标题摘要内容
当前的位置:
详情
哈工大机器人集团 | 刘鹏飞:智能控制器让机器人开发更简单
来源:繁星创业营 | 作者:lavicky | 发布时间: 2021-10-23 | 492 次浏览 | 分享到:

2021年繁星学院上线《创新说》栏目,旨在挖掘HRG生态圈内具有企业家精神的科研工作者,记录他们的科研智慧和在科技创新过程中的不懈努力,将HRG人的创新精神传承下去。

本期人物,哈工图南智控机器人有限公司CEO刘鹏飞,让我们一起聆听他的创新故事。

科研工作者 刘鹏飞

哈尔滨理工大学硕士,现任哈工图南智控机器人有限公司CEO,致力于机器人智能控制器研发,有近十年的机器人开发经验和市场推广经验。带领团队主持军委科技委国防快响项目,获得2020“创客中国”安徽省创新创业大赛二等奖;团队参与了国家重点研发计划智能机器人专项、2017安徽省重大新兴产业专项,入选安徽省115产业创新团队。



控制器是智能控制的核心载体1959年诞生了第一台工业机器人,六十多年来机器人经历了三个发展阶段,示教再现型机器人、人机共融型机器人和智能型机器人,目前正处于后两个阶段,而智能机器人特征是多传感器融合且具有自主理解与控制能力。控制器是智能机器人控制的核心载体,对机器人智能控制发挥着举足轻重的作用,既要解决实时性问题,也要解决智能性问题,智能性体现在自主控制与决策,实时性体现在协同控制与执行。

从人类发展历程来看,我们从PC机时代,进入到手机时代,未来必将是机器人时代。手机时代由iOS/Android操作系统+手机+移动互联网构成了核心要素,手机是主要的硬件载体,那么未来机器人时代是由机器人操作系统+智能控制器+5G物联网构成的,控制器作为核心的硬件和算法载体,其重要性不言而喻。 国务院印发的《中国制造2025》中提出:“突破机器人本体、减速器、伺服电机、控制器、传感器与驱动器等关键零部件及系统集成设计制造等技术瓶颈。”已经将控制器的技术开发上升到国家战略,致力机器人控制器的核心技术开发对于机器人行业乃至制造业具有重大的国家战略意义。


研究生学习期间,刘鹏飞一直从事自动化控制领域的研发工作,后来有机会进入哈尔滨工业大学丁亮教授实验室参与足式机器人项目的控制器开发工作。这个项目唤醒了刘鹏飞进入机器人领域的意识,也坚定了他的目标是去国内一流的机器人企业做技术研发工作。

2012年参加工作后,刘鹏飞接触到了机器人研发和应用,见识到各种类型的机器人。但是用到的机器人核心部件全部依靠国外进口,比如:减速器、伺服系统、控制器等,国内零部件的软硬件和算法工艺都不成熟,这让他深深地认识到机器人核心部件国产化的重要性和必要性。

工作期间,刘鹏飞担任项目负责人,带领团队从无到有地设计、研发了一款并联机器人。由于国外控制器价格昂贵,产品的成本居高不下,国内控制器性能不稳定,他带领团队尝试开发控制器中的模块,并逐渐地完成了算法、基础模块、控制模块的开发工作,也使控制器成本下降了一半。

一个偶然的机会,刘鹏飞跟丁亮教授说起这段工作经历,丁亮教授对他说:“你现在做的工作就是控制器开发!”这句话如醍醐灌顶一般点醒了他,他才发现自己已经踏入了机器人控制器国产化之路。


2016年,在“大众创新、万众创业”的大背景下,哈工大机器人(合肥)国际创新研究院(简称“HRG合肥研究院”)成立,计划布局控制器开发,解决控制器国产化问题,于振中院长和丁亮教授再次找到刘鹏飞,三人一拍即合。在与家人商量后,刘鹏飞放弃了正处于上升期的工作,于同年12月加入HRG合肥研究院,并举家搬迁到合肥。 刘鹏飞回忆说:“加入HRG合肥研究院主要有三方面原因。第一,当时我负责的并联机器人项目已经完成闭环,自己也考虑选择一个更好的平台发展;第二,工作期间做的机器人设计比较多,核心技术研发比较少,因为研究生期间做的是控制器研发,所以我想继续从事相关技术研发工作,并有独立发展的空间;第三,与研究院领导沟通交流时感觉特别亲切,沟通方式也是直奔主题、开门见山,我觉得这里有一群认真做事且很熟悉的人。” 丁亮教授对前沿科技信息掌握的比较多,在确定研发方向时,他说:“未来是智能机器人的时代,不能再延续之前的控制器研发方案了,要做机器人的智能控制器。”经过讨论和研究后,刘鹏飞团队最终确立了机器人智能控制器的研发方向。


刘鹏飞的团队成立之初只有三位成员,分别负责算法、软件和硬件,他们的能力和水平在各自负责的技术模块都是顶尖的,而且彼此之间相互信任,形成了稳定的核心团队。现在团队成员已经增加到10余人,其中包括哈工大、厦门大学、东北大学等著名高校的优秀研究生,现在控制器的硬件、软件、通信、算法、测试应用模块都有各自的负责人。 刘鹏飞说:“在技术攻关方面,团队成员给予了我强大的支持,这是毋庸置疑的。但是,在整个研发过程中,我觉得团队更多地是帮助我坚定研发信心,聚焦核心业务。特别是初期发展阶段,为了验证团队能力,我们做了很多原来擅长的非标项目,导致团队在核心主业上的精力不够。这时候团队的骨干们不断提醒我,虽然非标项目短期可以盈利,但这不是团队成员聚在一起的主要目标,长此以往会影响核心产品研发,更会影响团队士气。我突然明白,其实研发机器人智能控制器不是我一个人的坚持,而是大家共同的坚持。” 2019年,团队锚定在控制器的硬件、系统、算法、通信、应用这五个部分进行攻关,大家的心逐渐稳定下来。2020年扎实做控制器研发,团队进步迅速,完成了硬件、系统、算法、应用等模块的自主开发,才有了现在比较丰富的产品系列,这些都离不开团队骨干们的坚持。


智能控制器就如同机器人的“大脑”,可以让机器人拥有“决策”能力。过去,实现机器人视觉、移动等功能时,每样功能都需要一个控制器,编程步骤复杂,体型笨重,实时性差。现实中,机器人的作业环境是复杂多变的,实现机器人的智能性、实时性和柔顺性具有重要价值。

哈工图南智能控制器包含一体化硬件IRC-E和IRC-M,突破了EtherCAT高速总线技术,积累了机械臂自主规划算法、移动机器人避障算法、视觉跟随算法等,实现了机器人智能控制和实时控制的结合,具有小型化、轻量化、性能优等特点。控制器的智能性主要体现在算法的先进性上,以机械臂自主规划算法为例,该算法的实现,能够让机械臂控制脱离传统的路径示教编程的繁琐步骤,实现指令级编程到任务级编程,这种智能的算法能够适应例如机器人分拣、机器人特种作业等更加复杂的应用场景。


此外,智能控制器的应用场景有很多,如传统四六轴工业机器人、协作机器人、移动机器人等。目前刘鹏飞团队和国防、工业、通信、教育等领域的大客户均有合作。

刘鹏飞团队还在建筑机器人行业进行探索,针对移动+臂复合式建筑机器人的复杂操作控制进行开发,最终实现室内建筑作业,替代人工,以解决疫情导致工期延误和严重的用工荒等问题。未来还将结合5G通讯,针对移动作业机器人提供智能控制方案,借助云端就可以实现对机器人的调度和控制。

机器人控制器可搭载研究院自主研发的哈工轩辕机器人专属操作系统,该系统内嵌智能-实时操作系统架构AIRT-ROS,为控制器开发提供了基础运行平台,操作系统项目组的夏科睿博士及其团队成员对刘鹏飞团队控制器的开发也提供了大力支持。

核心技术方面,刘鹏飞已授权/受理专利17项,其中发明专利9项,承担军委科技委国防快响项目“模块化机器人控制器”,参与1项国家重点研发计划智能机器人专项项目。


2020年,合肥哈工图南智控机器人有限公司正式成立。“图南”引自《庄子·逍遥游》:“故九万里,则风斯在下矣,而后乃今培风;背负青天,而莫之夭阏者,而后乃今将图南。”

其意为:鹏鸟飞到九万里高空,风就在它的身下,然后方能凭借风力飞行,背负着青天,毫无阻挡,这样就能飞到南方了。

正如刘鹏飞团队做的机器人核心部件一样,需要埋下身,扎好根,跟随着我国机器人行业的发展大势,专注于智能控制器这一件事。

2020年刘鹏飞团队完成了产品的开发和内部应用,2021年面向市场进行推广,未来的目标是在三年内实现控制器年销售1000块,五年内销售额达到亿元。目前公司也在跟多家投资公司对接,逐步推进市场化融资。 刘鹏飞说:“近期,我们要把智能控制器做好,把公司运营发展起来。最终,要努力完成我们的使命,助力机器人走进千家万户。创业维艰,唯有艰苦奋斗,才能乘风破浪;知行合一,踏实走好每一步,方可青春永续。”