探索之路——他和他的智能机器人——记俄罗斯工程院外籍院士、汕头市机器人与智能制造研究院执行院长范衠

《祖国》/王国勇 文/安迪

每个人都有拥抱梦想的权力，却不是每个人都有拥抱梦想的勇气。在智能机器人领域，就有这样一位有梦想有勇气的探索者，他在自动化软件平台、机器人设计辅助软件、图像处理、智能算法研究等领域，均取得了突破性成果，尤其是在智能机器人系统设计自动化、智能机器人系统开发、无人集群研究领域，更是成绩斐然，他就是广东省汕头市机器人与智能制造研究院执行院长——范衠教授。

时代在变，科技也在变。智能机器人变得越来越重要，越来越多的领域都需要智能机器人的参与，于是，走在探索前沿的范衠，更深刻地感受到了责任和使命的力量。所以，多年来，他，兢兢业业，披荆斩棘，在智能机器人领域，创下了一片创新的天地。

智能机器人系统设计自动化

在科研的世界里，范衠永远不缺深耕探索的勇气。他的背后是荣誉，他不仅收获了国家级高层次人才、广东省“扬帆计划”紧缺急需人才、汕头市科技创新领军人才等荣誉，还入选2021、2022 年度美国斯坦福大学全球前2%顶尖科学家榜单；不仅主持了包括国家自然科学基金面上项目和中央军委科技委基础研究项目在内的国家和省部级科研项目30 项，还获授权专利88 项，出版中文专著和英文专著各1 部；与此同时，他还荣获中国图像图形学学会科技进步奖、中国自动化学会科普奖、俄罗斯工程院工程勇士勋章、中国产学研合作创新奖、中国商业联合会科学技术奖等多个奖项。

然而，一切荣誉的背后，都是付出。他从2000 年开始，就从事机电系统的设计自动化研究，经过二十余年的深耕探索，终于有了自己的成果。

他，提出结合基因编程和键合图的方法实现了机电系统的自动设计。该方法的优势在于借助键合图强大的表示能力，实现把系统在多领域的能量流动关系统一用键合图表征，再结合基因编程算法，实现键合图的进化优化；提出用键合图表示连续控制器，并用基因编程协同进化出机电系统控制器和被控对象。该方法的优势在于采用基因编程和键合图的方法，实现了机电系统控制器和被控对象同时进化设计；提出一种差分进化算法，并成功地应用于微机电系统的自动鲁棒设计；提出用模型预测控制表示离散逻辑控制器，混合键合图表示混合被控对象，并用基因编程协同进化出混合机电系统控制器和被控对象。该工作把相关的方法扩展应用到了离散控制器自动化设计上。

每一次突破，都促进了智能机器人系统设计自动化的发展与应用。而这仅仅是他从事智能研究的一个领域或是一个方面。

智能机器人系统开发

智能机器人系统是人工智能与机器人技术的结合。有了它，智能机器人才能像人一样去工作。范衠就是这项研究的践行者。已在多个应用领域取得了成果。

安全是人类最基本的需求，但有些工作虽然危险，但也需要人类去做，如果有一款智能机器人，可以替代人类完成危险工作，那么，它的出现，将是极具意义的。现在这款机器人出现了。

范衠与华能汕头海门电厂有限公司开发的在线管道修复智能机器人。就具备这样的功能。这款机器人是国内外第一台用于热力管道在线修复的带压堵漏智能机器人，可以使生产系统在不需要停机时便可以实现系统修复；同时代替人进入有高温高压泄漏物喷出的环境，保障维修人员的安全。

机器人在医学领域的应用，已经成为机器人系统开发的重要组成。作为全国首款为全髋关节置换手术提供一种高精度三维手术导航与机器人控制技术的智能机器人。刚刚面世，便引发了关注。这款机器人就是范衠与汕头大学第一附属医院共同合作研究开发全髋关节置换手术机器人。

它是一种集成智能诊断、校准规划、测量导航的多功能全髋关节置换手术机器人系统，达到提高人工全髋关节置换术手术质量，提升手术精度，降低手术难度的目的。项目所涉及的关键技术均申请了专利保护。

类似的系统开发还有很多，如，与汕头市万格文教科技实业有限公司合作开发的《卡片式编程机器人》和《EST 可视化编程机器人》两款教育类编程机器人；与汕头轻工装备研究院合作开发的智能科教机器人等项目均已投入使用。

无人机集群研究

在无人机众多技术中，无人机集群技术备受关注。如何在噪声的影响、通信的不确定性、强电磁干扰以及个体自身行为的不确定性等复杂环境中，进行稳定的集群控制；如何在未知环境和无通信条件时，实现自主工作，成为无人机集群研究的重点所在。

于是，范衠课题组就此提出了一种通信拒止环境下仅基于视觉信息的无人机集群控制方法。主要创新点为无人机集群不需要通信，可以仅仅依靠视觉（没有GPS信号或位置信息）进行集群智能环境感知，进而实现目标的搜索、稳定跟踪和无死角合围，还可以模拟在通信拒止环境中无人机之间通信收到干扰的威胁后，仅仅依靠视觉进行目标搜索和稳定跟踪。项目的成果可以应用于众多民用领域，如城市反恐、目标搜救、灾后搜救等。

在任务的多样性和实际环境的多变性的情况下，群体形态需要在不同的任务和动态的环境中进行转换。如何实现？范衠课题针对此问题，提出一种用于群体形态自动生成的设计自动化框架，实现了群体形态动态地自适应转换。

本项目可以有效突破诸如多无人平台协同信息处理、无人集群组织协同、多无人平台协同目标跟踪、集群目标打击等无人集群任务场景下的关键技术。

算法是智能化实现的“心脏。”因此，范衠开展了带约束条件的多目标进化算法方面研究，而这项研究也是其实验室工作的一个特色，目前在国际学术界处于领先的地位。成果已很好地应用于机器人系统的设计优化，并结合实验室开发的《机器人系统设计自动化》软件，在六自由度机械臂及平衡示教机械臂的开发方面已经获得了具体的应用，其中，平衡示教机械臂已作为开发的产品销售到企业进行应用。

所有与智能机器人相关的领域，都是范衠的研究领域。比如，在图像处理方面，他与汕头市俊国机电科技有限公司合作开发了钢坯字符识别系统和钢筋端面识别系统；与广东航宇卫星科技有限公司合作开发了烟草植株自动检测系统；自主研发一套融合图像处理方法和深度学习算法对道路裂缝进行自动检测的系统；开发一套眼科疾病辅助诊断系统。

智能机器人的未来，无限广阔。所以，范衠将继续书写他和他的机器人故事，于漫漫科研路他表示团队和家人长期大力支持是取得成功的保障。而我们，也将继续期待后续的精彩......