易建强 建制造业强国 迎机器人革命

  易建强,中国致公党员,致公党北京市中科院基层委员会主委,致公党北京市第八届、第九届委员会委员。第十二、十三届全国政协委员,北京市海淀区第九届、第十届政协委员。现任中科院自动化研究所研究员、博士生导师,是IEEE、中国自动化学会、及中国人工智能学会的高级会员,及中国人工智能学会智能空天系统专业委员会委员、中国指挥与控制学会无人系统专业委员会委员、中国航空学会制导/导航与控制分会委员、中国自动化学会信息物理系统控制与决策专业委员会委员。

  上世纪60年代,易建强出生在江西省萍乡市萍乡镇,1976年新萍小学毕业后考入萍乡一中(现为萍乡中学)。在高中毕业典礼会上,他代表学校全体毕业生作了《一颗红心两种准备》的宣誓发言。1981年,易建强以优异成绩考入北京工业学院力学工程系,当时考上大学的比率只占全国应届毕业生的大约3%和参加高考学生的15%左右。

  易建强在人生的道路上一直表现得很优秀。从小学到大学,他几乎每年都被评为“三好学生”。1986年10月初,易建强以专业第一的考研成绩被公派到日本九州市的九州工业大学学习。“一直到1987年4月初,作为研修生,我的主要任务是学习日语口语,看专业书和论文,熟悉学校与周边环境。半年后,才开始做眼球的跟踪运动的频率特性研究,即让目标点有规则地不断改变位置,观察在跟踪这样的目标点的过程中人的眼球的频率响应特性。”

  在导师松岗清利教授的指导下,易建强先设计了一套实验装置,随后进行了大量实验,经过通宵达旦的努力,编写出C语言程序,对实验中所获得的多组数据进行处理,最终得到了比较好的结论。在此基础上,他写出了第一篇论文。

  “接着,导师让我做利用图像自动检测医疗患者手臂关节角度变化,从而判断手臂上举能力的恢复程度的项目。”图像处理在当时是一个较新的研究方向,易建强没有接触过这个领域,更没有学习过有关知识,但对这一项目很感兴趣。他从图书馆借来大量相关资料,恶补了图像处理方面的基础知识。在掌握了图像处理设备的使用方法及图像处理方法后,易建强便全心身地投入到这个项目的研究中。

  通过摄像头将光照片中的患者手臂部分作为灰色图像采集到图像处理设备中,再进行相应的图像处理,获得所需的图像。但由于关节上臂不是简单的直线,而且边缘噪声影响较大等,很难直接地将关节上臂图像部分提取出来。经过多次实验和分析,最终决定采用模板匹配方法,通过与标准模板的匹配,检测出关节上举角度。这项工作成为了他的硕士论文的核心。1989年3月,他顺利地获得了九州工业大学工学硕士学位,并进入博士研究生课程的学习。

  在攻读博士研究生期间,易建强选择了基于人工神经网络的模式不变识别问题的研究。这种模式不变识别是指包括文字或者数字等的模式即使发生了位移、转动或放大与缩小等变化,计算机仍然能将其识别出来。研究模式不变识别问题对提高机器的智能水平和设计智能设备具有重要意义。由于当时的计算机计算速度有限,即使对4×4大小的输入模式,计算机也需要计算几天才能得到一个结果。易建强在导师的指导下,刻苦钻研理论,大胆进行设计实践研究,顺利地通过了博士论文答辩,并于1992年3月获得了工学博士学位。

  随后,易建强在东京一家软件开发公司从事关于模糊控制、人工神经网络、混沌与分形等几种最新智能技术的计算机教学用软件的开发工作。这期间他的编程能力有很大提高,对这几种智能技术的理解也得到加深。

  当时正值日本经济泡沫破裂,许多企业倒闭,计算机辅助教学用软件市场十分有限。因此1994年10月,在模糊系统专家、东京工业大学广田教授的推荐下,易建强到了京都的Mycom公司技术研究所工作。该公司设立了智能技术研究室,任命他为这一研究室的室长,负责公司机电一体化系统的智能控制技术开发工作。

  在Mycom公司,易建强首先开发的机电一体化系统是不受约束物体的轨道跟踪系统,即设计一个平台,通过控制平台的前后左右摇摆,使得位于平台之上的自由滚动物体如乒乓球等能高精度地跟踪指定轨迹。第二套系统是倒立单摆实验系统,即控制电机带动皮带,使垂直向下的单摆摆起,并垂直倒立地稳定在指定的目标位置。第三套系统是开发面向车间、商场、医院等的自动导向机器人系统,即在地面上预先铺设磁条线路,然后给定目标位置,机器人便能沿着磁条路线,自动将材料或物品送到目的地或者取回。这些系统均是带有不确定因素的非线性系统,难以建立精确的数学模型。他带领研究室的成员采用模糊控制技术来实现控制目标。这期间,他不仅发表了多篇会议论文,还发表了多篇国际期刊论文和日本国内期刊论文,并申请了数项日本专利。易建强成为Mycom公司的主要研发骨干之一,承担了公司智能控制技术的主要研究工作,并负责指导年轻员工的工作。

  “其实刚拿到博士学位时就想回国服务,自己是国家教委公派的留日学生,自己有责任、有义务按期回国。但毕竟缺少实际工作经验,尤其是日本企业有较先进的技术和现代管理方法,而这些正是我们国家需要的。当时就决定先暂时留在日本,在企业锻炼几年后再回国。”

  2000年夏,易建强便开始联系国内科研单位。时任中国科学院自动化研究所所长谭铁牛十分热情,建议他申请中国科学院百人计划。“百人计划是1994年中国科学院启动的一项高目标、高标准和高强度支持的人才引进与培养计划。由中科院提供较好的科研环境和科研经费,每年从海外招收大约100名优秀人才到科学院工作,旨在培养跨世纪的学术技术带头人。”

  2000年10月,易建强回到北京参加百人计划答辩,12月底,他接到自动化研究所通知,顺利通过答辩被自动化研究所正式录用。2001年5月底,易建强举家回国定居。

  中科院自动化研究所是我国最早建立的国立自动化学科的研究机构。易建强被聘为研究所研究员和博士生导师,在复杂系统院重点实验室工作,2002年春被任命为该实验室副主任。2009年,他又到综合信息系统研究中心工作,2011年6月被任命为该中心副主任,直至2017年底。先后承担、参与了973项目子课题、863项目、国家自然科学基金项目、中科院知识创新项目等。主要从事智能控制方法、滑模变结构控制方法、自适应控制方法、飞行控制方法、智能机器人技术等方面的研究与开发工作。在智能机器人系统、欠驱动机械系统、智能控制、自适应控制等方面提出了一系列方法和算法,开发了二维桥式吊车实验系统、全方位移动机械手系统、四绳索垂直牵引装卸机器人系统等,取得了较好的科学研究成果。

  “吊车是一种欠驱动机械系统。我国吊车数量多,但基本上都是人工操作,不仅危险,而且效率低,因此开发具有自动化操作功能的吊车系统对加快祖国的建设事业很有好处。”易建强带领他的团队刻苦努力,进行机械系统方案设计,选购控制器件,完成机械系统的搭建与调试。从吊车的自动化角度出发,提出了同时实现吊车防摆与定位的控制算法和有绳长变化的吊车的路径规划算法。在此基础上开发的智能控制系统可以实现一维、二维桥式吊车的定位和防摆控制。

  “控制系统基于微机,界面友好,操作方便,并可以显示运输过程的变化曲线。该系统大大提高了运输效率,减少了运输过程中的危险性,可以应用于于港口码头、货运装卸场所及装备车间等的重型物品的运输,还可以作为高等院校验证控制算法和教学的实验对象。”

  随着我国船舶现代化的发展,大中型船舶对安全性和机动性的需求越来越高。船舶也是一种欠驱动系统。因此,采用先进控制方法,开发能够自动适应不同海况和舵机特性变化、实现航向和航迹的自动控制的智能自动舵,对提高船舶航行的安全和操纵性能具有重要意义。

  “我们团队采用模糊控制和自适应控制相结合的方法,提出了一种有效的自动舵智能控制方案,实现了船舶的航向和航迹的智能控制,能够有效改善系统的操作性能,并减少操舵次数。研制的软件系统界面友好逼真,可进行航向和航迹的数字化显示和记录,实施输出操舵的控制指令,可用于实现船舶航向和航迹的自动调节。”

  移动机械手系统是由移动机器人及固定在移动机器人上面的机械手构成的,同时具有移动功能和操作功能。易建强领导的课题组研发的系统包括一个3自由度的全方位移动机器人、一个5自由度的机械手、一部安装在机械手上端的摄像机、安装在机器人下部的红外传感器环、安装在机器人中部的超声传感器环、及安装在机器人内部控制系统等。由于系统复杂,重量大,耦合强,控制难度大,易建强带领学生们经常工作到深夜,进行不断调试和修改,终于调试成功。

  “不仅探讨了该系统的体系结构,提出了基于单目视觉的定位算法,而且提出了移动机器人和机械手协调运动规划与控制算法,提出了基于多传感器信息融合的导航算法,可以使移动机械手在更短的时间内,以更优的位姿,完成更大范围内的操作任务。”

  在卫星等贵重偏心载荷在起吊、组装过程中需要进行水平调节,以避免点点接触、碰撞导致所装卸载荷发生变形而遭到破坏。

  “由于这些载荷体积大质量高,传统的人工调节方式不但费时、精度差,而且容易造成载荷摆动不停,导致难以定位,危险性很大,生产效率非常低下。”国内外许多科研机构对此也非常重视。为此,易建强带领团队研发了具有载荷对界面自动水平调节功能的四绳索引水平调节机器人实验样机。

  “这是一套集倾角传感器、拉力传感器、电机与驱动单元、计算机等于一体的复杂控制系统。从设计,到加工,到选型,到安装,到调试,每一步都经过反复讨论和调整。”

  而设计能同时实现水平调节和绳索受力均衡的控制算法的任务则尤为艰巨,他们经常是通宵达旦,尝试和设计不同算法,最终提出了有效的智能控制算法。

  “它不仅可以单独使用,也可以与起重设备一起使用,既可以实现载荷的运输,又能够使载荷对接面在装卸过程中保持水平,实现载荷的平稳提升和安全组装。”

  从数年前开始,易建强将研究重心转移到复杂条件下无人机控制研究,带领课题组提出了一系列智能控制方法和自适应鲁棒控制方法。即使存在测量噪声,也可实现强耦合、强不确定性、强非线性的无人机的可靠飞行。目前正在争取相关成果的产业化。

  回国工作以来,易建强曾担任中国科学院研究生院兼职教授、中国科技大学兼职博士生导师、桂林电子科技大学客座教授,现在是中国科学院大学人工智能技术学院讲课教授和北京理工大学智能机器人与系统高精尖创新中心兼职教授。

  到2017年底,易建强已联合出版专著3部,发表专著章节3篇,在国际期刊上发表论文约100篇,在国际会议上发表论文230余篇,在国内期刊上发表论文100余篇。获授权的国家发明专利40余项,已登记软件著作权30余项。他于2000年底入选中国科学院百人计划,到2017年年底,他培养出博士后2名、博士毕业生近40名、硕士毕业生10名。

  作为机器人领域的专家,易建强对我国机器人产业充满信心。他说,自2013年起,中国成为全球第一大工业机器人应用市场。无论是工业机器人、服务机器人还是特种机器人的发展,在中国都出现了可喜的势头。中国从事机器人行业的企业数量近年呈现爆发式增长。目前中国形成了一支比较完整的、从事机器人研发和应用的队伍,也形成了一条比较完整的机器人产业链。

  “在‘中国制造2025’及‘工业4.0’的大潮之下,目前我国机器人产业迎来高速增长期。但我国制造机器人的材料工艺、基础元件、高精尖的传感器件等,与国外相比还存在较大的差距。在机器人行业,中国也缺乏具有国际竞争力的龙头企业。目前中国的机器人企业存在小、散、弱的问题。”但他相信在创新驱动发展战略、“中国制造2025”等重大政策的驱动下,凭借巨大的市场优势和完整的人才队伍,通过十到二十年的努力,中国有望在世界机器人领域占据重要位置。

  回国后,易建强加入了中国致公党。先后任中国致公党的中科院海淀支部主委、北京中科院委员会主委、海淀区第三届委员会委员、北京市委留学人员联络工作委员会委员、北京市第八届和第九届委员会委员及第十四届中央委员会科技委员会委员等。从2013年2月开始担任中国人民政治协商会议第十二届全国委员会委员以来,他提出了《科研人员参加国际学术会议、开展国际学术交流的费用不应视作“三公经费”》《关于在大城市科委设立科研成果信息交流平台的建议》《重启国家实验室建设应首先解决的几个问题》《关于京津冀地区雾霾演化过程的动态迁移图表示方法》《关于在中小学德育课程中增加法律知识的建议》《关于中央电视台开设交通专用电视频道的建议》《关于持之以恒地加强交通执法力度的建议》等提案。

  作为留学归国人员,他十分重视对海外人才的引进,说:“海外高层次人才引进计划实施多年,发生过若干次学历造假事件,不仅严重影响这一计划的声誉,也打击人才的参与热情。”提出了《关于海外高层次人才引进计划的评审程序改进建议》《关于对外专千人计划引进与执行过程的一点建议》。

  在担任北京市海淀区第九届和第十届政协委员期间,他也提出了《关于设立健康市民奖的建议》《关于设立模范行车市民奖的建议》《关于在海淀区全面推进中小学教育资源均衡化的建议》《一种兼顾缓解交通拥堵和保护车主利益的单双号限行的方案》《关于在科委设立科研成果信息交换角的建议》《关于在成府路的东升乡路口至王庄路南口建立空中走廊的建议》《关于加强对志新路与志新东路的丁字路口早高峰期间交通管理的建议》等提案。这些提案都受到好评并取得较好的效果。

  2018年初,易建强连任全国政协委员。刚刚召开的全国两会上,他又带来了《关于完善国家科技重点研发计划的建议》《关于改进科技成果转化手续的建议》《关于国家保障自然保护地基本保护管理经费的提案》《关于在机场、高铁站开辟网约车通道的建议》等诸多提案。

  易建强2010年被致公党北京市委员会评为优秀干部,2015年被致公党北京市委员会评为优秀党员,有4件提案先后被评为致公党中央参政议政优秀成果,还有4件提案先后被评为致公党北京市委员会优秀社情民意信息,先后被政协海淀区委员会评为优秀提案先进个人和优秀提案人。“作为一名派成员,作为全国政协委员,我将继续发挥自身专业优势,积极参政履职,通过深入的调查研究,建善言、献良策。不忘初心,牢记使命,在新的长征路上砥砺前行,为中华民族伟大复兴汇聚更多智慧与力量,为实现中华民族伟大复兴的中国梦作出新的更大贡献!”