視覺測量助力“機器人化智能制造”
▲李文龍（左）帶領研發團隊進行技術攻關
以機器人作為制造裝備執行體，集成視力覺智能傳感的機器人化智能制造正逐漸成為大型復雜構件制造的變革性新模式。華中科技大學二級教授李文龍認為，隨著工業機器人與三維視覺測量、人工智能算法等新一代信息技術的深度融合，機器人化智能制造系統將突破柔順性、自律性與人機共融能力，大大提升系統靈巧性和人機交互能力，具有廣泛的應用前景，代表著智能制造的主攻方向。為此李文龍面向國家重大需求，瞄準視覺測量與機器人化智能制造學術前沿，圍繞高精度三維視覺測量技術、機器人加工精度保障技術、機器人檢測/加工智能裝備研制，開展了深入研究。同時科研反哺教學，秉承“立德樹人、科教融合”的教學理念，他矢志不渝地培養機器人化智能制造拔尖創新人才。
潛心科研十五載，突破復雜構件高精度視覺測量核心技術
“做科研既要仰望星空，也要腳踏實地，勇于選擇最前沿的學術方向去攻克。”李文龍意味深長地說。15年前，李文龍剛剛博士畢業，正在參與國家自然科學基金重點項目“大型復雜曲面零件的數字化設計-加工-測量一體化理論與技術”。他敏銳地覺察到三維視覺測量具有非接觸式、快速高效、在位在線的技術優勢，在曲面變形測量與機器人加工精度控制方面具有廣闊的應用前景，但景深變化、工件反光、海量數據等因素嚴重制約著三維視覺測量技術的應用。
▲李文龍主持研制的機器人測量-加工一體化智能制造裝備
為此李文龍帶領團隊研究了面向復雜構件的多視相移成像原理，提出了三維成像關鍵參數精確標定方法，解決了三維測點計算精度受限于測量景深與表面反光影響的技術難題。針對測點規模大（千萬/億級）、測點層疊、高斯/粗大噪音等現場固有測量缺陷，團隊建立了海量測點精簡、光順與融合的數學模型和計算方法，提出了方差最小化原理的曲面匹配定位新技術，攻克了國際通用點-點（ICP）距離與點-切面（TDM）距離匹配受初始位姿任意/復雜薄壁特征影響引起的切向滑移難題，開發出iPoint3D測點處理與輪廓評價軟件系統。
上述研究成果獲高等教育科學研究優秀成果獎技術發明獎一等獎（李文龍排名第一），應用于某企業葉片零件測點數據處理與曲面輪廓檢測，相比已有方式單件檢測時間縮短85%以上，突破了國外同類檢測技術的行業壟斷與商業禁售風險；應用于4款汽車發動機缸體缸蓋等大型復雜構件全輪廓掃描與關鍵特征參數提取，完成了多款新型汽車發動機的數字建模與新產品開發，作為關鍵技術之一支撐應用企業連續8年入選世界500強。
瞄準國家重大需求，研制機器人測量/加工智能制造裝備
李文龍指出，“瞄準國家重大戰略需求，解決重大工程中的關鍵卡脖子難題，才是一名科技工作者追夢的制高點”。他多次到中國航發、中航工業、中核武漢等企業調研學習，與一線工人深入交流，發現普遍存在制造模式轉型升級需求：將肉眼檢測提升為高精度視覺檢測，將手工操作提升為穩定機器人操作。但航空蒙皮、垂尾、核電法蘭面等尺寸大、易變形、難加工，如何實現機器人測量-加工一體化與精度控制已成為制約制造模式轉型升級的瓶頸。
針對航空蒙皮、核電法蘭面等大尺寸復雜構件多視角測量整體誤差累積放大問題，李文龍研究了多視角測量數據無標記點全局精確拼接新方法，機器人測量系統精度達到±0.015（基礎精度）+0.02mm（拼接精度）/m；提出了面向易變形復雜構件的刀具軌跡光順與刀軸偏差控制方法，生成同時滿足光順性、剛度與靈巧度要求的機器人加工姿態，解決了由離散測點直接生成加工路徑存在的刀具路徑點與刀軸矢量抖動問題；針對機器人測量-加工一體化系統多單元多源誤差耦合降低軌跡精度難題，建立了SE（3）群空間雙機器人同步標定凸優化目標函數，實現了加工機器人末端實時閉環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表在《IEEE機器人匯刊》（IEEE T. Robotics），4篇中文論文被《機械工程學報》《航空學報》等作為封面專題報道，被同行權威學者彼得羅·瓦爾達斯特里（Pietro Valdastri）教授評價為“相比傳統方法具有卓越的精度和效率”。李文龍帶領團隊取得了多項創新成果：研制了大型蒙皮、垂尾和核電法蘭面的機器人測量系統，為航空復雜構件現場檢測、核電機組現場運維提供了重要技術平臺；研制了機器人測量-加工一體化智能裝備，應用于近千件蒙皮機器人銑削加工，實現了機器人磨拋在核電大葉片批量生產中的應用。
秉承科教融合育人，培養機器人智能制造拔尖創新人才
作為一名人民教師，李文龍始終堅持立德樹人這一根本任務。他結合學術發展前沿，歷時3年編寫了《機器人學》教材，獲全國優秀教材獎一等獎（李文龍排名第二），將機器人學內涵從工業機器人擴展到海陸空和共融機器人，增加了線矢量與運動旋量、指數積運動學建模、機器人視覺定位等新理論新知識，反映了當前機器人學術發展和技術應用前沿，為培養學生技術創新能力提供了源頭活水。
▲李文龍為機器人工程方向本科生現場上課
李文龍主持承擔了省、校、院教改項目4項，全面探索以學生優質培養為核心的機器人課程體系改革與教學模式改革，參與發起了全國性“機器人學教學研討會”、參與承擔了教育部“機器人學課程虛擬實驗室”工作，提出以學生為中心、“教師授課+學生課堂討論+自主網課學習+現場動手實踐”相結合的教學新模式，支撐了華中科技大學2021年起“機器人”方向本科教學工作。作為導師，他培養王剛獲德國洪堡學者、謝核獲上銀優秀機械博士論文佳作獎、蔣誠獲航發集團科學技術獎、程育奇獲十三屆挑戰杯大學生創業計劃競賽金獎、6名本科生獲省/校優秀本科畢業設計獎。他帶領團隊參與申報的“面向新工科的智能制造創新人才培養體系構建”獲國家級教學成果獎一等獎。
作為一名科技工作者，李文龍始終以國家重大需求為學術研究的制高點，在高精度視覺測量方面的突破性成果對我國航空、核電、汽車等行業技術攻關和產業應用作出了突出貢獻，在機器人化智能制造方面的突破性成果支撐了我國新一代戰機、ARJ21支線客機、華龍一號等國防重大工程建設。作為一名人民教師，李文龍秉承“科教融合、立德樹人”的教學理念，不忘初心、矢志不渝地培養機器人化智能制造拔尖創新人才。相信在未來的教學科研生涯中，李文龍將繼續“仰望星空、腳踏實地、教書育人”，在他熱愛的工作崗位上為國家重大工程建設和拔尖創新人才培養貢獻自己的力量。
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