聚焦人工智能研发 兰州大学“机械臂”可上天入地

聚焦人工智能研发

兰州大学“机械臂”可上天入地

兰州大学阎石教授介绍相关研究

　　人类之所以称霸地球，是因为有一个聪明的大脑。更为重要的是，人类还拥有一双灵巧的双手。现如今，随着人工智能和机器人技术的持续进步，机器人作为人们双手的延伸，不仅粗活细活都能干，还可“上天入地”。

　　在兰州大学，有这样一支科研团队，他们致力于人工智能技术的研究和开发，聚焦于机器人系统与具身智能等研究领域，在机器人及无人机等复杂系统的智能感知、建模与控制方面，取得了显著的研究成果。在兰州大学信息科学与工程学院的实验室里，这支由阎石教授带领的团队攻坚克难，用创新突破关键技术壁垒，用人工智能技术赋予了机械臂“生命”。

　　1 从“固定”到“灵动”：机械臂的智能进化‌

　　这是一支由教师、研究生共50余人组成的科研团队。近三年，团队不仅在机器人、无人机等复杂控制系统方面取得了关键技术的突破，同时在智能感知、系统高精度建模、非线性控制等方面取得了一系列创新成果。

　　“采用机械臂进行实验主要是为了验证机器人运动控制的高精度和实时性，我们已经在这方面取得了一系列的研究成果。”阎石介绍，团队运用基于数据驱动的Koopman建模方法，结合LQR和MPC的控制方案，将机械臂的运动控制精度提高了50%以上。这一成果在阎石团队实验室中通过UR5e机械臂的实体控制验证得到了充分体现。

　　记者看到，这是一支拥有6个自由度的机械臂，按照指令，它要在一个平面上勾勒出一个五角星图案。接到任务，只见它灵巧地转动“肩”部、“肘”部和“腕”部，并利用控制末端，迅速而精准地完成了对五角星的追踪。

　　“这是一个展示性的轨迹追踪过程，体现了机械臂对整体精密控制的能力，其精度达到了0.05毫米。”团队成员介绍，这支机械臂通过采用新技术，显著提升了实时性，其运行频率可达每秒上百赫兹甚至上千赫兹，从而将机器人的运动控制得既精准又高效。

　　2 国家需求的牵引促使核心技术不断突破

　　据了解，机械臂的研究起源于工业制造和航天领域的需求，并与国家重大科技项目紧密相关。阎石教授介绍，国家重大科技项目对机械臂研发起到了显著的推动作用。国家需求的牵引促使核心技术不断突破，在载人航天工程、深海探测领域、核工业应用等危险场景中，通过多学科协同攻关，持续解决了机械臂的核心技术难题。

　　人工智能与机器人产业的技术壁垒极高，只有关键核心技术突破才能让产业摆脱“卡脖子”困境。

　　据了解，研发过程中，团队在关键技术方面提出了机器人系统的Kalman-Koopman LQR控制方案，阐明了不确定参数系统建模的内在机理，发展了变参数非线性系统建模理论与方法。

　　与此同时，团队还在控制算法、智能感知等方面有所创新。一是针对传统方法难以精准描述机器人动力学特性的问题，将非线性系统映射到高维线性空间，并结合自适应LQR优化控制器，实现了对机械臂高精度控制。另一个创新是在硬件端，整合了Leap Motion手势识别、深度相机、激光雷达、实时地图和麦克风阵列语音交互，为机器人赋予了“视觉、触觉、听觉”的能力。通过信息融合，将手势、语音和环境等数据进行整合，使机器人能够综合分析并执行复杂任务，显著提升了其智能化水平和实用性。

　　3 “上天入地”：机械臂多场景应用

　　“现在我们的机械臂控制已经达到世界领先水平，发表了一系列高质量论文，逐渐产出了一些新成果。”阎石介绍。

　　据了解，兰大机械臂不仅在工业、农业领域具有广阔的应用前景，还具备“上天入地”的能力。

　　阎石透露，团队后续计划将机械臂应用到工业机器人焊接和巡检中，尝试将其与相应的加持终端及仿人灵巧手结合，构建具身智能机器人，应用于太空探索、深海作业等复杂环境。并与长风厂和五一○所等单位合作，建立相应的科研实验室和平台，通过实践探索出一条从实验室走向市场的路径，促进产业链、创新链等与地方的精准链接及深度融合，为培育发展新质生产力、服务区域高质量发展提供有力支撑。

　　兰州日报社全媒体记者 马文艳 文/图