人工智能人物:您为何选择当前的研究方向,这与自己想实现的科学梦想有哪些距离?
方勇纯:1992年,我以优异成绩被保送进入浙江大学,当时作为保送生,我可以随意挑选专业,但苦于对大学专业一无所知,我只好在内心暗自告诫自己:倘若选择的专业能将喜欢做的研究成果真正应用到产业中该有多好啊。听完浙江大学招收保送生的老师介绍后,我便不假思索的选择了自动化专业。从那时起,我的理想开始萌芽,希望今后的研究成果可以成为“开展能够真正应用于工业生产的研究”。
从1992年开始,我一直坚持在自动化领域从事相关方向研究。1994年,我从特殊培养的混合班要回到专业中去,还可以再自由选择一次专业,这时我仍然毫不犹豫地留在了自动化专业。我从1996年本科毕业,有幸面试攻读硕士,当时一些自动化专业的推免生选择了去计算机,信电等方向,而我仍然选择了控制专业,到浙江大学工业控制研究所攻读硕士。
自动化不仅是未来科技的基石,更是制造业的“皇冠”。仔细想想,这么多年来,只有实现各类系统的“自动化”,才会有现今科技变革朝着智能化方向阔步前进的基础和动力,这个美好的梦想一直萦绕在我的心中,使我始终坚持自己的正确选择。但具体到现在从事的这项欠驱动系统方面的研究,我是从1999年开始着手进行。我清楚的记得,这是当时指导老师Darren Dawson教授在我博士生阶段引入到这个方向,其起源是美国南卡罗来纳州的海港起重机出现重大技术需求,我便从此踏上了吊车方面的研究工作。
从攻读博士开始,我一直从事机器人与非线性控制方面的研究。机器人是人工智能的杰出“代表”,但我认为,当前的机器人技术距离人类的期望还很遥远,还有很多难题等待我们去探索。我非常喜欢这方面的研究,这也正是我梦想的方向,在这个领域努力耕耘,乐此不疲。在研究中,我们希望能从系统的实际需求出发,找到解决问题的方法之后再应用于实际系统。具体的研究主要集中在桥式吊车等欠驱动系统,在该研究方向发表了一些代表性学术论文,研制了32吨级安全高效自动桥式吊车系统,很高兴这些工作得到了学术同行的认可。2015年,我获得了国家杰出青年科学基金、“中国自动化学会青年科学家奖”等奖励,指导的博士生孙宁也获得了“中国自动化学会优秀博士学位论文奖”。
人工智能人物:怎样理解一类欠驱动机器人系统的轨迹规划所具有的科学进展,该研究成果取得了哪些有较大影响的突破?
方勇纯:欠驱动机器人系统希望以“少”控“多”,为此需要充分利用好系统内部各个状态之间的耦合关系。我们的主要贡献集中在基于能量的控制方法与轨迹规划技术。具体而言,我们在欠驱动系统控制中最早引入了机器人轨迹规划的思想,深入研究系统的运动特性,从中寻求最合适的有驱动状态的轨迹,即通过轨迹规划构造出驱动状态的理想轨迹,这是其中的关键之处。这种处理方法对于桥式吊车等欠驱动系统控制而言非常有效,在自动化领域认可度最高的Automatica及IEEE汇刊上发表了多篇高水平论文,得到了国内外学者的关注。经过工业实际应用表明:这方面的成果,为提升欠驱动机器人系统的暂态性能提供了很好的思路,同时也为实现一些欠驱动系统,如桥式吊车等的智能化操作奠定了很好的基础。这些研究成果在一定程度上填补了国内外相关技术的空白。
这也不难理解,机器人是各类人工智能技术的集成性载体,对于机器人系统而言,如何实现其良好的控制是一个核心问题。欠驱动机器人由于缺乏足够的控制输入,控制极具挑战性,我们通过深入分析系统的能量分布,巧妙地将能量控制思想引入其分析,提出了有效的解决方案。本项目研究的跟踪控制技术重点在于针对欠驱动机器人系统的特点,通过各类非线性控制方法实现其稳定控制,这属于广义的人工智能技术,相关技术可为众多工程机械,如挖掘机等的无人化操作提供宝贵的经验,为全面提高其智能化程度奠定技术基础。