吉林大学创办机器人工程专业的师资和学科背景分析

李东琦

【摘要】    吉林大学支持其通信工程学院创办机器人工程专业，进行本科生培养。吉林大学通信工程学院较早进行了机器人工程方面的教学科研工作，拥有开办本专业的师资储备。吉林大学通信工程学院在智能机械与机器人控制、机器人感知、控制、通信、信息处理等方面的学科实力是本专业建设的基础，学院通过制定全面的培养计划，可以为国家培育机器人领域优质的科研与工程技术人员。

【关键词】    机器人工程    吉林大学    专业    师资    学科

引言：

机器人给人类带来的影响，将远远超过计算机和互联网在过去几十年已经对世界造成的影响[1]。机器人工程是一个集自然科学和工程实践交叉和融合的新兴专业，是控制科学与工程、信息与通信工程、仪器科学与技术、生物医学、计算机科学与技术等学科支撑下的新兴科学技术。

2016年4月，国务院颁布《国家机器人产业发展规划》：到2030年中国要成为世界主要机器人工程的创新中心。规划指出，未来世界机器人不仅作为关键装备以支撑整个先进制造业，更是改善人类生活质量的重要工具。同时，工业机器人和服务机器人也是衡量国家创造力、科技能力的重要标志。

为了开拓中国制造的新优势，我国目前大力研发机器人领域，以此推动科技的转型升级，加快制造强国建设，造福全国人民。世界各国也将机器人作为科技领域创新的主要阵地，力图在新一轮国际竞争中掌握主导权。我们也必须以机器人技术提升国防实力，保障和维护国家安全，抢占先机，协同发力，牢牢抓住机器人发展的重大历史机遇，通过壮大机器人产业、培育机器人经济，带动国家竞争力整体跃升和跨越式发展。

笔者所在的吉林大学是目前国内高校中学科门类最全、学生规模最大、办学体系完整、综合实力较强的高等学府。合校二十一年以来，学校人才培养工作取得了令人瞩目的成绩，为国家培养了大批优秀的高素质人才，成为国家高层次人才培养的重要基地。目前，学校正处于“双一流”建设的攻坚期，机器人技术作为区域智能制造和产业升级的重要载体，需要持续不断的专业人才支撑和有力的学科支撑、技术支撑。

吉林大学通信工程学院由控制科学与工程、信息与通信工程两大一级学科所组成，经过多年的发展，在机器人工程领域的师资储备和教学科研等方面具有自身的特色和优势，在学校的支持下，积极创办了机器人工程专业。学院以控制科学与工程和信息与通信工程为基础拓展到机器人和信息处理，在智能机器人控制、仿生机器人设计、智能控制及系统仿真、生物信息感知与人机交互、智能系统建模、优化与控制等方面具有先天的有利条件，完全可以以现有条件创办机器人工程专业。

一、师资力量对机器人工程专业的支撑

机器人工程专业将自动化、电子、通信、传感器、计算机软硬件、人工智能、智能系统集成等众多先进技术有机融合，是现代检测技术、电子技术、通信技术、计算机技术和自动化技术等学科相互交叉和融合的综合学科。

吉林大学通信工程学院为创办机器人工程专业，作为师资力量的主要来源，并提供人力、物力保障，拟投入教师34名，其中教授9名，副教授16名，講师6名，实验系列工程师3名。这些教师长年从事机器人的科学原理和技术应用方面的教学科研工作。尤其是由田彦涛教授负责的仿生机器人创新团队，在国内率先开展了双足被动行走机器人和动态行走理论与方法研究，先后承担了国家863高技术计划智能机器人项目和国家自然科学基金项目，对于欠驱动被动步行机器人的稳定行走内在机理、稳定性分析方法、动态行走步态优化与控制等问题进行深入的研究;与中科院长春光机所长期合作开发了新型非共面多旋翼飞行机器人，取得了一批关键技术，在军用和民用领域具有广阔的应用前景。康冰高级工程师带领学生近年连续承办吉林省高校机器人竞赛，学生在世界机器人大赛获一等奖1项（冠军1项）;国际水中机器人大赛获一等奖4项（冠军3项、季军1项）、三等奖2项;中国机器人大赛获一等奖6项（冠军3项）、二等奖3项、三等奖3项。

二、学科实力对机器人工程专业的支撑

学科建设是知识传承创新与学科优势积累的过程，对专业建设与发展具有基础性的知识体系支撑作用[2]。吉林大学通信工程学院在机器人及其相关学科领域具有强大的学科实力。

2.1智能机械与机器人控制

我们研究智能机械与机器人系统的运动学、动力学、仿真及控制问题，鲁棒控制、模糊控制、神经网络控制及容错控制的方法及应用，分布式智能系统分析与优化，群体智能体和多机器人系统建模、规划与控制等。在国内率先开展了双足被动行走机器人和动态行走理论与方法研究，对于欠驱动被动步行机器人的稳定行走内在机理、稳定性分析方法、动态行走步态优化与控制等问题进行深入的研究，与中科院长春光机所长期合作开发了新型非共面多旋翼飞行机器人，取得了一批关键技术。

2.2微纳机器人仿生感知与控制

在智能系统与优化控制方向和新型感知机理及传感技术方向，我们不断深入研究，包括对模式识别方法及应用的研究，生物特征识别技术的研究，系统生物学的关键技术和应用方法研究，以及仿生系统的运动感知机理、模式识别算法和人机一体化控制策略，智能汽车人-车-环境信息的智能感知与交互技术，基于意念控制的脑-机接口技术等等。我们研究微型化智能传感器现代信号处理及系统建模方法，生产过程优化与综合控制;创新了新型微纳米机器人建模及其控制理论与方法，神经网络、模糊控制等先进控制理论及其应用技术，智能化生产系统及过程。

2.3机器人感知与交互

我们主要研究方向是信号感知与处理理论与应用、面向多媒体终端的自然人机智能交互技术和强电磁环境下智能系统。在国内率先研究静电力触觉再现技术，提出视觉对象触觉再现算法并研制样机，填补国内空白。在移动终端实现了视觉对象的形状、纹理和柔韧性的虚拟再现。提出三维空间高精度超声定位算法，在国际上首创了大范围三维书空模式的多通道笔式交互技术，将笔式交互技术拓展至虚拟现实环境下，实现了笔式、触控、手势、语音等交互方式在大尺度人机交互界面的有机融合。

2.4智能机器人网络与通信

我们将控制与通信交叉，在认知无线电的频谱感知和资源分配领域取得突破性成果;率先提出物联网体系架构、网络协议体系和未来物联网发展理念、短距无线通信理论及相关技术，异构无线网络融合技术。在国内率先开展了无线体域网关键理论和应用技术研究，重点研究无线体域网低功耗、多姿态下高能效和高可靠性等关键技术。

2.5机器人视觉与信息处理

形成了有自己创新特色的立体元图像生成和显示方法与技术，研制了完整的真三维集成成像立体元图像生成和显示系统，在真三维立体视频生成与显示理论与技术研究方面处于国内领先水平。

三、机器人工程专业人才培养构想

机器人工程专业人才培养目标为适应国家机器人科技发展趋势，面向机器人及智能系统，培养适应国际前沿和战略需求、德才兼备，具有良好的人文社会科学素养、社会责任感和创新意识，掌握坚实的机器人基础理论和专业技能，同时兼具软件和硬件设计能力、智能感知与交互设计能力、系统控制理论和自动化工程应用能力，并在相应领域能够从事机器人及智能系统的科研、设计、开发、管理与控制的综合型高级工程技术人才。

本专业定位以工科为主，弱电与强电相结合，软件与硬件相结合，系统集成与装置研发相结合，理论研究与工程应用相结合，在自动控制、电机驱动、机器人学、人工智能系统等方面突出特色。注重综合素质和创新能力的培养，强化实践能力和创新意识的培养，使人才培养具有专业口径宽、知识面广、基础厚实、动手能力强、适应性和就业范围广等特点。

本专业以电路、模拟电子技术、数字电子技术、电机及变流技术、机器人驱动与运动控制、自动控制理论、现代控制理论、计算机控制系统、微机原理与接口技术、信号分析与处理、机器人机械设计、人工智能导论、机器感知技术、模式识别、机器人学、机器视觉等为核心课程，开设机器人驱动与运动控制、人工智能导论、模式识别、机器视觉、计算机控制系统、自动控制原理、机器感知技术、图像处理（机器视觉），电机及变流技术等实验，使学生通过专业学习后主要达到如下五方面的能力。

一是運用专业知识解决机器人领域研究的复杂问题。

二是应用相关算法和机器人基本原理和技术获得结论。

三是针对机器人领域复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的产品，兼并社会、健康、安全、法律、文化等因素。

四是掌握机器人与智能系统领域的复杂工程建模、分析、综合的基本原理和方法，具有综合运用机器人工程相关的基础理论、基本知识和技术手段，对相关难点问题科研的能力。

五是根据需求开发出适合的信息技术工具并进行预测与模拟。

四、结束语

牢牢抓住机器人发展的重大历史机遇，通过壮大机器人产业、培养机器人经济，可以为我国未来十几年乃至几十年经济繁荣创造一个新的增长周期，带动国家竞争力整体跃升和跨越式发展[3]。

目前，机器人技术及其应用已经成为制造、物流、医疗、交通等行业创新的重要生长点，其广泛的应用前景日趋明显，如工业机器人、物流机器人、手术机器人、服务机器人等，对人类生活的方方面面产生了重要的影响。

吉林大学及其通信工程学院拥有高水平的师资队伍、坚实的硬件支撑平台、丰硕的科研教学成果，在保持人才培养和科学研究等方面自身特色和区域优势基础上，以国家战略与市场需求为导向，以吉林大学控制科学与工程、信息与通信工程及相关优势学科和科研技术为依托，具备创办机器人工程专业的师资和学科背景，创办这个专业，将对学校人才培养产生深远的影响。

参  考  文  献

[1] 张宪民.机器人技术及其应用[M].北京：机械工业出版社，2017.

[2] 钟秉林，方芳.一流本科教育是“双一流”建设的重要内涵[J].中国大学教学，2016，（4）.

[3] 赵杰.我国工业机器人发展现状及面临的挑战[J].航空制造技术，2012，（12）.