蘭州大學閻石教授介紹相關研究

人類之所以稱霸地球，是因為有一個聰明的大腦。更為重要的是，人類還擁有一雙靈巧的雙手。現如今，隨著人工智慧和機器人技術的持續進步，機器人作為人們雙手的延伸，不僅粗活細活都能幹，還可“上天入地”。

在蘭州大學，有這樣一支科研團隊，他們致力於人工智慧技術的研究和開發，聚焦於機器人系統與具身智慧等研究領域，在機器人及無人機等複雜系統的智慧感知、建模與控制方面，取得了顯著的研究成果。在蘭州大學資訊科學與工程學院的實驗室里，這支由閻石教授帶領的團隊攻堅克難，用創新突破關鍵技術壁壘，用人工智慧技術賦予了機械臂“生命”。

1 從“固定”到“靈動”：機械臂的智慧進化‌

這是一支由教師、研究生共50餘人組成的科研團隊。近三年，團隊不僅在機器人、無人機等複雜控制系統方面取得了關鍵技術的突破，同時在智慧感知、系統高精度建模、非線性控制等方面取得了一系列創新成果。

“採用機械臂進行實驗主要是為了驗證機器人運動控制的高精度和即時性，我們已經在這方面取得了一系列的研究成果。”閻石介紹，團隊運用基於數據驅動的Koopman建模方法，結合LQR和MPC的控制方案，將機械臂的運動控制精度提高了50%以上。這一成果在閻石團隊實驗室中通過UR5e機械臂的實體控制驗證得到了充分體現。

記者看到，這是一支擁有6個自由度的機械臂，按照指令，它要在一個平面上勾勒出一個五角星圖案。接到任務，只見它靈巧地轉動“肩”部、“肘”部和“腕”部，並利用控制末端，迅速而精準地完成了對五角星的追蹤。

“這是一個展示性的軌跡追蹤過程，體現了機械臂對整體精密控制的能力，其精度達到了0.05毫米。”團隊成員介紹，這支機械臂通過採用新技術，顯著提升了即時性，其運行頻率可達每秒上百赫茲甚至上千赫茲，從而將機器人的運動控制得既精準又高效。

2 國家需求的牽引促使核心技術不斷突破

據瞭解，機械臂的研究起源於工業製造和航太領域的需求，並與國家重大科技項目緊密相關。閻石教授介紹，國家重大科技項目對機械臂研發起到了顯著的推動作用。國家需求的牽引促使核心技術不斷突破，在載人航太工程、深海探測領域、核工業應用等危險場景中，通過多學科協同攻關，持續解決了機械臂的核心技術難題。

人工智慧與機器人產業的技術壁壘極高，只有關鍵核心技術突破才能讓產業擺脫“卡脖子”困境。

據瞭解，研發過程中，團隊在關鍵技術方面提出了機器人系統的Kalman-Koopman LQR控制方案，闡明瞭不確定參數系統建模的內在機理，發展了變數非線性系統建模理論與方法。

與此同時，團隊還在控制演算法、智慧感知等方面有所創新。一是針對傳統方法難以精準描述機器人動力學特性的問題，將非線性系統映射到高維線性空間，並結合自適應LQR優化控制器，實現了對機械臂高精度控制。另一個創新是在硬體端，整合了Leap Motion手勢識別、深度相機、激光雷達、即時地圖和麥克風陣列語音交互，為機器人賦予了“視覺、觸覺、聽覺”的能力。通過資訊融合，將手勢、語音和環境等數據進行整合，使機器人能夠綜合分析並執行複雜任務，顯著提升了其智慧化水平和實用性。

3 “上天入地”：機械臂多場景應用

“現在我們的機械臂控制已經達到世界領先水準，發表了一系列高質量論文，逐漸產出了一些新成果。”閻石介紹。

據瞭解，蘭大機械臂不僅在工業、農業領域具有廣闊的應用前景，還具備“上天入地”的能力。

閻石透露，團隊後續計劃將機械臂應用到工業機器人焊接和巡檢中，嘗試將其與相應的加持終端及仿人靈巧手結合，構建具身智能機器人，應用於太空探索、深海作業等複雜環境。並與長風廠和五一○所等單位合作，建立相應的科研實驗室和平臺，通過實踐探索出一條從實驗室走向市場的路徑，促進產業鏈、創新鏈等與地方的精準連結及深度融合，為培育發展新質生產力、服務區域高質量發展提供有力支撐。

蘭州日報社全媒體記者 馬文豔 文/圖