探索之路
——他和他的智能機器人——記俄羅斯工程院外籍院士、汕頭市機器人與智能制造研究院執行院長范衠

《祖國》/王國勇 文/安迪

每個人都有擁抱夢想的權力，卻不是每個人都有擁抱夢想的勇氣。在智能機器人領域，就有這樣一位有夢想有勇氣的探索者，他在自動化軟件平臺、機器人設計輔助軟件、圖像處理、智能算法研究等領域，均取得了突破性成果，尤其是在智能機器人系統設計自動化、智能機器人系統開發、無人集群研究領域，更是成績斐然，他就是廣東省汕頭市機器人與智能制造研究院執行院長——范衠教授。

時代在變，科技也在變。智能機器人變得越來越重要，越來越多的領域都需要智能機器人的參與，于是，走在探索前沿的范衠，更深刻地感受到了責任和使命的力量。所以，多年來，他，兢兢業業，披荊斬棘，在智能機器人領域，創下了一片創新的天地。

智能機器人系統設計自動化

在科研的世界里，范衠永遠不缺深耕探索的勇氣。他的背后是榮譽，他不僅收獲了國家級高層次人才、廣東省“揚帆計劃”緊缺急需人才、汕頭市科技創新領軍人才等榮譽，還入選2021、2022 年度美國斯坦福大學全球前2%頂尖科學家榜單；不僅主持了包括國家自然科學基金面上項目和中央軍委科技委基礎研究項目在內的國家和省部級科研項目30 項，還獲授權專利88 項，出版中文專著和英文專著各1 部；與此同時，他還榮獲中國圖像圖形學學會科技進步獎、中國自動化學會科普獎、俄羅斯工程院工程勇士勛章、中國產學研合作創新獎、中國商業聯合會科學技術獎等多個獎項。

然而，一切榮譽的背后，都是付出。他從2000 年開始，就從事機電系統的設計自動化研究，經過二十余年的深耕探索，終于有了自己的成果。

他，提出結合基因編程和鍵合圖的方法實現了機電系統的自動設計。該方法的優勢在于借助鍵合圖強大的表示能力，實現把系統在多領域的能量流動關系統一用鍵合圖表征，再結合基因編程算法，實現鍵合圖的進化優化；提出用鍵合圖表示連續控制器，并用基因編程協同進化出機電系統控制器和被控對象。該方法的優勢在于采用基因編程和鍵合圖的方法，實現了機電系統控制器和被控對象同時進化設計；提出一種差分進化算法，并成功地應用于微機電系統的自動魯棒設計；提出用模型預測控制表示離散邏輯控制器，混合鍵合圖表示混合被控對象，并用基因編程協同進化出混合機電系統控制器和被控對象。該工作把相關的方法擴展應用到了離散控制器自動化設計上。

每一次突破，都促進了智能機器人系統設計自動化的發展與應用。而這僅僅是他從事智能研究的一個領域或是一個方面。

智能機器人系統開發

智能機器人系統是人工智能與機器人技術的結合。有了它，智能機器人才能像人一樣去工作。范衠就是這項研究的踐行者。已在多個應用領域取得了成果。

安全是人類最基本的需求，但有些工作雖然危險，但也需要人類去做，如果有一款智能機器人，可以替代人類完成危險工作，那么，它的出現，將是極具意義的。現在這款機器人出現了。

范衠與華能汕頭海門電廠有限公司開發的在線管道修復智能機器人。就具備這樣的功能。這款機器人是國內外第一臺用于熱力管道在線修復的帶壓堵漏智能機器人，可以使生產系統在不需要停機時便可以實現系統修復；同時代替人進入有高溫高壓泄漏物噴出的環境，保障維修人員的安全。

機器人在醫學領域的應用，已經成為機器人系統開發的重要組成。作為全國首款為全髖關節置換手術提供一種高精度三維手術導航與機器人控制技術的智能機器人。剛剛面世，便引發了關注。這款機器人就是范衠與汕頭大學第一附屬醫院共同合作研究開發全髖關節置換手術機器人。

它是一種集成智能診斷、校準規劃、測量導航的多功能全髖關節置換手術機器人系統，達到提高人工全髖關節置換術手術質量，提升手術精度，降低手術難度的目的。項目所涉及的關鍵技術均申請了專利保護。

類似的系統開發還有很多，如，與汕頭市萬格文教科技實業有限公司合作開發的《卡片式編程機器人》和《EST 可視化編程機器人》兩款教育類編程機器人；與汕頭輕工裝備研究院合作開發的智能科教機器人等項目均已投入使用。

無人機集群研究

在無人機眾多技術中，無人機集群技術備受關注。如何在噪聲的影響、通信的不確定性、強電磁干擾以及個體自身行為的不確定性等復雜環境中，進行穩定的集群控制；如何在未知環境和無通信條件時，實現自主工作，成為無人機集群研究的重點所在。

于是，范衠課題組就此提出了一種通信拒止環境下僅基于視覺信息的無人機集群控制方法。主要創新點為無人機集群不需要通信，可以僅僅依靠視覺（沒有GPS信號或位置信息）進行集群智能環境感知，進而實現目標的搜索、穩定跟蹤和無死角合圍，還可以模擬在通信拒止環境中無人機之間通信收到干擾的威脅后，僅僅依靠視覺進行目標搜索和穩定跟蹤。項目的成果可以應用于眾多民用領域，如城市反恐、目標搜救、災后搜救等。

在任務的多樣性和實際環境的多變性的情況下，群體形態需要在不同的任務和動態的環境中進行轉換。如何實現？范衠課題針對此問題，提出一種用于群體形態自動生成的設計自動化框架，實現了群體形態動態地自適應轉換。

本項目可以有效突破諸如多無人平臺協同信息處理、無人集群組織協同、多無人平臺協同目標跟蹤、集群目標打擊等無人集群任務場景下的關鍵技術。

算法是智能化實現的“心臟?！币虼?，范衠開展了帶約束條件的多目標進化算法方面研究，而這項研究也是其實驗室工作的一個特色，目前在國際學術界處于領先的地位。成果已很好地應用于機器人系統的設計優化，并結合實驗室開發的《機器人系統設計自動化》軟件，在六自由度機械臂及平衡示教機械臂的開發方面已經獲得了具體的應用，其中，平衡示教機械臂已作為開發的產品銷售到企業進行應用。

所有與智能機器人相關的領域，都是范衠的研究領域。比如，在圖像處理方面，他與汕頭市俊國機電科技有限公司合作開發了鋼坯字符識別系統和鋼筋端面識別系統；與廣東航宇衛星科技有限公司合作開發了煙草植株自動檢測系統；自主研發一套融合圖像處理方法和深度學習算法對道路裂縫進行自動檢測的系統；開發一套眼科疾病輔助診斷系統。

智能機器人的未來，無限廣闊。所以，范衠將繼續書寫他和他的機器人故事，于漫漫科研路他表示團隊和家人長期大力支持是取得成功的保障。而我們，也將繼續期待后續的精彩......