▲李文龍（左）帶領(lǐng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)

      以機(jī)器人作為制造裝備執(zhí)行體，集成視力覺(jué)智能傳感的機(jī)器人化智能制造正逐漸成為大型復(fù)雜構(gòu)件制造的變革性新模式。華中科技大學(xué)二級(jí)教授李文龍認(rèn)為，隨著工業(yè)機(jī)器人與三維視覺(jué)測(cè)量、人工智能算法等新一代信息技術(shù)的深度融合，機(jī)器人化智能制造系統(tǒng)將突破柔順性、自律性與人機(jī)共融能力，大大提升系統(tǒng)靈巧性和人機(jī)交互能力，具有廣泛的應(yīng)用前景，代表著智能制造的主攻方向。為此李文龍面向國(guó)家重大需求，瞄準(zhǔn)視覺(jué)測(cè)量與機(jī)器人化智能制造學(xué)術(shù)前沿，圍繞高精度三維視覺(jué)測(cè)量技術(shù)、機(jī)器人加工精度保障技術(shù)、機(jī)器人檢測(cè)/加工智能裝備研制，開(kāi)展了深入研究。同時(shí)科研反哺教學(xué)，秉承“立德樹(shù)人、科教融合”的教學(xué)理念，他矢志不渝地培養(yǎng)機(jī)器人化智能制造拔尖創(chuàng)新人才。

潛心科研十五載，突破復(fù)雜構(gòu)件高精度視覺(jué)測(cè)量核心技術(shù)

     “做科研既要仰望星空，也要腳踏實(shí)地，勇于選擇最前沿的學(xué)術(shù)方向去攻克。”李文龍意味深長(zhǎng)地說(shuō)。15年前，李文龍剛剛博士畢業(yè)，正在參與國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“大型復(fù)雜曲面零件的數(shù)字化設(shè)計(jì)-加工-測(cè)量一體化理論與技術(shù)”。他敏銳地覺(jué)察到三維視覺(jué)測(cè)量具有非接觸式、快速高效、在位在線的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在曲面變形測(cè)量與機(jī)器人加工精度控制方面具有廣闊的應(yīng)用前景，但景深變化、工件反光、海量數(shù)據(jù)等因素嚴(yán)重制約著三維視覺(jué)測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用。

▲李文龍主持研制的機(jī)器人測(cè)量-加工一體化智能制造裝備

      為此李文龍帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研究了面向復(fù)雜構(gòu)件的多視相移成像原理，提出了三維成像關(guān)鍵參數(shù)精確標(biāo)定方法，解決了三維測(cè)點(diǎn)計(jì)算精度受限于測(cè)量景深與表面反光影響的技術(shù)難題。針對(duì)測(cè)點(diǎn)規(guī)模大（千萬(wàn)/億級(jí)）、測(cè)點(diǎn)層疊、高斯/粗大噪音等現(xiàn)場(chǎng)固有測(cè)量缺陷，團(tuán)隊(duì)建立了海量測(cè)點(diǎn)精簡(jiǎn)、光順與融合的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法，提出了方差最小化原理的曲面匹配定位新技術(shù)，攻克了國(guó)際通用點(diǎn)-點(diǎn)（ICP）距離與點(diǎn)-切面（TDM）距離匹配受初始位姿任意/復(fù)雜薄壁特征影響引起的切向滑移難題，開(kāi)發(fā)出iPoint3D測(cè)點(diǎn)處理與輪廓評(píng)價(jià)軟件系統(tǒng)。

    上述研究成果獲高等教育科學(xué)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)（李文龍排名第一），應(yīng)用于某企業(yè)葉片零件測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)處理與曲面輪廓檢測(cè)，相比已有方式單件檢測(cè)時(shí)間縮短85%以上，突破了國(guó)外同類(lèi)檢測(cè)技術(shù)的行業(yè)壟斷與商業(yè)禁售風(fēng)險(xiǎn)；應(yīng)用于4款汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋等大型復(fù)雜構(gòu)件全輪廓掃描與關(guān)鍵特征參數(shù)提取，完成了多款新型汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)字建模與新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，作為關(guān)鍵技術(shù)之一支撐應(yīng)用企業(yè)連續(xù)8年入選世界500強(qiáng)。

瞄準(zhǔn)國(guó)家重大需求，研制機(jī)器人測(cè)量/加工智能制造裝備

     李文龍指出，“瞄準(zhǔn)國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，解決重大工程中的關(guān)鍵卡脖子難題，才是一名科技工作者追夢(mèng)的制高點(diǎn)”。他多次到中國(guó)航發(fā)、中航工業(yè)、中核武漢等企業(yè)調(diào)研學(xué)習(xí)，與一線工人深入交流，發(fā)現(xiàn)普遍存在制造模式轉(zhuǎn)型升級(jí)需求：將肉眼檢測(cè)提升為高精度視覺(jué)檢測(cè)，將手工操作提升為穩(wěn)定機(jī)器人操作。但航空蒙皮、垂尾、核電法蘭面等尺寸大、易變形、難加工，如何實(shí)現(xiàn)機(jī)器人測(cè)量-加工一體化與精度控制已成為制約制造模式轉(zhuǎn)型升級(jí)的瓶頸。

     針對(duì)航空蒙皮、核電法蘭面等大尺寸復(fù)雜構(gòu)件多視角測(cè)量整體誤差累積放大問(wèn)題，李文龍研究了多視角測(cè)量數(shù)據(jù)無(wú)標(biāo)記點(diǎn)全局精確拼接新方法，機(jī)器人測(cè)量系統(tǒng)精度達(dá)到±0.015（基礎(chǔ)精度）+0.02mm（拼接精度）/m；提出了面向易變形復(fù)雜構(gòu)件的刀具軌跡光順與刀軸偏差控制方法，生成同時(shí)滿足光順性、剛度與靈巧度要求的機(jī)器人加工姿態(tài)，解決了由離散測(cè)點(diǎn)直接生成加工路徑存在的刀具路徑點(diǎn)與刀軸矢量抖動(dòng)問(wèn)題；針對(duì)機(jī)器人測(cè)量-加工一體化系統(tǒng)多單元多源誤差耦合降低軌跡精度難題，建立了SE（3）群空間雙機(jī)器人同步標(biāo)定凸優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了加工機(jī)器人末端實(shí)時(shí)閉環(huán)反饋與軌跡精度控制。

上述研究出版著作2部，3篇代表作以系列論文形式發(fā)表在《IEEE機(jī)器人匯刊》（IEEE T. Robotics），4篇中文論文被《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》《航空學(xué)報(bào)》等作為封面專(zhuān)題報(bào)道，被同行權(quán)威學(xué)者彼得羅·瓦爾達(dá)斯特里（Pietro Valdastri）教授評(píng)價(jià)為“相比傳統(tǒng)方法具有卓越的精度和效率”。李文龍帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)取得了多項(xiàng)創(chuàng)新成果：研制了大型蒙皮、垂尾和核電法蘭面的機(jī)器人測(cè)量系統(tǒng)，為航空復(fù)雜構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、核電機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維提供了重要技術(shù)平臺(tái)；研制了機(jī)器人測(cè)量-加工一體化智能裝備，應(yīng)用于近千件蒙皮機(jī)器人銑削加工，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人磨拋在核電大葉片批量生產(chǎn)中的應(yīng)用。

秉承科教融合育人，培養(yǎng)機(jī)器人智能制造拔尖創(chuàng)新人才

      作為一名人民教師，李文龍始終堅(jiān)持立德樹(shù)人這一根本任務(wù)。他結(jié)合學(xué)術(shù)發(fā)展前沿，歷時(shí)3年編寫(xiě)了《機(jī)器人學(xué)》教材，獲全國(guó)優(yōu)秀教材獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)（李文龍排名第二），將機(jī)器人學(xué)內(nèi)涵從工業(yè)機(jī)器人擴(kuò)展到海陸空和共融機(jī)器人，增加了線矢量與運(yùn)動(dòng)旋量、指數(shù)積運(yùn)動(dòng)學(xué)建模、機(jī)器人視覺(jué)定位等新理論新知識(shí)，反映了當(dāng)前機(jī)器人學(xué)術(shù)發(fā)展和技術(shù)應(yīng)用前沿，為培養(yǎng)學(xué)生技術(shù)創(chuàng)新能力提供了源頭活水。

▲李文龍為機(jī)器人工程方向本科生現(xiàn)場(chǎng)上課

     李文龍主持承擔(dān)了省、校、院教改項(xiàng)目4項(xiàng)，全面探索以學(xué)生優(yōu)質(zhì)培養(yǎng)為核心的機(jī)器人課程體系改革與教學(xué)模式改革，參與發(fā)起了全國(guó)性“機(jī)器人學(xué)教學(xué)研討會(huì)”、參與承擔(dān)了教育部“機(jī)器人學(xué)課程虛擬實(shí)驗(yàn)室”工作，提出以學(xué)生為中心、“教師授課+學(xué)生課堂討論+自主網(wǎng)課學(xué)習(xí)+現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)手實(shí)踐”相結(jié)合的教學(xué)新模式，支撐了華中科技大學(xué)2021年起“機(jī)器人”方向本科教學(xué)工作。作為導(dǎo)師，他培養(yǎng)王剛獲德國(guó)洪堡學(xué)者、謝核獲上銀優(yōu)秀機(jī)械博士論文佳作獎(jiǎng)、蔣誠(chéng)獲航發(fā)集團(tuán)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)、程育奇獲十三屆挑戰(zhàn)杯大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計(jì)劃競(jìng)賽金獎(jiǎng)、6名本科生獲省/校優(yōu)秀本科畢業(yè)設(shè)計(jì)獎(jiǎng)。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)參與申報(bào)的“面向新工科的智能制造創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系構(gòu)建”獲國(guó)家級(jí)教學(xué)成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

    作為一名科技工作者，李文龍始終以國(guó)家重大需求為學(xué)術(shù)研究的制高點(diǎn)，在高精度視覺(jué)測(cè)量方面的突破性成果對(duì)我國(guó)航空、核電、汽車(chē)等行業(yè)技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用作出了突出貢獻(xiàn)，在機(jī)器人化智能制造方面的突破性成果支撐了我國(guó)新一代戰(zhàn)機(jī)、ARJ21支線客機(jī)、華龍一號(hào)等國(guó)防重大工程建設(shè)。作為一名人民教師，李文龍秉承“科教融合、立德樹(shù)人”的教學(xué)理念，不忘初心、矢志不渝地培養(yǎng)機(jī)器人化智能制造拔尖創(chuàng)新人才。相信在未來(lái)的教學(xué)科研生涯中，李文龍將繼續(xù)“仰望星空、腳踏實(shí)地、教書(shū)育人”，在他熱愛(ài)的工作崗位上為國(guó)家重大工程建設(shè)和拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)貢獻(xiàn)自己的力量。

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