吉林大學(xué)創(chuàng)辦機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)的師資和學(xué)科背景分析

李東琦

【摘要】? ? 吉林大學(xué)支持其通信工程學(xué)院創(chuàng)辦機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)，進(jìn)行本科生培養(yǎng)。吉林大學(xué)通信工程學(xué)院較早進(jìn)行了機(jī)器人工程方面的教學(xué)科研工作，擁有開(kāi)辦本專(zhuān)業(yè)的師資儲(chǔ)備。吉林大學(xué)通信工程學(xué)院在智能機(jī)械與機(jī)器人控制、機(jī)器人感知、控制、通信、信息處理等方面的學(xué)科實(shí)力是本專(zhuān)業(yè)建設(shè)的基礎(chǔ)，學(xué)院通過(guò)制定全面的培養(yǎng)計(jì)劃，可以為國(guó)家培育機(jī)器人領(lǐng)域優(yōu)質(zhì)的科研與工程技術(shù)人員。

【關(guān)鍵詞】? ? 機(jī)器人工程? ? 吉林大學(xué)? ? 專(zhuān)業(yè)? ? 師資? ? 學(xué)科

引言：

機(jī)器人給人類(lèi)帶來(lái)的影響，將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)在過(guò)去幾十年已經(jīng)對(duì)世界造成的影響[1]。機(jī)器人工程是一個(gè)集自然科學(xué)和工程實(shí)踐交叉和融合的新興專(zhuān)業(yè)，是控制科學(xué)與工程、信息與通信工程、儀器科學(xué)與技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等學(xué)科支撐下的新興科學(xué)技術(shù)。

2016年4月，國(guó)務(wù)院頒布《國(guó)家機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》：到2030年中國(guó)要成為世界主要機(jī)器人工程的創(chuàng)新中心。規(guī)劃指出，未來(lái)世界機(jī)器人不僅作為關(guān)鍵裝備以支撐整個(gè)先進(jìn)制造業(yè)，更是改善人類(lèi)生活質(zhì)量的重要工具。同時(shí)，工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人也是衡量國(guó)家創(chuàng)造力、科技能力的重要標(biāo)志。

為了開(kāi)拓中國(guó)制造的新優(yōu)勢(shì)，我國(guó)目前大力研發(fā)機(jī)器人領(lǐng)域，以此推動(dòng)科技的轉(zhuǎn)型升級(jí)，加快制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)，造福全國(guó)人民。世界各國(guó)也將機(jī)器人作為科技領(lǐng)域創(chuàng)新的主要陣地，力圖在新一輪國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中掌握主導(dǎo)權(quán)。我們也必須以機(jī)器人技術(shù)提升國(guó)防實(shí)力，保障和維護(hù)國(guó)家安全，搶占先機(jī)，協(xié)同發(fā)力，牢牢抓住機(jī)器人發(fā)展的重大歷史機(jī)遇，通過(guò)壯大機(jī)器人產(chǎn)業(yè)、培育機(jī)器人經(jīng)濟(jì)，帶動(dòng)國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力整體躍升和跨越式發(fā)展。

筆者所在的吉林大學(xué)是目前國(guó)內(nèi)高校中學(xué)科門(mén)類(lèi)最全、學(xué)生規(guī)模最大、辦學(xué)體系完整、綜合實(shí)力較強(qiáng)的高等學(xué)府。合校二十一年以來(lái)，學(xué)校人才培養(yǎng)工作取得了令人矚目的成績(jī)，為國(guó)家培養(yǎng)了大批優(yōu)秀的高素質(zhì)人才，成為國(guó)家高層次人才培養(yǎng)的重要基地。目前，學(xué)校正處于“雙一流”建設(shè)的攻堅(jiān)期，機(jī)器人技術(shù)作為區(qū)域智能制造和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的重要載體，需要持續(xù)不斷的專(zhuān)業(yè)人才支撐和有力的學(xué)科支撐、技術(shù)支撐。

吉林大學(xué)通信工程學(xué)院由控制科學(xué)與工程、信息與通信工程兩大一級(jí)學(xué)科所組成，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，在機(jī)器人工程領(lǐng)域的師資儲(chǔ)備和教學(xué)科研等方面具有自身的特色和優(yōu)勢(shì)，在學(xué)校的支持下，積極創(chuàng)辦了機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)。學(xué)院以控制科學(xué)與工程和信息與通信工程為基礎(chǔ)拓展到機(jī)器人和信息處理，在智能機(jī)器人控制、仿生機(jī)器人設(shè)計(jì)、智能控制及系統(tǒng)仿真、生物信息感知與人機(jī)交互、智能系統(tǒng)建模、優(yōu)化與控制等方面具有先天的有利條件，完全可以以現(xiàn)有條件創(chuàng)辦機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)。

一、師資力量對(duì)機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)的支撐

機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)將自動(dòng)化、電子、通信、傳感器、計(jì)算機(jī)軟硬件、人工智能、智能系統(tǒng)集成等眾多先進(jìn)技術(shù)有機(jī)融合，是現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)等學(xué)科相互交叉和融合的綜合學(xué)科。

吉林大學(xué)通信工程學(xué)院為創(chuàng)辦機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)，作為師資力量的主要來(lái)源，并提供人力、物力保障，擬投入教師34名，其中教授9名，副教授16名，講師6名，實(shí)驗(yàn)系列工程師3名。這些教師長(zhǎng)年從事機(jī)器人的科學(xué)原理和技術(shù)應(yīng)用方面的教學(xué)科研工作。尤其是由田彥濤教授負(fù)責(zé)的仿生機(jī)器人創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)展了雙足被動(dòng)行走機(jī)器人和動(dòng)態(tài)行走理論與方法研究，先后承擔(dān)了國(guó)家863高技術(shù)計(jì)劃智能機(jī)器人項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，對(duì)于欠驅(qū)動(dòng)被動(dòng)步行機(jī)器人的穩(wěn)定行走內(nèi)在機(jī)理、穩(wěn)定性分析方法、動(dòng)態(tài)行走步態(tài)優(yōu)化與控制等問(wèn)題進(jìn)行深入的研究;與中科院長(zhǎng)春光機(jī)所長(zhǎng)期合作開(kāi)發(fā)了新型非共面多旋翼飛行機(jī)器人，取得了一批關(guān)鍵技術(shù)，在軍用和民用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景?？当呒?jí)工程師帶領(lǐng)學(xué)生近年連續(xù)承辦吉林省高校機(jī)器人競(jìng)賽，學(xué)生在世界機(jī)器人大賽獲一等獎(jiǎng)1項(xiàng)（冠軍1項(xiàng)）;國(guó)際水中機(jī)器人大賽獲一等獎(jiǎng)4項(xiàng)（冠軍3項(xiàng)、季軍1項(xiàng)）、三等獎(jiǎng)2項(xiàng);中國(guó)機(jī)器人大賽獲一等獎(jiǎng)6項(xiàng)（冠軍3項(xiàng)）、二等獎(jiǎng)3項(xiàng)、三等獎(jiǎng)3項(xiàng)。

二、學(xué)科實(shí)力對(duì)機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)的支撐

學(xué)科建設(shè)是知識(shí)傳承創(chuàng)新與學(xué)科優(yōu)勢(shì)積累的過(guò)程，對(duì)專(zhuān)業(yè)建設(shè)與發(fā)展具有基礎(chǔ)性的知識(shí)體系支撐作用[2]。吉林大學(xué)通信工程學(xué)院在機(jī)器人及其相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域具有強(qiáng)大的學(xué)科實(shí)力。

2.1智能機(jī)械與機(jī)器人控制

我們研究智能機(jī)械與機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、仿真及控制問(wèn)題，魯棒控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制及容錯(cuò)控制的方法及應(yīng)用，分布式智能系統(tǒng)分析與優(yōu)化，群體智能體和多機(jī)器人系統(tǒng)建模、規(guī)劃與控制等。在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)展了雙足被動(dòng)行走機(jī)器人和動(dòng)態(tài)行走理論與方法研究，對(duì)于欠驅(qū)動(dòng)被動(dòng)步行機(jī)器人的穩(wěn)定行走內(nèi)在機(jī)理、穩(wěn)定性分析方法、動(dòng)態(tài)行走步態(tài)優(yōu)化與控制等問(wèn)題進(jìn)行深入的研究，與中科院長(zhǎng)春光機(jī)所長(zhǎng)期合作開(kāi)發(fā)了新型非共面多旋翼飛行機(jī)器人，取得了一批關(guān)鍵技術(shù)。

2.2微納機(jī)器人仿生感知與控制

在智能系統(tǒng)與優(yōu)化控制方向和新型感知機(jī)理及傳感技術(shù)方向，我們不斷深入研究，包括對(duì)模式識(shí)別方法及應(yīng)用的研究，生物特征識(shí)別技術(shù)的研究，系統(tǒng)生物學(xué)的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用方法研究，以及仿生系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)感知機(jī)理、模式識(shí)別算法和人機(jī)一體化控制策略，智能汽車(chē)人-車(chē)-環(huán)境信息的智能感知與交互技術(shù)，基于意念控制的腦-機(jī)接口技術(shù)等等。我們研究微型化智能傳感器現(xiàn)代信號(hào)處理及系統(tǒng)建模方法，生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化與綜合控制;創(chuàng)新了新型微納米機(jī)器人建模及其控制理論與方法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等先進(jìn)控制理論及其應(yīng)用技術(shù)，智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過(guò)程。

2.3機(jī)器人感知與交互

我們主要研究方向是信號(hào)感知與處理理論與應(yīng)用、面向多媒體終端的自然人機(jī)智能交互技術(shù)和強(qiáng)電磁環(huán)境下智能系統(tǒng)。在國(guó)內(nèi)率先研究靜電力觸覺(jué)再現(xiàn)技術(shù)，提出視覺(jué)對(duì)象觸覺(jué)再現(xiàn)算法并研制樣機(jī)，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白。在移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)了視覺(jué)對(duì)象的形狀、紋理和柔韌性的虛擬再現(xiàn)。提出三維空間高精度超聲定位算法，在國(guó)際上首創(chuàng)了大范圍三維書(shū)空模式的多通道筆式交互技術(shù)，將筆式交互技術(shù)拓展至虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)了筆式、觸控、手勢(shì)、語(yǔ)音等交互方式在大尺度人機(jī)交互界面的有機(jī)融合。

2.4智能機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)與通信

我們將控制與通信交叉，在認(rèn)知無(wú)線電的頻譜感知和資源分配領(lǐng)域取得突破性成果;率先提出物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系和未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展理念、短距無(wú)線通信理論及相關(guān)技術(shù)，異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)。在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)展了無(wú)線體域網(wǎng)關(guān)鍵理論和應(yīng)用技術(shù)研究，重點(diǎn)研究無(wú)線體域網(wǎng)低功耗、多姿態(tài)下高能效和高可靠性等關(guān)鍵技術(shù)。

2.5機(jī)器人視覺(jué)與信息處理

形成了有自己創(chuàng)新特色的立體元圖像生成和顯示方法與技術(shù)，研制了完整的真三維集成成像立體元圖像生成和顯示系統(tǒng)，在真三維立體視頻生成與顯示理論與技術(shù)研究方面處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

三、機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)構(gòu)想

機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)為適應(yīng)國(guó)家機(jī)器人科技發(fā)展趨勢(shì)，面向機(jī)器人及智能系統(tǒng)，培養(yǎng)適應(yīng)國(guó)際前沿和戰(zhàn)略需求、德才兼?zhèn)?，具有良好的人文社?huì)科學(xué)素養(yǎng)、社會(huì)責(zé)任感和創(chuàng)新意識(shí)，掌握?qǐng)?jiān)實(shí)的機(jī)器人基礎(chǔ)理論和專(zhuān)業(yè)技能，同時(shí)兼具軟件和硬件設(shè)計(jì)能力、智能感知與交互設(shè)計(jì)能力、系統(tǒng)控制理論和自動(dòng)化工程應(yīng)用能力，并在相應(yīng)領(lǐng)域能夠從事機(jī)器人及智能系統(tǒng)的科研、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、管理與控制的綜合型高級(jí)工程技術(shù)人才。

本專(zhuān)業(yè)定位以工科為主，弱電與強(qiáng)電相結(jié)合，軟件與硬件相結(jié)合，系統(tǒng)集成與裝置研發(fā)相結(jié)合，理論研究與工程應(yīng)用相結(jié)合，在自動(dòng)控制、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、機(jī)器人學(xué)、人工智能系統(tǒng)等方面突出特色。注重綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，強(qiáng)化實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)，使人才培養(yǎng)具有專(zhuān)業(yè)口徑寬、知識(shí)面廣、基礎(chǔ)厚實(shí)、動(dòng)手能力強(qiáng)、適應(yīng)性和就業(yè)范圍廣等特點(diǎn)。

本專(zhuān)業(yè)以電路、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電機(jī)及變流技術(shù)、機(jī)器人驅(qū)動(dòng)與運(yùn)動(dòng)控制、自動(dòng)控制理論、現(xiàn)代控制理論、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、微機(jī)原理與接口技術(shù)、信號(hào)分析與處理、機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)、人工智能導(dǎo)論、機(jī)器感知技術(shù)、模式識(shí)別、機(jī)器人學(xué)、機(jī)器視覺(jué)等為核心課程，開(kāi)設(shè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)與運(yùn)動(dòng)控制、人工智能導(dǎo)論、模式識(shí)別、機(jī)器視覺(jué)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、自動(dòng)控制原理、機(jī)器感知技術(shù)、圖像處理（機(jī)器視覺(jué)），電機(jī)及變流技術(shù)等實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生通過(guò)專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)后主要達(dá)到如下五方面的能力。

一是運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)解決機(jī)器人領(lǐng)域研究的復(fù)雜問(wèn)題。

二是應(yīng)用相關(guān)算法和機(jī)器人基本原理和技術(shù)獲得結(jié)論。

三是針對(duì)機(jī)器人領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題的解決方案，設(shè)計(jì)滿(mǎn)足特定需求的產(chǎn)品，兼并社會(huì)、健康、安全、法律、文化等因素。

四是掌握機(jī)器人與智能系統(tǒng)領(lǐng)域的復(fù)雜工程建模、分析、綜合的基本原理和方法，具有綜合運(yùn)用機(jī)器人工程相關(guān)的基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)和技術(shù)手段，對(duì)相關(guān)難點(diǎn)問(wèn)題科研的能力。

五是根據(jù)需求開(kāi)發(fā)出適合的信息技術(shù)工具并進(jìn)行預(yù)測(cè)與模擬。

四、結(jié)束語(yǔ)

牢牢抓住機(jī)器人發(fā)展的重大歷史機(jī)遇，通過(guò)壯大機(jī)器人產(chǎn)業(yè)、培養(yǎng)機(jī)器人經(jīng)濟(jì)，可以為我國(guó)未來(lái)十幾年乃至幾十年經(jīng)濟(jì)繁榮創(chuàng)造一個(gè)新的增長(zhǎng)周期，帶動(dòng)國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力整體躍升和跨越式發(fā)展[3]。

目前，機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用已經(jīng)成為制造、物流、醫(yī)療、交通等行業(yè)創(chuàng)新的重要生長(zhǎng)點(diǎn)，其廣泛的應(yīng)用前景日趨明顯，如工業(yè)機(jī)器人、物流機(jī)器人、手術(shù)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人等，對(duì)人類(lèi)生活的方方面面產(chǎn)生了重要的影響。

吉林大學(xué)及其通信工程學(xué)院擁有高水平的師資隊(duì)伍、堅(jiān)實(shí)的硬件支撐平臺(tái)、豐碩的科研教學(xué)成果，在保持人才培養(yǎng)和科學(xué)研究等方面自身特色和區(qū)域優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)上，以國(guó)家戰(zhàn)略與市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，以吉林大學(xué)控制科學(xué)與工程、信息與通信工程及相關(guān)優(yōu)勢(shì)學(xué)科和科研技術(shù)為依托，具備創(chuàng)辦機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)的師資和學(xué)科背景，創(chuàng)辦這個(gè)專(zhuān)業(yè)，將對(duì)學(xué)校人才培養(yǎng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1] 張憲民.機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017.

[2] 鐘秉林，方芳.一流本科教育是“雙一流”建設(shè)的重要內(nèi)涵[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2016，（4）.

[3] 趙杰.我國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)[J].航空制造技術(shù)，2012，（12）.