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关于伦敦国王学院戴建生教授的学术报告

出处:浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室   更新时间:2018-07-30 15:29:49    您是第0位浏览者


报告时间:2018年8月13日 (周一) 14:30

报告地点:浙江大学玉泉校区邵科馆212会议室

主讲人:伦敦国王学院戴建生教授

主持人:杨华勇院士

主题机构研究与发展在机器人新兴的第四次工业革命与中国制造强国战略中的重要地位

 

个人简介:

戴建生.pngIEEE Fellow, ASME Fellow, IMechE Fellow

长江学者讲座教授、国家特聘专家

Chair of Mechanisms and Robotics

Advanced Kinematics and Reconfigurable Robotics Lab

King’s College London International Centre for Advanced Mechanisms         and Robotics

University of Tianjin

 

戴建生教授是2015年美国机械工程师学会(ASME)机构学与机器人学终身成就奖获得者,为全球40余年来第27位获奖者。戴建生教授是美国电气电子工程师学会(IEEE)Fellow,美国机械工程师学会(ASME)Fellow,英国机械工程院(IMechE)Fellow。被授予 IEEE Fellow 时的贡献词为:贡献于世界机器人的可重构机构与变胞机构。

现任伦敦大学国王学院机构学与机器人学首席教授,天津大学现代机构学机器人学国际中心主任,IFToMM(世界机构与机器联合会)英国区主席。任 IEEE Transactions on Robotics 副编,ASME Journal of Mechanisms and Robotics 副编,Mechanism and Machine Theory 理论运动学、并联机构理论、变胞机构“学术方向主编”。为英国应用科学和工程研究基金会,欧盟第7框架计划,加拿大、美国和中国国家自然科学基金会评审和会评专家。曾任60余个国际学术大会指导委员会委员、分会主席。已培养博士近30名,其中10余位在英国、意大利、中国、澳洲、墨西哥等一流大学任教,10余位在世界各地创办机器人高科技公司。

戴教授在机构学与机器人学领域取得了丰硕的研究成果,为国际可重构机构学权威专家,在国际机构学与机器人学中享有盛誉。发表国际学术论文500余篇,其中国际期刊论文300余篇,SCI收录310余篇;被引用 8000余次,h-指数46i10-指数165。申请国家/国际发明专利10余项;获得多项国际期刊最佳论文奖包括Mechanism and Machine Theory 2018年 Crossley AwardJournal of Systems and Control Engineering 2009年、2011年最佳期刊论文奖,1998ASME 机构学双年会最佳论文奖、ASMEIEEE 服务奖以及ASME杰出服务奖、国王学院2010年度最佳博士生指导教师全校首名奖、中国机构学学会2012年度“学术创新奖”和“国际学术交流奖”。

戴建生教授2014年出版了其近四年写就的在 “现代数学基础”系列中出版的专著《旋量代数与李群、李代数》,在“机器人科学与技术”丛书系列中出版机构学与机器人学专著《机构学与机器人学的几何基础与旋量代数》,受到了国内外数学教授与机构学专家的高度评价。两部专著已经售罄,专著《机构学与机器人学的几何基础与旋量代数》在今年6月重新印刷出版。

 

内容摘要:

当今世界的高科技、快节奏以及多样化引发出第四次工业革命,引发传统机器的更新,迎来机器人时代。尤其在服务机器人、先进制造业、极端复杂环境作业、航空航天等领域不断发展以及生态环境加剧恶化与自然资源日益紧缺的情况下,各类服务机器人与机械设备对机构可重构能力与变结构特性的要求不断提高。这就需要对作为机器与机器人骨架的机构进行创新设计,对传统机构的概念与设计进行彻底变革。从机构设计的角度看,传统机构一旦完成设计,其拓扑结构与机构自由度就一成不变,因此很难满足多变环境、工况与任务对机构功能与性能的需求,而变胞机构以及由此扩展的可重构机构由于具有多构态,因此可以满足多任务、多工况与多功能的要求,达到“一机多用”、节约资源与降低能耗的功效。

回顾人类历史六百万年的进化演变,这种演变是 metamorphosis (变胞)的过程。由此,机构能否进化,机构能否演变,以至于在极短的时间内进行机构拓扑演变,达到不同运动分支构型,实现不同功能,满足不同需求,对机构学者们提出了新的要求。由此衍生出机构仿生、演变的概念。变胞机构就是这样一类机构。在机构连续运行中,出现由有限杆件数目变化、运动副类型或几何约束变化引起的机构拓扑演变,导致机构活动度发生变化,同时在活动度发生至少一次变化后,机构仍保持运行的这一类新机构为变胞机构。机构拓扑演变以及活动度可变是变胞机构的两个基本特征。

变胞机构的提出与发展,带动着可重构机构[1]的发展,机器人结构发生了根本性的变革,产生了以折纸机器人、变胞机器人为代表的各种多样结构机器人。同时,伴随着以信息技术与计算机技术领衔的科技革命的发展,机器人科学技术发生了根本性的飞跃,人类社会迎来了机器人时代。机器人的变革与发展,在融合各学科前沿技术的同时,又为众多学科发展与交织提供了强大的动力。可以说,机器人是前沿技术的载体,又是学科融合的体现。机器人机构的几何与运动引进和发展了数学科学,机器人机构的实现与控制引进和发展了工程科学,机器人生态的演变与进化引进和发展了自然科学,而机器人机构的创新与变革及其同几何体艺术、折纸艺术的融合引进和发展了人文科学。这种多学科、跨学科的融合促进了学科领域的交叉,激励着机构学、机电学、计算机学与仿生学的发展,衍生了图论、拓扑论、旋量理论、微分几何学、李群与李代数等数学的应用。

在机构演变中,运动演变是表象,约束是决定因素。而运动与约束的研究可以从旋量和旋量系理论进一步展开。旋量理论[1]的研究为机构设计、机构创新、机构轨迹、机构控制、机构应用提供了雄厚的基础与广泛的前景,旋量系理论[2]为机构约束、机构活动度、机构研究提供了强有力的工具。由于机器人机构旋转的轴线、平移的方向线以及力作用线均可表示为三维空间中的直线,三维空间中运动的机器人末端杆件可以等同于一条直线,由此机器人运动使这一条直线成为母线并绘出直纹面。这些都由有限位移旋量[1] 的历史发展、旋量理论与机构的历史渊源所证实。

机构与机器人运动中直线关联与其在空间形成的直纹面的研究,直接与几何学、拓扑学、线性代数、旋量代数和李群李代数紧密关联,这些大学与研究生期间掌握的数学工具直接激发机器人的创新与发展,成为机器人学研究的基础。同时几何形体与机构的研究展现出一种艺术,融于国际机器人研究与创新引出的艺术机器人[3],直接从艺术创新带出全新机器人,如折纸机器人、变胞机器人、可展机器人。由此机器人学的创新与进展引发学科的穿插与数学工具的应用,为科学技术工作者提供了驰骋的疆场与无尽的遐想。  

 

 

参考文献

[1] 戴建生机构学与机器人学的几何基础与旋量代数》, “机器人科学与技术”系列1,高等教育出版社北京,2014, ISBN: 9787040334838.(由 Dai, J.S, 2019, Screw Algebra and Kinematics Approaches for Mechanisms and Robotics, Springer翻译出版)

[2] 戴建生旋量代数与李群、李代数》, “现代数学基础”系列42高等教育出版社北京,2014ISBN: 9787040318456.

[3] Rodriguez Leal, E., and Dai, J.S., Evolutionary Design of Parallel Mechanisms: Kinematics of a Family of Parallel Mechanisms with Centralized Motion, Lambert Academic Publishing, Saarbruecken, Germany, ISBN: 3838378768, 2010.