置。机器人运行灵活，并辅助有肌电测量设备，可以用来对康复训练效果进行评估。该机器人可以有效模仿康复师对足部的康复运动，并通过微电击装置提供惩罚治疗，以帮助用户矫正动作。

2、可以用于飞行器的起落架

成果二：研发了可以用于飞行器的起落架。该起落架设计独特，采用了可重构并联机构，一方面作为起落架，可以根据地形位置，调整起落架的姿态，以保证飞行器降落时，机体保持平衡状态；另一方面作为并联机械抓手，可以完成抓取任务。这种新型起落架正是采用了可重构并联机构，利用其可重构的特性，来实现起落架及机械抓手之间的灵活转换。

3、智能人机交互技术

成果三：智能人机交互技术。主要包括机器视觉、手势识别、肌电控制技术。通过机器视觉，让移动机器人具备了识别简易路障，道路信息的能力；同时由该团队研发的手势识别算法，可以用来控制机器人的运动。该团队正在通过分析肢体的肌电信号，对人体动作进行模式识别，以应用于机器人的控制之中。

AI将赋予机器人更强大的生命

AI已成为当下的一大热词，AI与机器人该如何融合也成为了一个热门课题。本次张丹院士给我们带来了他的独到见解。

“人工智能对机器人的智能化提升可以分为两个阶段：初期阶段和成熟阶段。这里，我将以机器人的生命周期为例，机器人的生命周期可以分为：设计阶段、制造阶段和使用阶段。”张丹院士做了详细阐述:在智能化的初期阶段，机器人的设计方法还是沿用机构设计的经典理论，人工智能更多是作为一种优化工具对机构的结构尺寸进行性能优化；在制造阶段，通过结合以往的制造加工经验，人工智能同样是作为一种优化手段控制整个加工过程。

在使用阶段，特别是对机器人进行轨迹规划和任务规划的时候，人工智能同样充当了一种数学工具用来解决系统运动学及动力学的非线性问题。但是，在智能化的成熟阶段，人工智能可以颠覆机器人的整个生命周期。在进行机构设计时，人工智能将根据任务需求，更直接地对机械结构进行搭配组合，产生比传统理论更多的机械构型，生成性能更优异的机构。

在生产阶段和使用阶段，人工智能更是可以通过在虚拟的生产环境及使用环境中进行生产训练，以及运动规划训练，以生成最优的制造过程以及运动规划。但是智能化的成熟阶段离不开初期阶段的积淀，因为人工智能的训练需要大量的训练样本，因此在智能化的初期阶段，需要对所有的过程进行数字化标记，并进行大量的实验。因此如何将机器人的生命周期数字化，以及如何建立有效的人工智能数学模型是我们现在急需解决的问题。AI将给机器人带来更多可能。

在第五届中国机器人峰会上，张丹院士将与大家分享“人工智能与机器人的发展”的相关内容，看AI与机器人将擦出怎样的火花。

共创双赢，搭起两国科技交流桥梁

伴随科学技术的迅猛发展和国家之间政治、经济、安全、文化关系网络越织越密，世界各国日益联结成一个高度相互依存的整体，跨国合作促进双赢。

从2011年开始，张丹院士开始频繁参加国内的科研交流活动。参与、主持了多项国内的科研项目，主要有：“复杂多轴并联机器人机床刚度与动力学精度优化”、“仿土拨鼠矿难探测与救援机器人基础理论与关键技术研究”、“薄煤层采煤机器人钻采机构及性能的研究”以及“核电封头与管座复杂空间型面焊接机器人设计方法研究”。同时张丹院士还多次在国内举行的国际会议上，做了机器人相关的主题报告。

“近年来，中国在机器人领域的研究投入越来越大，且成果越来越多，部分研究成果达到甚至超过了国际一流水平。同时，政府出台了一系列政策，推动机器人产业的发展，我相信中国的机器人技术在不久的将来必将走向世界前列。”在张丹院士看来，加强中国和加拿大在机器人领域的合作是双方实现共赢的有效保障，“在将来，中国和加拿大可以加强在人才培养、科研项目、以及科研成果产业化等方面的合作”。

来自“枫叶之国”的人才培养新模式

目前世界上最先进的机器人研究机构如美国波士顿动力公司、美国MIT机器人实验室、德国费斯托公司等已经可以研制出的机器人极其先进。

MIT的猎豹机器人已经实现了机器人奔跑运动，波士顿动力公司的轮腿式机器人Handle可以实现跳跃、急停等动作，具有更加强劲的运动性能，其人形机器人Atlas更是可以实现跳跃、后空翻等高难度动作，充分体现其在机器人传感技术、动态平衡等技术上的先进性。费斯托公司研发的各种仿生机器人，如袋鼠机器人、蜻蜓机器人、柔性机械臂等，模拟了各种生物的运动特性。这些机器人让人大开眼界，“可以肯定地说，现在这些先进的机器人，其运动性能在某些方面已经接近甚至超越了人类和其他动物，”张丹院士说。

“产业基础薄弱，机器人的部分高端零部件产品质量不过关；产业体系化尚待完善，一个完善的机器人安全体系及评价体系是用户接受产品的基础；市场化同质化竞争，国内大多数机器人企业都集中在系统集成环节，企业利润微薄，制约了机器人产业向产业链高端升级的进程。”张丹院士道出了当下国产机器人所面临的问题，并给出了解决之法“，他说，国家需要加大技术研发力度，适应产业发展方向；加强与高校、研究所的合作，推动机器人的技术创新；加大力度培养机器人产业创新型人才”。

如何培养人才呢？张丹院士结合加拿大注重学生思考能力、实践能力、团队能力、注重过程教育的人才培养方式，对国内机器人行业的人才培养提出了三点建议。第一，加大学生自主创新的比例，以课程设计为例，只要学生有想法、有思路，就可以通过与指导老师协商，选择规定课题以外的题目；第二，加强学生团队合作的能力，尤其是跨专业的团队合作，因为机器人是门跨专业的交叉学科，要求各个不同专业的小组成员各司其职，共同完成任务；第三，培养学生的匠人精神，引导学生对本专业心存敬畏、对工作执着负责，注重细节，不断追求完美与极致，为以后的职业发展打下坚实的基础。

张丹院士诚邀各界人士参加第五届中国机器人峰会

距第五届中国机器人峰会开幕还有10多天，让我们期待张丹院士的到来，相约四明湖畔，共话AI新时代。