吉林大學創辦機器人工程專業的師資和學科背景分析

李東琦

【摘要】? ? 吉林大學支持其通信工程學院創辦機器人工程專業，進行本科生培養。吉林大學通信工程學院較早進行了機器人工程方面的教學科研工作，擁有開辦本專業的師資儲備。吉林大學通信工程學院在智能機械與機器人控制、機器人感知、控制、通信、信息處理等方面的學科實力是本專業建設的基礎，學院通過制定全面的培養計劃，可以為國家培育機器人領域優質的科研與工程技術人員。

【關鍵詞】? ? 機器人工程? ? 吉林大學? ? 專業? ? 師資? ? 學科

引言：

機器人給人類帶來的影響，將遠遠超過計算機和互聯網在過去幾十年已經對世界造成的影響[1]。機器人工程是一個集自然科學和工程實踐交叉和融合的新興專業，是控制科學與工程、信息與通信工程、儀器科學與技術、生物醫學、計算機科學與技術等學科支撐下的新興科學技術。

2016年4月，國務院頒布《國家機器人產業發展規劃》：到2030年中國要成為世界主要機器人工程的創新中心。規劃指出，未來世界機器人不僅作為關鍵裝備以支撐整個先進制造業，更是改善人類生活質量的重要工具。同時，工業機器人和服務機器人也是衡量國家創造力、科技能力的重要標志。

為了開拓中國制造的新優勢，我國目前大力研發機器人領域，以此推動科技的轉型升級，加快制造強國建設，造福全國人民。世界各國也將機器人作為科技領域創新的主要陣地，力圖在新一輪國際競爭中掌握主導權。我們也必須以機器人技術提升國防實力，保障和維護國家安全，搶占先機，協同發力，牢牢抓住機器人發展的重大歷史機遇，通過壯大機器人產業、培育機器人經濟，帶動國家競爭力整體躍升和跨越式發展。

筆者所在的吉林大學是目前國內高校中學科門類最全、學生規模最大、辦學體系完整、綜合實力較強的高等學府。合校二十一年以來，學校人才培養工作取得了令人矚目的成績，為國家培養了大批優秀的高素質人才，成為國家高層次人才培養的重要基地。目前，學校正處于“雙一流”建設的攻堅期，機器人技術作為區域智能制造和產業升級的重要載體，需要持續不斷的專業人才支撐和有力的學科支撐、技術支撐。

吉林大學通信工程學院由控制科學與工程、信息與通信工程兩大一級學科所組成，經過多年的發展，在機器人工程領域的師資儲備和教學科研等方面具有自身的特色和優勢，在學校的支持下，積極創辦了機器人工程專業。學院以控制科學與工程和信息與通信工程為基礎拓展到機器人和信息處理，在智能機器人控制、仿生機器人設計、智能控制及系統仿真、生物信息感知與人機交互、智能系統建模、優化與控制等方面具有先天的有利條件，完全可以以現有條件創辦機器人工程專業。

一、師資力量對機器人工程專業的支撐

機器人工程專業將自動化、電子、通信、傳感器、計算機軟硬件、人工智能、智能系統集成等眾多先進技術有機融合，是現代檢測技術、電子技術、通信技術、計算機技術和自動化技術等學科相互交叉和融合的綜合學科。

吉林大學通信工程學院為創辦機器人工程專業，作為師資力量的主要來源，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，實驗系列工程師3名。這些教師長年從事機器人的科學原理和技術應用方面的教學科研工作。尤其是由田彥濤教授負責的仿生機器人創新團隊，在國內率先開展了雙足被動行走機器人和動態行走理論與方法研究，先后承擔了國家863高技術計劃智能機器人項目和國家自然科學基金項目，對于欠驅動被動步行機器人的穩定行走內在機理、穩定性分析方法、動態行走步態優化與控制等問題進行深入的研究;與中科院長春光機所長期合作開發了新型非共面多旋翼飛行機器人，取得了一批關鍵技術，在軍用和民用領域具有廣闊的應用前景。康冰高級工程師帶領學生近年連續承辦吉林省高校機器人競賽，學生在世界機器人大賽獲一等獎1項（冠軍1項）;國際水中機器人大賽獲一等獎4項（冠軍3項、季軍1項）、三等獎2項;中國機器人大賽獲一等獎6項（冠軍3項）、二等獎3項、三等獎3項。

二、學科實力對機器人工程專業的支撐

學科建設是知識傳承創新與學科優勢積累的過程，對專業建設與發展具有基礎性的知識體系支撐作用[2]。吉林大學通信工程學院在機器人及其相關學科領域具有強大的學科實力。

2.1智能機械與機器人控制

我們研究智能機械與機器人系統的運動學、動力學、仿真及控制問題，魯棒控制、模糊控制、神經網絡控制及容錯控制的方法及應用，分布式智能系統分析與優化，群體智能體和多機器人系統建模、規劃與控制等。在國內率先開展了雙足被動行走機器人和動態行走理論與方法研究，對于欠驅動被動步行機器人的穩定行走內在機理、穩定性分析方法、動態行走步態優化與控制等問題進行深入的研究，與中科院長春光機所長期合作開發了新型非共面多旋翼飛行機器人，取得了一批關鍵技術。

2.2微納機器人仿生感知與控制

在智能系統與優化控制方向和新型感知機理及傳感技術方向，我們不斷深入研究，包括對模式識別方法及應用的研究，生物特征識別技術的研究，系統生物學的關鍵技術和應用方法研究，以及仿生系統的運動感知機理、模式識別算法和人機一體化控制策略，智能汽車人-車-環境信息的智能感知與交互技術，基于意念控制的腦-機接口技術等等。我們研究微型化智能傳感器現代信號處理及系統建模方法，生產過程優化與綜合控制;創新了新型微納米機器人建模及其控制理論與方法，神經網絡、模糊控制等先進控制理論及其應用技術，智能化生產系統及過程。

2.3機器人感知與交互

我們主要研究方向是信號感知與處理理論與應用、面向多媒體終端的自然人機智能交互技術和強電磁環境下智能系統。在國內率先研究靜電力觸覺再現技術，提出視覺對象觸覺再現算法并研制樣機，填補國內空白。在移動終端實現了視覺對象的形狀、紋理和柔韌性的虛擬再現。提出三維空間高精度超聲定位算法，在國際上首創了大范圍三維書空模式的多通道筆式交互技術，將筆式交互技術拓展至虛擬現實環境下，實現了筆式、觸控、手勢、語音等交互方式在大尺度人機交互界面的有機融合。

2.4智能機器人網絡與通信

我們將控制與通信交叉，在認知無線電的頻譜感知和資源分配領域取得突破性成果;率先提出物聯網體系架構、網絡協議體系和未來物聯網發展理念、短距無線通信理論及相關技術，異構無線網絡融合技術。在國內率先開展了無線體域網關鍵理論和應用技術研究，重點研究無線體域網低功耗、多姿態下高能效和高可靠性等關鍵技術。

2.5機器人視覺與信息處理

形成了有自己創新特色的立體元圖像生成和顯示方法與技術，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，在真三維立體視頻生成與顯示理論與技術研究方面處于國內領先水平。

三、機器人工程專業人才培養構想

機器人工程專業人才培養目標為適應國家機器人科技發展趨勢，面向機器人及智能系統，培養適應國際前沿和戰略需求、德才兼備，具有良好的人文社會科學素養、社會責任感和創新意識，掌握堅實的機器人基礎理論和專業技能，同時兼具軟件和硬件設計能力、智能感知與交互設計能力、系統控制理論和自動化工程應用能力，并在相應領域能夠從事機器人及智能系統的科研、設計、開發、管理與控制的綜合型高級工程技術人才。

本專業定位以工科為主，弱電與強電相結合，軟件與硬件相結合，系統集成與裝置研發相結合，理論研究與工程應用相結合，在自動控制、電機驅動、機器人學、人工智能系統等方面突出特色。注重綜合素質和創新能力的培養，強化實踐能力和創新意識的培養，使人才培養具有專業口徑寬、知識面廣、基礎厚實、動手能力強、適應性和就業范圍廣等特點。

本專業以電路、模擬電子技術、數字電子技術、電機及變流技術、機器人驅動與運動控制、自動控制理論、現代控制理論、計算機控制系統、微機原理與接口技術、信號分析與處理、機器人機械設計、人工智能導論、機器感知技術、模式識別、機器人學、機器視覺等為核心課程，開設機器人驅動與運動控制、人工智能導論、模式識別、機器視覺、計算機控制系統、自動控制原理、機器感知技術、圖像處理（機器視覺），電機及變流技術等實驗，使學生通過專業學習后主要達到如下五方面的能力。

一是運用專業知識解決機器人領域研究的復雜問題。

二是應用相關算法和機器人基本原理和技術獲得結論。

三是針對機器人領域復雜工程問題的解決方案，設計滿足特定需求的產品，兼并社會、健康、安全、法律、文化等因素。

四是掌握機器人與智能系統領域的復雜工程建模、分析、綜合的基本原理和方法，具有綜合運用機器人工程相關的基礎理論、基本知識和技術手段，對相關難點問題科研的能力。

五是根據需求開發出適合的信息技術工具并進行預測與模擬。

四、結束語

牢牢抓住機器人發展的重大歷史機遇，通過壯大機器人產業、培養機器人經濟，可以為我國未來十幾年乃至幾十年經濟繁榮創造一個新的增長周期，帶動國家競爭力整體躍升和跨越式發展[3]。

目前，機器人技術及其應用已經成為制造、物流、醫療、交通等行業創新的重要生長點，其廣泛的應用前景日趨明顯，如工業機器人、物流機器人、手術機器人、服務機器人等，對人類生活的方方面面產生了重要的影響。

吉林大學及其通信工程學院擁有高水平的師資隊伍、堅實的硬件支撐平臺、豐碩的科研教學成果，在保持人才培養和科學研究等方面自身特色和區域優勢基礎上，以國家戰略與市場需求為導向，以吉林大學控制科學與工程、信息與通信工程及相關優勢學科和科研技術為依托，具備創辦機器人工程專業的師資和學科背景，創辦這個專業，將對學校人才培養產生深遠的影響。

參? 考? 文? 獻

[1] 張憲民.機器人技術及其應用[M].北京：機械工業出版社，2017.

[2] 鐘秉林，方芳.一流本科教育是“雙一流”建設的重要內涵[J].中國大學教學，2016，（4）.

[3] 趙杰.我國工業機器人發展現狀及面臨的挑戰[J].航空制造技術，2012，（12）.