攻克高精密难题 实现高精准控制
记中科院自动化所精密感知与控制研究中心党支部

徐德:“小”研究 “ 大”梦想

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■本报记者 彭科峰 实习生 张孟枭

精密感知与控制研究中心党支部合影

在知识和经济大爆炸的今天,许多人喜欢把“做大做强”定为工作的目标,对于中科院自动化研究所研究员徐德而言,他的目标却是“做小做强”。看似和别人不一样,但他却善于“以小见大”,在智能机器人领域,不断攻坚克难,成果不断。

■本报记者 沈春蕾 通讯员 宋琪

小世界,却有大梦想。在精密感知与控制领域,徐德正在和他的科研团队鼓足力气干“小”事。或许在不久的将来,他们的“小”研究,能够成就智能机器人大规模工业化的“大”梦想。

作为中科院自动化研究所三大重要突破之一——精密感知与先进控制方向的重要承担力量,精密感知与控制研究中心重点以国家重大专项任务需要攻克的感知与控制难题为切入点,为国家重大任务提供关键装备与解决方案。

徐德所在的精密感知与控制研究中心,“精密”是重中之重。作为中心主任,徐德兴致勃勃地跟记者讲起了他的“小”故事。

2012年精密感知与控制研究中心组建以来,党支部夯实组织建设,为推动科研创新工作打造坚强的战斗堡垒,形成了规范有序、和谐健康的支部发展状态,为重大成果产出作出了重要贡献。

2012年,在承担一项国家任务时,徐德遇到了难题——10微米微管与12微米微孔的精密装配。这种微小器件的装配对精度要求很高,需要启用显微视觉,而显微视觉景深小,常常看不清目标。角度、对准、装配、瞄准都是难题,用原来的方法常常出现“顾前顾不了后,看得了上下看不了左右”,定位十分困难。

近日,精密感知与控制研究中心党支部分别荣获“中科院先进基层党组织”称号和“中央国家机关工委先进基层党组织”称号。

徐德果断大胆使用了多路显微视觉系统标定的技术,完成了多路显微视觉的多机械手精密装配。此前,国内的纪录保持者也还停留在100微米量级。而这次,他完成的挑战是10微米量级的精配。

精密感知与控制研究中心主任徐德研究员是一位有着20多年党龄的老党员,部门成立伊始,他就高度重视中心支部建设,并身体力行积极参加各类支部活动,明确支部在中心建设中的重要地位。

这一战打赢了,徐德没有“垂杨生左肘”,而是再接再厉,2013年,他的团队又迎来了一项新挑战——三维空间中6自由度微小零件的精密装备。“比之前还难,之前那个只有5个自由度,精度要求同样不能有一点偏差。”徐德和同事们重新抖擞精神,这一次,他采用了自由度分解的战略,利用位置的相对性,把6个自由度分配到两个机械手上,调整好角度位置再装配。柱状微零件组件6自由度自动装配系统的研制成功,给这次科研攻关画了一个圆满的句号。

支部书记由中心副主任张正涛副研究员担任,目前共有38名党员,其中职工党员22人,学生党员16人,正式党员36人,预备党员2人。

徐德和他的同事把他们的这场战役写了篇文章,目前这篇文章已经被IEEE
Transactions接收,不久即将发表。

中心承担的国家重大科技专项,任务重大而艰巨,面临着众多新尝试和挑战。在时间紧、任务重的情况下,支部党员勇于担当,攻克了多项技术难题。

“火眼金睛看世界明察秋毫,刚柔相济做调整和谐稳定”,这是徐德自己拟的一副对联,横批是“精密感控”。在他看来,这火眼金睛就是感知,明察秋毫就是精密,刚柔相济就是控制,而和谐稳定就是他的目标。

由于项目的安装和调试任务多在外地,为了更好地了解需求、调试系统,中心的科研人员需要长期驻扎外地。不少年轻科研骨干又面临着上有老、下有小的实际困难,这是摆在这支团队面前的首要难题。

全心全意为“它”服务

徐德表示,为了更好地完成任务,支部号召广大党员在困难面前彰显共产党员本色。每一次艰巨的任务、每一次长时间的出差任务,中心的党员都用自己的行动做出表率,鼓舞士气,践行了一名共产党员的责任和担当,带动全体同志团结协作、攻坚克难。

上世纪80年代,在山东工业大学读本科的时候,徐德认识了自动化,开始接触到智能控制。此时只有不到20岁的他还没意识到,自己将会和机器人结下不解之缘。浙江大学博士毕业后,他来到了中科院自动化所——这里,机器人视觉作为一个交叉学科,既有视觉研究的精细,又有控制研究的魅力,徐德一下子就被深深地吸引了。

经过这些年的科研攻关,中心相关的精密微装配研究在国内处于领先水平,部分研究成果已达到国际先进水平,发展成为承担该领域国家级重大科研任务的重要基地。

从副研究员到研究员,再到精密感控中心的主任,徐德把大量的精力倾注给了机器人。

据徐德介绍,近3年来,中心承担项目53项,项目经费约5476万元,发表与录用学术论文61篇,授权发明专利27项,授权实用新型专利4项,受理发明专利58项,获北京市科学技术奖三等奖1项。

徐德说他自己是“做眼睛的”——机器人视觉测量和视觉控制相当于机器人的眼睛。“在目前的研究中,机器人的视觉存在两个重要问题:一个是可靠性,不能稍微受到干扰就产生错误的数据;第二就是实时性,简单地说就是必须快,如果测量需要很长时间,那实践应用肯定要出问题。”徐德告诉记者。

精密感知与控制研究中心在成立初期就制订了团队发展规划,即要成为一支具备应用基础研究、样机开发、产品研制的整体研发链条团队,不仅能吃苦受累、团结合作,还能为研究所作出重要贡献。

徐德在机器人的视觉系统做了很多工作,说到成果,最令他欣慰的就是乒乓球机器人。通过两个摄像头,确定球的位置并计算轨迹,科研人员能够指挥机器人准确而迅速地运动、击球。“在2010年的时候,我们的机器人已经能跟真人对打50个回合。”说这番话的时候,徐德的语气里充满了自豪。

澳门买球网站,为了能够完成这一目标,中心党支部针对每一个党员的不同特点,帮助他们找准自己在团队中的定位。比如,鼓励团队中的青年科研人员做开拓性的工作、鼓励团队中老同志多指导、多帮助年轻同志,发挥“传帮带”作用,鼓励研究生树立正确的科研价值观,勇于创新,充分发挥聪明才智。

那一次的乒乓球比赛,虽然机器人还是输给了运动健将,但是却赢得了另一重意义上的胜利——证明了高速视觉测量、轨迹预测等先进技术的应用非常成功,前景乐观。

2010年加入精密感知与控制研究中心,如今已经是副研究员的王鹏回忆道:“最初,我们这些年轻人都是在徐德等老同志的带领下参与项目工作,现在我们已经可以自己承接项目。”他表示,能有这样的成果,离不开老同志们的“传帮带”,“只要我们年轻人有问题,很多老师都是立刻放下手头其他工作,一项项帮助我们答疑解惑。”虽然是一个新成立的部门,精密感知与控制研究中心党支部十分重视建章立制和规范管理,但又不会让成员受这些制度的束缚。

徐德让机器人有了眼睛,有了灵活的头脑,作为回报,机器人朋友也给徐德回赠了好几篇SCI的高水平论文和一本名为《机器人视觉测量与控制》的书。

在党支部的积极配合下,中心建立了规范的议事制度,每周召开中心办公会。办公会成员由党员和科研骨干组成,会议总结上周工作情况并安排本周工作,了解职工工作情况及思想动态,遇到问题共同解决,同时宣传贯彻上级党组织的重要精神和指示,保障了科研任务顺利推进。

徐德说,机器人不是终极产物,而只是生产线上的一个中间环节,他现在给机器人做眼睛,就是为将来大规模的工业生产贡献力量。

此外,中心党支部积极参与制定了工作人员考核办法、科研项目管理制度、专项经费管理制度、学术成果奖励办法、实验室日常运行管理办法、研究生管理办法、仪器设备使用规范、实验操作规范等,以确保中心研究工作的有序运行。

2012年2月,精密感知与控制研究中心正式成立,徐德开始一心一意做他的“小”事。

“有时候党支部会议跟我们日常的工作会议一起召开,这可能也是我们中心的一大特色,将党支部工作很好地渗透到日常工作中。”王鹏说。党支部每年还会定期组织中心职工和学生的座谈会,及时了解职工和学生在工作、学习和生活上的困难。

经过两年多的发展,现在的精密感知与控制研究中心分为五个业务部——精密装配、数字样机、智能装备、精密感知、生产线。有30多个职工,博士比例95%以上,团队科研战斗力十足。

为了增进广大党员和群众团结和谐,中心党支部联合工会组织了香山踏青、植物园赏花、北方国际射击场打靶、水库秋游、红螺寺登山、参观新建成的中国科学院大学怀柔校区等活动,使职工和学生在研究工作之余可以放松心情,党员与群众之间增进了解,获得了职工和学生的一致好评。

徐德期望带出一支能够作出重要贡献、吃苦受累、团结合作的队伍,建成一个具备应用基础研究、样机开发、产品研制等完整科研、研发链条的团队。“只有具备完整的链条,才能使得科研工作与实际应用对接,进而满足国家重大需求。”

2014年春季,精密感知与控制研究中心一名优秀的在读博士生罹患白血病,这一消息牵动着每一位支部成员的心,为了帮助他战胜病魔,中心党支部尽最大的努力给他照顾。比如,为了让这位博士生得到更好的治疗,中心党支部联合研究所研究生党总支发起了募捐活动,在全所和社会各界人士的帮组下募捐总额达到50万元,使这位同学完成化疗,病情得到控制,并于2015年夏季顺利通过博士论文答辩。这次互帮互助活动让支部成员之间的心靠得更近了,部门的凝聚力也不断增强。

面对工业应用和实验室科研之间的一道鸿沟,他说自己“从进入中科院就开始铺桥,努力地把桥铺得平坦点”。

一名党员,一面旗帜;一个支部,一个堡垒。精密感知与控制研究中心党支部队伍建设助力科研创新,科研团队攻坚强化支部凝聚,形成了党建与科研相互驱动、共赢发展的良好态势。

“科研不能和实践脱节啊!”徐德感慨道。严格来说,现在我国在精密感控方面只有不到40年的积累,还是和国外有一定差距的。对于研究人员来说,在认识到差距和不足的前提下,应该再接再厉,实现从关键技术与理论方法到整机与系统的大飞跃。

《中国科学报》 (2016-07-11 第6版 院所)

当被问到有什么目标时,徐德给出了最质朴也最真实的回答:“踏踏实实地干,积跬步成千里,一步步作出大成就”。

《中国科学报》 (2014-11-17 第5版 创新周刊)

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