[浙江日報(bào)]中國計(jì)量大學(xué)老師柯海森——為無人機(jī)安一個(gè)智能的“家”

近日，在海寧市長安鎮(zhèn)，一個(gè)白色大鐵盒打開蓋子，一架“電量告急”的無人機(jī)完成電力線路安全巡檢后，緩緩降落在鐵盒的“停機(jī)坪”中。隨后，鐵盒的蓋子合上，無人機(jī)開始充電。半個(gè)小時(shí)后，無人機(jī)“滿電復(fù)活”。

這是一場對無人機(jī)智能充電機(jī)巢的性能測試，表現(xiàn)優(yōu)異的白色鐵盒就是機(jī)巢，可為無人機(jī)提供自動(dòng)充電服務(wù)。研發(fā)這款機(jī)巢，為無人機(jī)“安家”的，是中國計(jì)量大學(xué)副教授、智能裝備研究所所長，海寧量益智能裝備有限公司創(chuàng)始人柯海森帶領(lǐng)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。

從小有一個(gè)“機(jī)械夢”

下午2時(shí)，烈日當(dāng)空，走進(jìn)位于海寧市長安鎮(zhèn)的海寧量益智能裝備有限公司，清脆的金屬碰撞聲不絕于耳，空氣中彌漫著淡淡的機(jī)油味。

在600平方米的研制車間里，柯海森和幾個(gè)工作人員正在埋頭組裝、調(diào)試一個(gè)體積近13立方米的無人機(jī)機(jī)巢。

“這是一臺用于物流的無人機(jī)機(jī)巢，我們已小批量交付。”今年47歲的柯海森中等個(gè)頭，鼻梁上架著一副簡約的黑框眼鏡，一頭短發(fā)修剪得整整齊齊，顯得很干練。

與許多人印象中的大學(xué)老師形象有所不同，打小就癡迷于機(jī)械世界的柯海森，由于常年與機(jī)器打交道，手掌上布滿了油漬和老繭。

“我喜歡研究機(jī)械手、機(jī)器人等精密的機(jī)械設(shè)備。”柯海森說，在學(xué)生時(shí)代，他就做過不少自動(dòng)化的機(jī)械設(shè)備。博士畢業(yè)后，他入職中國計(jì)量大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，延續(xù)自己的“機(jī)械夢”。在大學(xué)教書的日子里，柯海森帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)潛心研究先進(jìn)的機(jī)械手等自動(dòng)化設(shè)備，常指導(dǎo)學(xué)生參加各類創(chuàng)新大賽。

他研發(fā)的一款機(jī)械裝置，可4只機(jī)械手同時(shí)工作，還擁有靈活輕巧可抓“萬物”的夾爪……截至目前，在自動(dòng)化、智能化的研發(fā)和應(yīng)用方面，他與大學(xué)同事合作取得了國家級發(fā)明專利25項(xiàng)，實(shí)用新型專利94項(xiàng)，以及授權(quán)知識產(chǎn)權(quán)119項(xiàng)。

除了科研，柯海森還關(guān)注市場動(dòng)態(tài)，以及注重科研成果的轉(zhuǎn)化。“我常常想，象牙塔里研究的技術(shù)，是不是市場需要的。”

讓機(jī)械手精密運(yùn)轉(zhuǎn)

2019年，在一場高校產(chǎn)學(xué)研對接會(huì)上，柯海森向在場企業(yè)介紹可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝瓶、上蓋以及裝箱的全自動(dòng)包裝生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線已申請5項(xiàng)國家發(fā)明專利和4項(xiàng)國家實(shí)用新型專利。

一家提供無人機(jī)巡檢服務(wù)的企業(yè)對此十分感興趣。這家企業(yè)向柯海森表達(dá)了合作意愿——他們正好遇到了無人機(jī)機(jī)巢智能換電的難題，希望柯海森能通過自動(dòng)化技術(shù)幫助他們破解無人機(jī)續(xù)航難題。但他們時(shí)間緊，要求9個(gè)月內(nèi)出技術(shù)成果。

當(dāng)時(shí)，無人機(jī)剛興起不久，無人機(jī)機(jī)巢，柯海森也是頭一次接觸。

這是挑戰(zhàn)，也是機(jī)遇，柯海森與企業(yè)簽訂了無人機(jī)智能換電產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目合作協(xié)議。他特地買了一臺無人機(jī)放在辦公室，一連好幾天，都重復(fù)同一個(gè)動(dòng)作——把電池拆下來又裝上去。

突然有一天，他在拆裝時(shí)靈感乍現(xiàn)。“既然工業(yè)生產(chǎn)中可以使用機(jī)械手代替人工，那在機(jī)巢里安裝機(jī)械手，是不是也可以達(dá)到同樣的效果？”

方向有了，柯海森組建了一支研究團(tuán)隊(duì)，帶著團(tuán)隊(duì)開始忙碌起來。他惡補(bǔ)無人機(jī)機(jī)巢的原理結(jié)構(gòu)等相關(guān)知識，開展大量的理論分析和仿真分析，再進(jìn)行工藝制作，第一臺樣機(jī)出來了。

但效果不理想。由于機(jī)械手體型太大，無法靈活地抓取無人機(jī)的電池盒。一番操作下來，這個(gè)“大家伙”不僅動(dòng)作遲鈍、粗暴，還損壞了無人機(jī)。

“機(jī)械手最難攻克的就是精度。尤其是在狹窄的機(jī)巢內(nèi)，機(jī)械手必須極度靈活，才能完成換電池的操作。”柯海森說，機(jī)械手的內(nèi)部有各種傳感器和控制元件，猶如人的“感知神經(jīng)”，控制機(jī)械手按照指令做出各項(xiàng)動(dòng)作。“這些都是行業(yè)核心機(jī)密，我們只能自己琢磨、通過不斷試錯(cuò)蹚出一條路。”

每出現(xiàn)一個(gè)問題，團(tuán)隊(duì)成員就要從頭開始分析，找到失敗的原因，再進(jìn)行檢測，直到解決問題。

“柯老師一直鼓勵(lì)我們，創(chuàng)新不輕松，是一個(gè)不斷失敗、摸索前行的過程，不能因?yàn)槭【椭共讲磺啊！比缃裱芯可厴I(yè)兩年的電控設(shè)計(jì)師程紫良，當(dāng)時(shí)主要負(fù)責(zé)機(jī)械手的精度提升，每一次失敗后，柯海森都會(huì)耐心地開導(dǎo)他們，帶頭加班解難題。

歷時(shí)6個(gè)多月，無人機(jī)機(jī)巢終于研發(fā)完成，機(jī)巢中的機(jī)械手帶有高自由度關(guān)節(jié)，不僅可以輕松地旋轉(zhuǎn)成各種姿態(tài)，在3分鐘內(nèi)給無人機(jī)換完電池。

這一次成功，極大地增強(qiáng)了柯海森團(tuán)隊(duì)的信心，也讓柯海森萌生了創(chuàng)業(yè)的念頭。距離學(xué)校近、相關(guān)配套條件較好的海寧市長安鎮(zhèn)，成為了他創(chuàng)業(yè)的首選地。2021年，海寧量益智能裝備有限公司成立，無人機(jī)智能機(jī)巢及其調(diào)度系統(tǒng)是企業(yè)的主攻方向。

鏈接更廣闊的應(yīng)用場景

事實(shí)證明，柯海森選對了賽道。

作為全球競逐的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，低空經(jīng)濟(jì)迎來了蓬勃發(fā)展勢頭。在物流、農(nóng)業(yè)、救援和公共安全等領(lǐng)域，無人機(jī)發(fā)揮著越來越重要的作用。一個(gè)安全、便捷的“家”——無人機(jī)機(jī)巢，就顯得尤為重要。

2022年，企業(yè)接到了第一個(gè)大訂單——定制3層無人機(jī)巡檢機(jī)巢。客戶要求，一個(gè)機(jī)巢能停3架無人機(jī)，并實(shí)現(xiàn)智能充電。

田俊是柯海森的學(xué)生，負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的機(jī)械設(shè)計(jì)部分。為了取得客戶信任，他熬了3個(gè)通宵，將客戶的想法，轉(zhuǎn)換為“多機(jī)一巢”的設(shè)計(jì)方案。為了讓客戶生動(dòng)直觀地了解項(xiàng)目，他還將平面設(shè)計(jì)圖紙做成三維立體動(dòng)畫。正是這樣貼心的服務(wù)，讓客戶最終放心地將單子交給柯海森團(tuán)隊(duì)。

讓多臺無人機(jī)同時(shí)停靠一個(gè)機(jī)巢，做起來比想象中要難。“不是簡單地將機(jī)巢做大就行，所有的硬件和軟件系統(tǒng)都得重新做一遍。”柯海森回憶，那段時(shí)間，團(tuán)隊(duì)成員大部分時(shí)間都“泡”在辦公室里。

如今，柯海森的時(shí)間安排得滿滿當(dāng)當(dāng)，除了教學(xué)、科研，還有公司運(yùn)營的問題需要處理。在創(chuàng)業(yè)中，他把專業(yè)理論知識轉(zhuǎn)化為市場認(rèn)可的產(chǎn)品；在教學(xué)中，他又把實(shí)操經(jīng)驗(yàn)提煉、轉(zhuǎn)化成知識點(diǎn)傳授給學(xué)生。對柯海森來說，教學(xué)與創(chuàng)業(yè)相輔相成。

這兩年，柯海森帶著以6名博士為主要力量的無人機(jī)機(jī)巢研發(fā)團(tuán)隊(duì)，攻克了一個(gè)個(gè)難題。無人機(jī)難以精準(zhǔn)停在指定位置，導(dǎo)致充電接口對不準(zhǔn)，這一度是行業(yè)內(nèi)普遍存在的問題。為此，團(tuán)隊(duì)發(fā)明了無人機(jī)定位裝置，利用夾持裝置將無人機(jī)快速定位至準(zhǔn)確位置，從而實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)精準(zhǔn)充電。團(tuán)隊(duì)也靠此技術(shù)獲得了國家發(fā)明專利——一種無人機(jī)定位充電設(shè)備。目前，團(tuán)隊(duì)已在無人機(jī)智能機(jī)巢方面取得5項(xiàng)國家實(shí)用新型發(fā)明專利。

“我們正在自主研發(fā)一款小型機(jī)巢。”柯海森介紹，這款機(jī)巢更加靈活，可以安放在商場、民房樓頂，甚至可以放在汽車后備廂、電線桿上。柯海森滿懷期待：未來城市的低空領(lǐng)域，無人機(jī)大有可為。可以為千家萬戶運(yùn)送商品、為城市治理巡航監(jiān)管……而背后，有他們參與為無人機(jī)保障續(xù)航。

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