北京邮电大学

机械工程专业历史沿革和发展历程简介

一．前言

北京邮电大学机械工程专业在学校初创时期就已经开办，随后伴随着学校的发展稳步前进，其发展历程和沿革如图1.1所示。

                                             

图1.1 北邮机械工程专业历史发展历程和沿革

二．专业初创期的奋斗

（说明：根据李景湧老师的回忆，李金泉老师增加了照片等少量资料，并略作排版和整理）

1960年，邮电部为推进邮政自动化工作的进程，委托北京邮电学院筹办邮政机械专业。同年，北京邮电学院在工经系成立了邮政机械教研室，当时有教师6人，刘永为任组长，并派青年教师到上海交大进修，当年招收邮政机械专业专科班118人。这个班的学员1963年毕业，他们是我国邮政机械化、自动化的先行者和骨干力量，为我国邮政事业做出过杰出的贡献。

为了促进我国邮政事业的现代化，从1963年起，工经系正式招收通用机械专业本科班。为了加强教学工作，邮政机械教研室与机械原理、机械零件教研室合并成立了通用机械教研室，归基础部管理，基础部原有力学教研室和工艺教研室，这就为后来成立机械系打下了良好的基础。

通用机械专业在文化大革命前的1963年、1964年、1965年共招收学生92人。在此期间，该专业的教师们参加了邮电部组织的邮政自动化技术革新会战，1964年参加了北京邮政局的自动化邮局会战（研制自动邮资机等），1965年、1966年分别在上海邮政局和北京邮政局参加了自动包裹分拣机的会战。他们为我国邮政事业的现代化与自动化作出了重要贡献。

图2.1徐大雄

（国家科技进步奖获得者、吉尔吉斯斯坦共和国国家科学院外籍院士）

1972年，北京邮电学院正式成立了机械工程系，系主任徐大雄，总支书记李丰。同年通用机械专业开始招生，1973年设电信机械一个专业招生，1974—1976年设邮政机械和电信机械两个专业招生，五年间共招收学生466人。当时的机械工程系有80名教师，分三个专业连队进行教学。

在此期间，除进行课堂教学以外，老师还带领学生下厂实践：

1. 一部分人参加了广州流花邮局运转车间的技术革新与改造工程，设计制造了我国第一套分拣邮袋的推式悬挂系统。

2. 一部分人参加了北京市话局沙窝修配厂的技术革新工作。

3. 一部分人参加了北京无线电仪器厂的技术革新工作，改进了机床的自动化程度。

4. 一部分人参加了北京市话局77分局准电子交换机的结构设计。

5. 部分教师参加了邮电部重点项目“信函分拣自动化系统”的研发工作。

这些都为我国邮电事业的发展贡献了他们的力量，受到企业的好评。

三．艰苦创业期的发展

（说明：根据李景湧老师的回忆，李金泉老师增加了照片等少量资料，并略作排版和整理）

1977年恢复高考当年，邮政机械、电信机械两个专业共招收了本科生122名。1979年开始招收机械设计学科硕士生2名。1977年至1985年机械工程系主任是高国安，副主任费时雨、车路（后为张彦林），总支书记李丰，副书记郭才旺。当时有教师80多名，分为六个教研室，即：邮政机械、电信结构、自动化、机械基础、机制工艺、工程力学。一部分教师仍参加邮政自动化方面的会战科研，另一部分专门从事电子设备结构方面的科研工作。由于信函分拣机是机光电一体化的机械，所以北邮的邮政机械专业可以说是我国最早的机电一体化专业。在教学计划中，与一般机类工程专业相比，机类学时要少一些，而电路、计算机、自动控制类课程要多一些。

在这期间，章继高、梁崇高、王士耕三位教师出国进修，两年后学成回国，为开展机械工程系的科研工作打下了良好的基础。

1977年至1984年，按教委的要求，专业名称有几次变动：1980年，邮政机械、电信机械两个专业合并为一个专业——邮电机械，到1984年邮电机械又分为电子精密机械和电子设备结构两个专业，同年又新增加了一个硕士点——机械制造。

从1977年到1985年共招收本科生780人，招收硕士28人，招收结构大专班66人。

1985年系领导班子进行了调整，系主任王士耕，副主任费时雨、王文秀，党总支书记郝维新（1990年张金声为书记），副书记相俊英。1993年，自动化教研室改为电路基础教研室，并成立了系中心实验室。

1985年至1993年招收本科生513人，硕士生41人，并从1992年开始招收邮政自动化大专班，一直办到1996年，五个年级共招收学生160人。在这期间，本科专业教学计划调整为纯机械专业。

图3.1 章继高教授获得IEEE霍姆科学成就奖

（获得此奖的全球首位华人科学家，曾担任国际电接触顾问委员会委员多年）

图3.2 廖启征教授获授“庆祝中华人民共和国成立70周年”纪念章大会

在此期间，科研方面也有辉煌的成绩。梁崇高教授、廖启征教授在机构学方面取得了重大突破，解决了机构学的“著名的珠穆朗玛峰”问题，并获得了国家自然科学四等奖，在国际上也受到好评。章继高教授领导的科研组在电接触理论与机电元件可靠性方面取得了创造性的成绩，尤其对“尘土对电接触的影响”进行了全面的、深入的研究，揭示了尘土对电接触的机理，获得国家自然科学基金三等奖，后来获得IEEE霍姆科学成就奖。王士耕教授在数控加工方面有独到的研究，在我国首先解决了化工生产中叶轮曲面加工的数控问题。

1993年，系领导班子进行了新的调整，系主任张金声，副主任李景湧、孙百生，总支书记相俊英，副书记王翔。当时有教师45人，设有邮政机械专业教研室、结构专业教研室、机械基础教研室、电路基础及微机应用教研室和系中心实验室。1995年，按教育部要求，将原电子精密机械和电子设备结构两个专业合并为机械电子工程专业。

该届领导班子制定了“八五”发展规划，提出了以下几个目标：

1. 继续支持机械学和电接触两个科研组的发展，重点支持邮政自动化科研的发展，促进学术创新，为建立博士点创造条件。

2. 积极引进人才，建立一支高水平的师资队伍和学术梯队，争取尽快建成博士点。

3. 修订机械电子工程专业的教学计划，除继续办好邮政机械、电子设备结构两个方向外，要努力办好机电一体化方向，以适应边缘学科的发展。

4. 积极筹建自动化专业，扩大招生规模。

从1993年到2000年尽管系领导班子在不断调整，但他们始终带领大家为学校进入“211”，为早日建立机械类博士点而不懈奋斗。

这期间，系领导班子作出了以下调整：

1994年，系主任廖启征，系副主任李景湧、孙百生、周晓光。

1996年，李景湧任总支书记，程宏任总支副书记，周晓光、时良平任系副主任。

1997年，李景湧任系主任，邓中亮、时良平、周晓光任副主任。王强任总支书记，周晓光兼任总支副书记。

图3.3 廖启征老师

（获得1987年国家教委科技进步一等奖和1989年国家自然科学四等奖）

图3.4 李景湧老师

图3.5 周晓光老师

图3.6 邓中亮老师

（多次国家科技进步奖获得者，国际欧亚科学院院士）

图3.7 时良平老师

这期间制定了“九五”发展规划，并切实做好八件大事：

1. 1995年修订了机械电子工程专业的教学计划，调整机械类与电子类课程的比例，减少机械类课程学时，增加电路、计算机、控制类课程学时。使该专业更适合机电一体化方向，使学生更适应新形势的要求。

2. 1996年建立了工业自动化专业，1999年筹建工业设计专业。

3. 大力引进或培养人才，1993年教师中有博士学位的仅一人。到2000年，有博士学位的教师13人，占师资总数的47%。博士生导师由2名增加到7名。

4. 积极参加学校的“211工程”建设。建成了两个部级重点实验室——“电接触实验室”和“邮电机械自动化与智能化实验室”。

5. 自1997年到2000年科研经费累计2000多万元，购置了一批仪器设备，为以后的科研打下了良好的基础。

6. 1997年开始招收了“计算机通信”专业成人大专班，不仅培养了大批学生，也改善了教学条件。

7. 1998年，建成机械工程硕士点一个。

8. 1999年，组织部分教授集资建设实验室用房1360m²，为后来扩大招收研究生打下了基础。

在该阶段，建有原邮电部的通信与电子系统连接可靠性部级重点实验室、邮电机械自动化与智能化部级重点实验室，国家认证监督委员会认证的电接触检测实验室，这些省部级实验室为专业的科研提供了支撑。

四．千禧年后的开枝散叶与基础夯实

4.1 发展简介

2000年，机械电子工程系正式更名为自动化学院。院长孙汉旭，副院长刘晓平、许良军，总支书记相俊英，刘晓平兼任副书记。

2003年，学院领导班子进行调整，院长孙汉旭，副院长许良军、杨军，总支书记相俊英，副书记庄育锋；2005年6月，相俊英书记调到北京邮电大学世纪学院任职，陈丽媛担任总支书记；2008年，根据学校的政策，聘请王天然院士担任院长，王院士于2008年12月2日到自动化学院参加了受聘院长仪式，学院执行院长孙汉旭，副院长许良军、贾庆轩，总支书记张正杨，副书记庄育锋。

图4.1王天然 中国工程院院士

图4.2 孙汉旭老师

图4.3贾庆轩老师

图4.4许良军老师

图4.5杨军老师

图4.6庄玉锋老师

图4.7 刘晓平老师

图4.8 陈丽媛老师

在这期间，自动化学院设置的本科专业有了较大的变化：

1. 2000年新增工业设计本科专业，由侯文君担任第一任教研室主任，王飞任支部书记，原工程图学的相关教师转入该专业。

2. 2001年新增检测技术与自动化装置硕士点，2002年新增测控技术与仪器本科专业，由高宝成担任第一任教研室主任，周慧玲任支部书记，机械专业部分老师转入该专业；

3. 2004年新增物流工程本科专业，2005年新增物流工程硕士点，由杨福兴担任第一任教研室主任，翁迅任支部书记，机械专业部分老师转入该专业；

4. 2008年接手建设自动化专业，由杨军担任第一任教研室主任，郭磊任支部书记，初始阶段该专业的全部教师都是由自动化学院的相关教师特别是机械工程专业的教师转入。

由此，自动化学院的学生规模有了很大的增加：本科生招生人数从2000年150人发展到2005年306人，研究生招收人数也由每年30多人扩大到每年120多人，机械工程及自动化专业每届本科生发展为每年3个班，90多人。

虽然2007年前后自动化学院进了一批新教师，但是因为自动化及工业设计等相关专业的设置导致教师分流，机械专业的专任教师数量仍然缩减为10余人，最少时为12人，随后因为多种原因教师数量缓慢增长，平均差不多两年新进一位教师。

在这期间，机械工程及自动化专业对应的为机电工程教研中心，属于自动化学院下设的二级单位，2000年左右由郝仰梅老师担任中心主任，樊利民老师担任支部书记， 2002年-2003年由魏世民老师担任支部书记，2003年魏世民老师转任中心主任，中心支部书记为李端玲老师，2008年李端玲出国做访问学者后由孔志刚担任支部书记。2011年，自动化学院重视本科教学工作，为各个教研中心配备专门负责教学的常务副主任，李金泉担任机电工程教研中心的教学常务副主任。

在这期间，机械工程专业稳步向前发展，在教学、科研、支撑平台等几方面夯实了基础。

4.2 教学方面

2010年机械工程及自动化专业申报了教育部第一批“卓越工程师培养计划”并获得批准，成为全国首批66家获批单位之一。王飞老师负责的工程图学课程被评为2009年度北京高等学校市级精品课程，王飞老师荣获2009年北京邮电大学教学名师奖。2011年《理论力学》（贾庆轩老师负责）获得“北京邮电大学2011年校级精品课程”荣誉称号，在此之前，《工程图学》（王飞老师负责）和《机械原理》（廖启征老师和魏世民老师负责，2004年）已分别获得北邮的校级精品课。

图4.9 工程图学被评为北京市精品课

2010年自动化学院与法国亚眠工程学院签署了双学位硕士研究生联合培养协议。可招收“机械工程”和“物流工程”专业获得研究生入学资格的学生。2010年机械工程及自动化专业获批国家级特色专业。

2010年12月，自动化学院与中国普天集团签署了产学研研究生联合培养基地协议。

2011年自动化学院通过召开多次院务会、两次院学术委员会，专门讨论了人才战略，明确高级职称人才在学院的学科战略发展需求。确定学院重点发展现有机械工程、控制科学与工程一级学科；同时，兼顾工业设计、物流工程和测控技术与仪器学科的全面发展的思路。

2011年3月11日，机械工程领域工程硕士贵州航天电器班正式开班，共有28名学员在读，这是自动化院举办的第一个工程硕士班，为今后以多种方式服务社会开创了先例。

2011年张恒文老师获北京邮电大学教学观摩评比二等奖。

2012年，与洛阳市中国一拖集团等单位进行接洽，签署了实习基地协议，从2013年开始由李金泉和2位老师+1位辅导员组成的教学团队，带领3个班90多名同学远赴洛阳在众多企业里进行实习，此举开创了北邮的先河。

4.3 学科建设

北邮的机械类学科建设始于1981年，1981年获得机械电子工程硕士学位授权点，机械设计及理论于1990年获得硕士学位授权点，机械制造及其自动化于2003年获得硕士学位授权点，到2006年，几个二级学科硕士点升级为一级学科硕士点：机械工程的硕士学位授权点。2008年，机械电子工程获得北京市教委的重点学科。

2003年获得机械电子工程二级学科博士学位授权点。

4.4 平台建设

在此期间建设的教学科研平台如表4.1所示，这些平台为学院和专业、学科的发展提供了支撑。

表4.1 平台建设

名 称	批准部门或 合作单位	批准时间
空间机器人技术教育部重点实验室（B）	教育部	2008
空间机器人技术教育部工程研究中心	教育部	2007
北京市邮政智能装备工程技术研究中心	北京市科委/邮政科学研究规划院	2017
安全生产智能监控北京市重点实验室	北京市科委	2010
电信测试实验室（原名：电接触检测实验室）	国家认监委	1994
北京市机电工程实验教学中心	北京市教委	2008
校内实训实践基地	北邮华飞研究所	2003
校外产学研联合培养基地、实训实践基地	中国空间技术研究院北京空间飞行器总体部	2013
	北京市报刊发行局	2006
	普天物流技术有限公司	2008
	中国一拖集团等	2012

4.5 科研方面

2013年前后，自动化学院领导班子确定了机械工程学科的6个优势发展方向及学科带头人，如表4.2所示（摘自学院的报告）。

表4.2 机械工程学科的优势发展方向

当时的优势科研方向简介（摘自学院的报告）如下：

1. 空间机器人技术

1) 1995年，研制成功了我国首台气浮式大型舱外机械臂，1999年获部级科技进步二等奖。2006年完成了国家863飞行机器人的重点项目研制，2007年空间机器人技术XXXX项目获军队科技进步二等奖；

2) 研制出了BYQ-1、BYQ-2、BYQ-3等球形机器人样机，通过了北京市组织的部级鉴定会，被认为达到国际先进水平；

3) 2007年，空间机器人技术教育部工程研究中心获得批准建设。这是国内目前唯一的空间机器人工程研究中心；

4) 2008年，空间机器人技术教育部国防科技重点实验室获得批准建设。    

图4.10 球形机器人

图4.11 模块化机器人

序号	课程名称	精品课级别	批准年份
1	工程图学	北京市级	2009
2	理论力学	校级	2011
3	机械原理	校级	2004

年份	项目数量		金额（万元）		项目总数	经费总额 （万元）
	纵向	横向	纵向	横向
2001	3	3	30	97	6	127
2002	8	6	80	90	14	170
2003	2	5	22	75	7	97
2004	5	11	620	117	16	737
2005	4	6	63	105	10	168
2006	7	8	283	41	15	324
2007	9	7	322	145	16	467
2008	8	6	139	91	14	229
2009	11	10	230	70	21	299
2010	11	4	375	85	15	460
2011	11	9	284	199	20	483
2012	5	11	301	320	16	621
2013	13	16	941	463	29	1404
2014	4	20	174	426	24	600
2015	4	8	143	284	12	427
2016	5	16	93	396	21	488
2017	13	17	351	281	30	632
2018	5	17	237	618	22	854
2019	13	20	601	591	33	1192
2020	12	20	474	576	32	1050
2021	12	29	648	893	41	1542
总额	165	249	6411	5960	414	12370

六．现阶段机械工程学科各科研实验室简介

说明：各个实验室的简介是由各实验室自己提供的资料，由李金泉统稿而成，其中，空间机器人技术教育部重点实验室发展简史是陈钢老师和费廷军博士撰写，空间机器人教育部工程中心发展简史是宋荆洲老师撰写，北京邮电大学机器人实验室发展简史是张英老师撰写，物流自动化技术与监控实验室是刘晓平老师撰写，电接触实验室是孔志刚老师撰写，医疗机器人实验室是苏柏泉老师撰写，智能装备实验室是李金泉老师撰写。

6.1空间机器人技术教育部重点实验室发展简史

空间机器人技术教育部重点实验室（B类）依托北京邮电大学，于2008年5月经国家教育部批准建设，于2013年建成并通过教育部验收。实验室长期从事空间机器人方面的研究工作，以建立空间机器人技术领域具有国际先进、国内领先水平的高层次人才培养，科学研究及工程技术开发的重要基地为目标，开展一系列基础性、战略性、前瞻性、综合性的研究工作。成立至今，已承担并完成国家973计划、863计划、国家自然科学基金、国家科技计划等多项重大科研任务，取得了大量基础理论研究与应用成果。

6.1.1团队负责人与研究团队组成

2008年-2017年是实验室发展的第一阶段，由孙汉旭教授担任实验室主任，由贾庆轩教授担任副主任。期间，实验室共有研究人员58人，其中固定研究人员42人，流动人员16人。固定人员中，教授20人，副教授17人，长江学者特聘教授1人。流动人员包括访问学者、博士后研究人员、客座研究人员。

孙汉旭，教授，博士生导师 主要研究空间机器人技术、移动机器人技术等。

贾庆轩，教授，博士生导师 主要研究空间机器人技术、先进机器人技术等。

2017年至今是实验室发展的第二阶段，由贾庆轩教授担任实验室主任，由陈钢教授担任副主任。期间，实验室共有研究人员64人，其中固定研究人员48人，流动人员16人。固定人员中，教授20人，副教授20人，讲师8人。流动人员包括访问学者、博士后研究人员、客座研究人员。

6.1.2研究方向与标志性科研成果

空间机器人技术教育部重点实验室自成立以来，紧密结合国家921载人航天工程的重大战略发展需求，围绕在轨服务机器人、深空探测机器人、自由飞行机器人等展开研究。研究期间，积极承担并参与国家航天科研部门主导的各类型号装备的重大横向、纵向协作任务，努力突破项目中所涉及的关键技术与关键理论。自2008年以来，实验室累计承担各类纵向和横向科研项目192项，总经费达9770余万元，其中纵向科研课题104项，经费约3560万元；横向课题88项，经费约6210万元。其中主要包括：

（1）项目名称：国家高技术研究发展计划（863计划）-XXX系统原型样机研制

该项目以研制XXX系统为目标。为此，项目组围绕包括六自由度机械臂、手爪、支撑锁紧机构、中央控制计算机等组件的机械手系统原型样机研制、集成与测试，以及对机械手系统各种关键技术的攻关、验证等方面开展研究工作。

研究成果主要包括：研制了一套包含碳纤维臂杆、中央控制器、机械臂锁紧机构、手爪、一体化双关节等部组件的机械臂原理样机，开发了一套具备容错能力的机械手控制软件，同时设计了机械手自由飞行、自由漂浮状态的机械手运动学、动力学分析、优化等相关算法。本项目的研究成果可以用于空间站的装配、监测和维修，用于进行舱内科学实验的维护和照料；可以代替宇航员的一部分工作，从而减轻宇航员负担，或者在宇航员不在时完全代替宇航员工作。本项目研究成果的应用可以提高我国的航天器使用效率，使航天器在长期无人职守期间能够继续高效地进行空间科学实验和军事应用。

图6.1.1 一体化双关节实物

图 6.1.2 碳纤维机械臂臂杆实物

（2）项目名称：国家973重大基础理论研究项目—航天机构使用可靠性系统控制基础理论研究

考虑空间环境的复杂性，航天机构长期服役过程中性能退化明显且难以维护维修，航天机构应用过程中故障多发且影响恶劣，如何保持并提升航天机构系统的使用可靠性是航天机构投入太空应用的迫切需求。为此，项目组面向正常状态执行任务代价最小化、非正常状态完成任务概率最大化、服役周期内机构性能衰减最小化这三类任务，开展航天机构使用可靠性系统控制基础理论研究，以提升、保持使用可靠性。

研究成果主要包括：建立一套航天机构使用可靠性系统控制的理论体系，能够实现航天机构长期在轨服役过程中使用可靠性的保持与提升；提出一套能够应用于航天机构使用可靠性系统控制中的控制模型在线重构与切换方法，能够实现航天机构故障的自主处理；综合考虑航天机构使用可靠性和时变动态约束等，提出一套航天机构多约束多准则任务规划方法，能够实现航天机构全寿命周期使用可靠性的保持。本项目的研究成果为航天机构使用可靠性保持及提升奠定了基础，且部分研究已应用于空间站机械臂及探月三期表取采样机械臂的型号研制中，产生了较大的国际影响力。

图 6.1.3 基于使用可靠度的空间机械臂使用可靠性控制系统模型

（3）项目名称：探月工程中表取采样机械臂任务规划与仿真技术研究

探月工程分“绕、落、回”三步走，其中探月三期的主要任务是发射嫦娥五号探测器，完成月面取样返回任务。项目组主要承担了嫦娥五号表取任务规划仿真平台的研发以及机械臂相关算法的研究工作。

研究成果主要包括：在表取机械臂的路径规划、干涉检测、避障任务规划等理论算法方面取得了关键性突破，其中提出了基于空间几何法的机械臂位置级逆解算法，用于解决四自由度表取采样机械臂运动学逆解效率低下问题；设计了一种碰撞检测技术，以保证表取采样机械臂安全顺利执行复杂操作任务；提出了基于改进A*算法的任务规划方法，在避免发生碰撞与约束超限的前提下优化资源配置；提出了基于柔性误差建模的机械臂精度补偿算法，弥补机械臂因跨度大、具有柔性等原因带来的末端定位精度不足；提出了具备自学习功能的快速避障路径规划方法，使机械臂具备快速躲避障碍物的能力，从而确保采样任务的顺利完成。同时优化了平台的任务调度、数据管理以及网络通信等功能，研制一套了表取采样机械臂规划与仿真软件，可实现无人值守表取采样任务自主规划，使机械臂高精度、高自主完成月壤表取采样任务。本项目的研究成果应用于我国探月三期表采机械臂系统和在轨运控系统的研制中，提升了机械臂的末端操作精度，优化了表取采样等任务的执行效果，并为我国探月计划的顺利开展以及空间机器人从自主走向到高度智能化发展奠定重要基础。

图 6.1.4 嫦娥五号探测器	图 6.1.5 表取采样机械臂
图 6.1.6 补偿前后表取采样机械臂末端定位精度对比图
图6.1.7 表取采样机械臂规划与仿真软件界面

（4）项目名称：空间站机械臂地面操作系统研制

该项目研究目标：利用空间站机械臂辅助航天员完成空间搭建和载荷维护等任务，将大大降低航天员的出舱风险，减轻航天员的工作压力，提高空间探索活动的效率。项目组主要承担了我国空间站天和核心舱机械臂研制中面临的舱体爬行、舱段组装、悬停飞行器捕获等技术难题攻关工作。

研究成果主要包括：针对机械臂配合空间站长期在轨服役时易发生关节故障的问题，提出了空间站机械臂容错路径规划算法，扩展了机械臂故障情况下任务完成能力；根据太空环境、空间站状态等信息，提出了空间站机械臂任务规划算法，对空间站机械臂大范围移动，如舱段转位和舱位爬行，提供符合任务期望要求的任务规划方案，并以任务中间点的形式给出，以此满足避障、限制关节运动范围等目标，提高了机械臂在不同环境下对各类任务的执行能力和适应性；面向中国空间站机械臂在轨服务的各阶段任务，瞄准在轨操作任务执行过程的预演与仿真要求，研制了空间站机械臂任务仿真验证软件系统，通过在实际任务执行前对任务执行效果进行仿真预演，排除任务失败或机械臂与环境干涉风险，确保任务可靠完成。本项目的研究成果应用于我国空间站机械臂研制，全面提升了机械臂在轨任务作业效率，保障了空间站的建造与运营，并对空间站机械臂的研制和地面遥操作系统的建设提供了有力支撑。

图6.1.8 空间站机械臂任务仿真验证软件系统

此外，实验室还围绕特种机器人、计算机视觉、人工智能、3D光场显示等领域开展了技术攻关工作，突破了一系列关键技术，为实现空间机器人、移动机器人等相关技术应用奠定了重要基础。

6.1.3学生培养与学术成果

空间机器人技术教育部重点实验室不仅是空间机器人技术基础研究和应用基础研究方面一流的实验和研究平台，还是重要的空间机器人技术人才培养基地。自成立来，实验室培养和造就了多名学术领军人才，为国家输送了大批优秀的博士、硕士等国防科技人才，共计博士生38人、硕士生257人。实验室培养的硕博士研究生中，35人获得北京市、校级优秀学位论文。总共输送50余毕业生到航天单位工作，已经成为国内空间机器人技术人才的重要培养基地。

在实验室全体成员的共同努力下，自实验室建立以来，取得了丰富的研究成果。实验室成员共出版专著5部，其中陈钢教授出版《空间机械臂使用可靠性系统控制理论与优化控制方法》、《空间机械臂建模、规划与控制》和《空间机器人导论》三部专著均入选“十三五”国家重点出版物出版规划项目。

此外，实验室成员在《Mechanism and Machine Theory》、《Chinese Journal of Aeronautics》、《Robotics and Computer-Integrated Manufacturing》、《Journalof Guidance, Control, and Dynamics》、《Acta Astronautica》等国内外重要期刊和会议上学术论文832余篇，其中SCI检索184篇，EI检索648篇；已申请国防专利1项、国家发明专利455项、实用新型专利3项、国际发明专利1项；并基于上述学术研究，荣获中国人民解放军科技进步二等奖、中国人民解放军科技进步三等奖、中国机械工业科学技术奖一等奖、中国分析测试协会科学技术奖二等奖等共计5项。

图6.19 获奖证书

图 6.1.10 出版专著

6.1.4代表性硬件设备

伴随着实验室承担与参与越来越多的横向、纵向科研项目，实验室目前拥有多类实验设备，可用于开展空间机器人相关研究，满足各类科研项目的使用需求。主要包括机械臂相关设备（自制机械臂、工业机械臂、灵巧手等）、测量与分析仪器设备（深度视觉传感器、激光跟踪仪等）等。这些设备有力的保障了实验室承担的973、863、国家自然基金等项目的顺利完成。具体介绍如下：

（1）机械臂

实验室现有两条自主设计、研发的六自由度机械臂(如图6.1.13)、七自由度机械臂(如图6.1.14)，FRANKA机械臂（如图6.1.11），UR10机械臂（如图6.1.12），可用于机械臂多种地面运动、操作实验的开展，如抓取、搬运、旋拧等。此外，实验室还有由雄克机械臂搭建而成的双臂机器人（如图6.1.15），具有一定的协调操作能力，可用于双臂协调操作任务实验；以及自由漂浮机械臂（如图6.1.16），可用于空间机械臂多种运动任务实验的开展，如大负载操作任务等。

（2）机械手

如图6.1.17、6.1.18，实验室现有机械手两只（大寰两指手、Robotiq三指灵巧手），可以拾取任何形状的任何物体，常安装在机械臂末端作为执行机构。

图 6.1.17 大寰两指手

图 6.1.18 Robotiq三指灵巧手

（3）精密数据采集设备

实验室现有精密数据采集设备包括：激光跟踪仪(如图6.1.19)、激光测距仪（如图6.1.20）。其中，激光跟踪仪具有精确标定、精准测量、实时追踪的特点，用于测量机械臂末端的位姿，为实验收集样本数据；激光测距仪利用激光对目标进行准确测量，反馈对象与目标的距离信息。

图 6.1.19 Leica AT901激光跟踪仪

图 6.1.20激光测距仪

（4）一般数据测量设备

实验室现有一般数据信息测量设备包括：深度视觉传感器（如图6.1.21）、触觉传感器（如图6.1.22）、六维力传感器（如图6.1.23）、超声传感器（如图6.1.24）。其中，视觉传感器用于获取外部环境的图像信息；触觉传感器用于判断机器臂是否接触到外界物体；六维力传感器用于精确测量机械手x、y、z三个方向的力和力矩；超声传感器通过声音信号检测机器人与障碍物的距离。

图 6.1.21 ZED-2i深度视觉传感器	图 6.1.22 uskin触觉传感器
图 6.1.23六维力传感器	图 6.1.24超声传感器

（5）信息处理设备

实验室现有信息处理设备包括：NI数据采集卡（如图6.1.26）、高性能计算机（如图6.1.26）。其中，数据采集卡用于实时储存及处理机械臂状态信息；高性能计算机用于各种实验数据的处理和计算。

图 6.1.25高性能计算机

图 6.1.26 NI数据采集卡

6.2空间机器人教育部工程中心发展简史

6.2.1空间机器人教育部工程中心概况

空间机器人技术教育部工程研究中心（以下简称“工程中心”）是2007年10月经国家教育部批准，以北京邮电大学作为依托单位，联合中国航天科技集团有限公司第五研究院总体部、中国航天科技集团有限公司第五研究院第五一三研究所（烟台），由高校和科研院所两部分在有形和无形资产上给予重点支撑组建而成的，目前已成为国内外机器人技术领域的知名科研机构之一。

工程中心主任由机器人学领域著名专家、我校孙汉旭教授担任至今。2018年7月，工程中心以优异成绩通过教育部验收。2020年9月，工程中心顺利通过了由教育部组织的2015-2019五年期运行评估。

工程中心的建设与发展支撑“机械工程”和“控制科学与工程”两个一级学科博士点，瞄准空间机器人技术领域科技发展趋势，围绕国家航天工程重大战略发展需求，聚焦空间机器人关键核心技术攻关和工程化应用，开展在轨服务机器人技术、机构设计与系统控制、地面验证与系统仿真、星球探测机器人、星地通讯与精确测距等方向研究，在关键核心技术、工程化应用、成果转化与技术转移三个层次上推进工作，实现了重要的技术创新和突破，形成一批自主知识产权，为我国重大航天工程提供了有力的技术支撑。

同时，成为国内外知名的空间机器人技术创新人才培养基地。目前，工程中心现有固定研究人员近60人，总用房面积6000余平方米，仪器仪表原值3000余万元。

6.2.2重要科研成果

工程中心主要面向航天领域国家重大战略需求，承担了该领域相关的大量国家重大、重点项目，通过核心技术攻关，取了一批重要科研成果，并获得了多项科技奖励。

工程中心获得的主要科技奖励如表6.2.1所示。

表6.2.1 工程中心科技获奖情况

1. 空间机械臂一体化关节

空间机械臂技术是我国航天工程的一项重要关键技术，是完成后续在轨操控任务的重要基础。空间机械臂技术涉及多项关键技术，其中，一体化关节作为一个机、电、热、控高度集成，天地一体化协调统一的空间机电产品，是整个机械臂产品的核心部件，具有很强的技术牵引与带动作用。其中涉及的高精度机械加工，电子器件与芯片，长寿命、高精度空间用轴承，长寿命、高精度空间驱动与测量技术，空间材料及摩擦学，高速大容量数据传输等多个行业以及技术领域的发展。

工程中心开展了空间机械臂一体化关节地面实验样机的研究工作，如图2.2.1所示。在大量的前期工作积累基础上，依托工程中心的五院总体部中试基地开展了空间机械臂一体化关节工程化研究，关键技术涉及交流永磁电机驱动技术、高精度绝对值码盘处理技术、高可靠空间控制电路设计、高可靠总线通信技术、高可靠数据处理系统设计等，并首次采用了一体化热控技术和大负载、高转速润滑等技术，并完成了一体化关节的性能测试和空间环境测试，性能指标达到国外领先水平，具体包括：

l 控制对象：2台交流永磁同步电机；

l 母线供电电压：90V-120V；

l 总线类型：1553B总线；

l 计算性能：32位浮点运算能力60MHz，具备EDAC、软件在线注入、软件实时刷新等功能；

l 传感器类型：旋转变压器、热敏电阻、力矩传感器、到位开关等；

l 控制算法：交流永磁同步电机三闭环控制、关节前馈控制、FPGA定时刷新算法等；

l 关节控制精度：关节定位精度±1.5′、速度控制精度≤0.01°/S；

l 控制器功耗≤19W；负载输出功耗≥300W；重量≤6.5kg。

 

图6.2.1 空间机械臂一体化关节

图6.2.2 嫦娥五号表采机械臂

图6.2.3 载人航天空间站大型机械臂

工程中心研制的空间机器人一体化关节已经成功应用于载人航天空间站机械臂和嫦娥五号表采机械臂等航天工程项目，如图6.2.5和6.2.6所示，并后继在空间在轨构建、空间碎片清理等在轨服务机械臂项目和空间探测中小型机械臂项目中将会有广泛应用。

2．大型空间机械臂中央控制器

机械臂中央控制器是机械臂系统任务管理分系统单机设备，用于完成机械臂任务规划、数据管理、协调控制等功能，是空间机械臂的通信枢纽与控制中心。它包括高性能处理器、实时操作系统及由调度管理、路径规划、控制等模块构成的应用软件。机械臂中央控制器关键技术涉及双DSP数据交互技术、机械臂路径规划算法、机械臂避障控制检测、高可靠空间控制电路设计、高可靠总线通信、高可靠数据处理系统设计等。

工程中心联合成员单位承担了多项国家863相关技术研究项目，依托工程中心五院五一三所中试基地，完成了机械臂原理样机系统联试和整臂测试，测试过程中设备工作稳定，软硬件配合良好，路径规划和整臂状态正确，路径规划时间由原来的100ms减小到5ms左右，指令存储容量增加到1000条，极大自主控制能力和设备实用性。中央控制器负责控制7个机械臂关节和1个机械手抓，实现路径规划、避障检测、故障诊断，遥操作指令存储量1000条，预编程指令存贮量1000条；空间机械臂三维路径规划时间10ms，机械臂遥测采集频率为1次/500ms；关节控制器遥测采集频率1次/100ms；具备两路独立CAN总线接口，每路可控制CAN总线终端不少于22个。

 

图6.2.4 大型空间机械臂中央控制器

中央控制器集成了机械臂系统任务管理分系统所有控制任务，设备性能指标大幅度提升的同时，设备的重量仅有1.86Kg，功耗仅3.4W，大大节约了系统的重量和系统功耗，节约了发射成本，性能指标处于国内先进水平，相关技术已被后续多个预研及型号任务使用，具有高可靠性和通用性，可适用复杂机构及机器人算法实现和控制，技术产品有广泛应用前景。

3. 采样机械臂中央控制单元及规划控制系统

“探月”工程是我国首次对地球以外星体和空间环境开展的近距离探测，将为我国进行更大范围的深空探测进行技术上的准备。作为关键执行单元，深空探月机械臂系统用于无人条件下月球表面一定区域内多点样品的自动采集，并完成对采集样品密封装置的转移，对我国航天事业的发展具有重大意义。

由中心航天五院总体部牵头，联合北京邮电大学、航天五一三所等单位，工程中心承担了探月三期“某型号采样封装分系统表取采样机械臂”项目。其中，依托单位北京邮电大学2014年1月承担了《表取采样机械臂规划与仿真系统》的研发以及机械臂相关算法的研究工作，并于2015年10月通过了该领域专家组的答辩验收。

采样机械臂缺乏高效的碰撞检测方法，同时现有方法仅考虑刚性机械臂几何参数误差、末端定位精度极低，而且也缺乏采样机械臂遥操作任务中央控制系统及任务仿真验证软件。工程中心克服了月表环境高非结构化环境下机械臂柔性变形带来的末端定位误差建模与补偿困难等挑战，采用低模块耦合中央控制系统及任务规划仿真软件架构设，采用点云模型来离散化复杂曲面从而精确描述整个机械臂外形和环境场景，通过建立点云模型二叉树结构快速遍历算法，实现了采样机械臂的快速碰撞检测；表取采样机械臂的柔性变形极大影响采样任务过程末端操作精度，综合考虑几何参数误差与柔性变形误差，提出了综合误差建模方法及精度补偿技术，通过补偿机械臂末端采样封装绝对定位精度，大幅提升表取采样任务执行精度。研制了采样机械臂遥操作中央控制系统与规划仿真软件，提升了采样任务执行时机械臂与环境间碰撞检测效率及精度。

刚体点云模型效果图

干涉效果展示

图6.2.5 采样机械臂规划方法与定位精度提升

4．智能消防机器人

随着我国城市化水平的迅猛发展和现代化程度的不断提高，工业水平有了飞速的发展和进步，各种大型石油化工企业的不断增多，使易燃易爆、有毒化学制品的数量急剧增加，由于设备及管理方面的原因，导致化学油品、燃气、毒气泄漏、爆炸等灾害隐患不断增多。一旦事故发生，如果没有有效的救援装备和方法，救援人员将无法进入事故现场，如果贸然采取行动，往往会造成无辜生命的牺牲，付出惨重的代价。因此，研发一种能够代替消防救援人员进入易燃、易爆、有毒、浓烟、易坍塌建筑物等危险环境中执行任务的智能消防机器人，解决消防人员在危险事故现场面临的人身安全、数据采集不足等问题，有着重要的工程实践意义和市场价值。

工程中心受国际五百强企业西门子(中国)研究院委托，经过技术攻关，面向灾备救援的国家和行业需求，完全自主研发了某型600kg级全地形适应能力的智能防爆消防机器人AGV，该消防机器人实现产业化应用。

工程中心通过技术攻关，于2019年9月完成了消防机器人产品的设计与交付、联试工作，2019 年12 月完成1 台初试样机的路演和鉴定级试验，3个月后完成首批量产和产品发布。AGV设计了全新的增强型克里斯蒂悬挂系统，极大改进了重型负载车的减振动力学响应，实现了“三防”——防水（传动系统满足IP67动密封标准）、防（可穿越120度高温区）、防爆（ 满足GB3836.2 隔爆设计标准）。

图6.2.6 智能消防机器人

5．爆炸物应急处置机器人智能收放缆系统

北京邮电大学空间机器人工程研究中心受航天三院33所委托，针对军用排爆机器人对于防爆操作的技术要求，开发了一种小型化、可车载的排爆机器人自动收放缆装置。为解放军某部研制了可车载使用的应急处置排爆机器人自动收放缆系统，该系统已经产业化应用。

随着城市建设的迅速发展，城市突发“公共安全”时间时候发生，尤其是涉爆事件，这类事件往往是在爆炸物品生产、经营、储存、运输、使用和废弃爆炸物品处置等过程中突然发生，造成或者可能造成重大人员伤亡、财产损失、生态环境破坏和严重社会危害。爆炸物的形式多种多样，爆炸原因复杂多变，因此目前对于爆炸物的应急处置对人员要求较高，随着机器人技术的不断发展，国内外各涉爆应急处置单位都不约而同将应急处置任务交给了机器人处理，但机器人自身由于体系复杂等原因，造成其防爆安全性很难得到保证，尤其是在易燃物爆炸应急处置现场，要求机器人不能成为二次爆炸的源头。为防止机器人自身原因造成现场二次爆炸，除机器人本体进行防爆处理外，采用有线通信代替无线通信也是重要的防爆技术要求。

本研究创新性的提出线缆卷筒与驱动保护装置一体化设计方案，实现了收放缆机构的小型化、模块化设计；创新性的将收放缆长度测量及张力测量传感器集成于线缆分线器中，实现了集成化设计；采用二级齿轮联动实现了卷筒阻尼的动态加载。卷筒智能化传感器布置，解决了线缆布放时的过放问题，实现了对线缆收放装置的智能保护。

该装置具备与排爆机器人数据通讯能力，可在排爆机器人控制下自动完成通讯线缆的收放，并具备收放缆长度测量、线缆张力检测功能，可在线缆张力超过线缆许用应力值前实现脱钩保护。所研制的移动机器人小型自动收放缆装置已经成功应用于军队某型号排爆机器人，并取得了良好效果。其性能指标如下：

1) 尺寸（长*宽*高）：380*400*245（单位mm）

2) 收放缆长度500m，收缆速度1.5m/s

3) 具备长度测量功能，具备极限放缆安全保护功能

4) 传输信号标清视频480P，双向数据传输（485）

5) 重量33kg

 

（a）实物样机 （b）应用证明

图6.2.7 小型智能收放缆系统

6．热力管廊巡检机器人

工程研究中心受北京市热力集团委托开发用于地下热力管网的巡检机器人系统，是我国热力行业首次采用移动机器人进行地下管网巡检的机器人系统，极大提高了热力管廊巡检的自动化程度，降低了人工巡检的劳动强度。

随着我国综合国力的快速增长，城市集中供热建设近年来发展迅猛。北方大部分城市都已经建立起大型热电厂，向城市以及其周边地区进行集中供热。以北京市为例，北京市拥有全世界最大的供热系统及供热管网，北京市热力集团是目前全国最大的集中供热企业，担负着全市8座大型热电厂、3座尖峰燃气供热厂和12座自营供热厂热能的生产、输配、运行与管理工作；负责党中央、国务院、驻京部队、各国驻华使馆、国家部委、北京市政府机关、大型宾馆饭店等公共建筑以及居民住宅的采暖、生活热水和部分工业用热。

随着集中供热系统规模的扩大以及运行时间的增长，由于管道磨损、设备老化、化学腐蚀等因素的影响，供热管道故障时有发生，其中以泄漏故障最为常见。其发生的时间和地点大多无规律可循，这对供热管网的运行和维护管理造成极大的影响，严重妨碍了热网运行的经济性与安全性。另外在北方地区，冬季天气十分寒冷，而主要的取暖措施就是暖气，所以热力管道的泄漏不仅造成水资源的浪费，经济的巨大损失，更重要的是给人们的生活带来诸多不便。

随着机器人技术的发展，机器人开始被应用于智能电站巡检、电缆沟巡检、井下救援等领域，为供热管网的在线巡检，提供了一个新的方向。地下供热管网的工作环境恶劣（如高温、无光照、蒸汽、空间小等），机器人巡检的实现难度比较大，工程研究中心通过技术攻关，研制了用于城市热力管网巡检的机器人系统，其技术指标如下：

1) 越障高度：>=90mm；涉水深度：>=90mm；

2) 最高工作温度：130度；最高工作湿度：100%；

3) 连续工作时长：100分钟（环境温度小于60度），热力管沟巡检距离最长200米；

4) 具有图像传输、显示与储存功能；

该机器人是我国首个应用于城市地下热力管网的巡检机器人系统，其其研究成果得到了北京市人力集团的肯定，北京晚报也对本研究的成果进行了报道，目前该项目的工程化应用也正在进一步开展中。

 

（a） 北京晚报报道 （b）机器人实物

图6.2.8 热力管廊巡检机器人

7．机器人关节性能测试平台

工程中心承担了军口863某型号项目XXX机械手系统双关节性能测试平台研制。该平台由一体化双关节主要性能指标地面测试设备和关节内走线力学性能地面测试设备两部分组成，可用于测试双关节力矩输出特性、角度输出精度、角速度输出特性及关节内部走线干扰力矩、电源功耗测试。

交付使用的空间机械手一体化双关节地面试验样机部分地面测试设备严格按照任务书要求技术指标研制，并在此基础上对一体化双关节地面试验样机进行了关键性能参数的测试工作，测试结果良好，充分证明了该系统具有良好的测试性能，可以满足空间机械手一体化双关节各项指标的测试工作。同时，该测试系统还可以进一步推广应用，能对相同指标要求的同类关节进行性能测试，展示出良好的应用前景。

该平台是我国首台针对双关节特性进行测试的测量设备，该平台服务于该型号项目机械臂关节性能测试任务。

图6.2.9 关节性能测试平台

8．空间舱内服务机器人综合服务系统

在863项目的支持下，面向未来空间站在轨无人值守下的实验载荷照料等任务需求，工程中心成功研制了一套由9自由度（包括一个移动导轨）机械臂系统和视觉定位系统构成的空间舱内机器人地面实验平台。该系统突破了超冗余机械臂的协调操作运动规划、模块化关节及三指自顺应手爪研制等多项关键技术；基于该平台完成了典型的空间舱内实验如试验载荷照料、开关抽屉、按按钮等操作，所积累的技术储备为我国未来空间站运行和维护提供了有力的技术保障。

基于研究成果，工程中心建立了带移动导轨的舱内三分支机器人系统地面实验平台，针对空间舱内机器人从事的典型操作任务，设计了拉抽屉、按按钮、抓取棒料、投放传递物料四项有代表性的实验，实验结果验证了整个舱内机器人地面演示系统的性能。

（a）空间舱内服务机器人

（b）三分支舱内服务机器人协调操作

图6.2.10 空间舱内三分支服务机器人系统地面试验系统

9．空间柔性机器人动力学/控制耦合系统

在教育部重大项目的支持下，针对空间机械臂大跨度、高负载而带来的机械臂柔性问题，工程中心开展了空间机械臂柔性动力学特性的研究工作，取得了重要的研究成果：提出了空间柔性机器人动力学/控制耦合系统理论模型的构建方法，解决了空间柔性机器人的动力学分析问题；采用动力奇异方法研究了空间柔性机器人的运动稳定性问题，提出了保持柔性机器人运动稳定性的有效方法；建立了柔性机器人反馈约束特性分析的解析方法并进行实验论证；提出了利用可控局部自由度形成Rayleigh阻尼和陀螺力以进行振动控制的理论方法，实现了空间柔性机器人残余振动的快速抑制；发展了一种适合在轨实时运动的终端滑模控制算法，解决了空间柔性机器人非最小相位系统的振动鲁棒控制问题。

图6.2.11 空间柔性机械臂控制实验系统

10．地表排爆机器人

基于空间机器人运动导航与控制技术成果，设计并研制了地表XXX排爆机器人样机系统，包括聚能射流发射装置、移动机器人平台、哑弹探测系统、数据链路与安全传输系统等，进行了样机的功能与性能测试，并在在某军工研究所试验场完成了实弹销毁演示验证试验并取得了预期的效果。该机器人系统已交付中国人民解放军总装备部某基地使用。

图6.2.12 排爆机器人

11．基于球形水下机器人的水下观测平台

基于球形水下机器人的水下观测平台主要面向水下机器人的性能测试需求。该系统主要包括地面操控监测平台和水下观测平台两部分，其中地面操控监测平台用于操作人员在地面对机器人下达运动指令和监测机器人的运动状态和数据采集结果。水下观测平台通过BYSQ3搭载观测设备潜入水下，运动到任务地点后，按照地面操控监测平台传来的指令执行水下观测任务，将观测结果传回地面。球形机器人的整套水下观测系统的组成如下图所示，机器人的水下环境观测实验如图6.2.20所示。

图6.2.13水下观测系统组成

 

(a) 机器人实验设备   (b) 机器人潜伏水底

 

 （c）艏角0度观测图片 （d）艏角30度观测图片

 

（e）艏角为60度观测图片 （f）艏角90度观测图片

图6.2.14 机器人在泳池底部观测图

基于该实验平台可以开展水下机器人观测实验，具备水底测距，障碍物测量，水下机器人定位轨迹跟踪等验证能力，利用该平台支撑了我国水下机器人相关项目的验证，具有重要意义。

12．具有质心径向可变能力的球形机器人

具有质心径向可变能力的球形机器人（BYQ-GS）通过使重摆具备径向位置变化能力，实现球形机器人的质心由球壳下半部分转移到球壳的上半部分。BYQ-GS型球形机器人示意图如下图所示，主要由球壳以及完全包裹在球壳内部的驱动机构两个重要部分组成，驱动机构为核心部分，球壳为运动的最终实现部分，并且起到复杂运动环境下保护驱动机构的作用。

图6.2.15 BYQ-GS型球形机器人示意图

BYQ-GS型球形机器人的驱动机构图如图6.2.22所示。通过垂直安装在主框架上的长轴电机和短轴电机能够驱动配重在球壳内部沿着长轴或短轴方向进行周向转动，进而在两个电机的配合下驱动球壳运动。直线提升系统如图6.2.23所示，其通过支撑架与主框架连接，当重摆位于球壳下半部分且球形机器人处于静止状态时，通过直线提升系统电机与传动机构能够使固定在重摆支架上的重摆沿着直线模组向球壳上半部分移动，且重摆在上升过程中，球形机器人能够由静平衡状态转换为动平衡状态。BYQ-GS型球形机器人通过直线提升系统使重摆具备径向位置变化能力，进而使球形机器人具备重摆驱动模式（模式1）与倒立摆驱动模式（模式2），如图6.2.24所示。

1-重摆 2-主框架 3-惯性航姿测量系统（IMU） 4-长轴电机 5-短轴电机

6-嵌入式控制系统 7-高精度定位测向板卡（RTK） 8-数传电台 9-直线提升电机

图6.2.16 BYQ-GS型球形机器人驱动机构图

       图6.2.17 直线提升系统示意图                                            图6.2.18两种运行模式时驱动机构状态   

BYQ-GS球形机器人系统分为位姿反馈系统、核心控制器、球形机器人本体、通讯系统4个单元。位姿反馈系统包含电机编码器、惯性航姿测量系统（IMU）、高精度定位测向板卡（RTK），采集球形机器人配备的传感器数据，加以解算后得到球形机器人的运动状态信息，包括全局位置、航向、速度、姿态；核心控制器包括一个嵌入式控制系统，接收运动状态信息作为反馈，计算控制量输入球形机器人本体，并将反馈通过通讯系统传回上位控制机实现球形机器人运动状态监控；球形机器人本体通过与控制器并联的长短轴直流无刷电机驱动器接收控制命令，驱动机体进行运动；通讯系统包括串行总线、无线电台，串行总线用于实现控制系统各部分硬件之间的有线连接，无线电台用于球形机器人与上位控制机之间的无线通信。

6.2.3科研经费

自2007年10月经教育部批准建设以来，工程中心通过申请国家科技计划项目、主持和参与航天科研部门航天工程项目、成果转化及社会服务，工程中心每年的科研经费一直处于稳定上升态势，支撑团队取得了卓有成效的研究成果，总体情况如下。

1）工程中心建设期间，（2007.10-2018.7），累计承担各类纵向及横向科研项目461项，合同经费额度总计64894.2万元。

2）在2015-2019五年运行评估期间，工程中心各类项目累计221项，合同经费累计达286605.4万元，其中与地方、行业有深入的合作，成效显著，校企合作项目156项，合同金额8727.4万元。

3）近两年来科研经费情况

2020年，到账经费3086万元，纵向2399万元，横向687万元。

2021年度，到账总经费3289万元，纵向经费2205万元，横向经费1084万元。

6.2.4论文、专著、标准或专利等发表或授权情况

1）论文发表情况

工程中心自创建以来至今，在国内外《Chinese Journal of Aeronautics》、《International Journal of Aerospace Engineering》、《机械工程学报》、《机器人》等航空航天领域及机器人技术领域核心期刊上发表学术论文约1285篇，其中约295篇被SCI收录。

2）专利授权情况

工程中心自创建以来至今，共申请专利600余项，已获授权专利270余项。

3）国家或行业标准制定情况

2015年1月，经国家标准化管理委员会批准，工程中心联合原国家质检总局特种设备局、福建省特种设备检验研究院成立了“全国特种作业机器人标准化工作组”，工作组秘书处由北京邮电大学与福建省特种设备检验研究院共同承担，依托工程中心，北京邮电大学也是国家机器人标准化总体组成员单位。

工程中心依托全国特种作业机器人标准化工作组，制定了包括《特种机器人术语》《特种机器人分类、符号、标志》《地面废墟搜救机器人通用技术条件》《康复训练机器人通用技术条件》等多项国家技术标准，另有23项国家标准建议书已经提交国家标准化管理委员会。

图6.2.19 工程中心依托单位北京邮电大学被授为国家机器人标准化总体组成员单位

图6.2.20 全国特种机器人标准化工作组会议留影(2019年)

工程中心依托工作组积极开展特种机器人领域内机器人标准化工作，先后参与制定并发布了如下国家标准：

1) 《特种机器人术语》 GBT 36239-2018

2) 《特种机器人分类、符号、标志》 GB∕T 36321-2018

3) 《地面废墟搜救机器人通用技术条件》 GB∕T 37703-2019

4) 《运动康复训练机器人通用技术条件》 GB T 37704-2019

5) 《电力机器人术语》 已完成征求意见稿，提交国家标准化委员会审核

其中《特种机器人术语》、《特种机器人 分类、符号、标志》是我国除工业机器人外首个对特种机器人进行规范的标准化文件，是特种机器人领域的纲领性文件，该两个标准文件规范了特种机器人的定义、给出特种机器人涵盖的行业范围、各类特种机器人的定义以及分类，并对特种机器人的符号及标识进行了规范。是我国特种机器人发展过程中的一个里程碑式的标准化文件。必将使我国特种机器人的发展从无序走向规范。

除以上已发布的特种机器人标准外，依托空间机器人工程中心及全国特种作业机器人标准化工作组，目前另有23项国家标准建议书已经提交国家标准化管理委员会，等待标准化委员会批准。

图6.2.21工程中心参与制定的部分特种作业机器人相关标准

6.2.5学生培养

工程中心非常重视人才的培养，积极制定人才培养方案。结合学科研究方向，工程中心积极推进跨学科、跨院系的本科、硕士、博士等人才交流和培养，吸引和培养了一批创新人才和团队。

至工程中心成立以来，共计培养博士后15名左右、博士生90名左右，硕士生1000多人。所培养的硕博士研究生中，1人获得北京市优秀博士论文，5人获得校级优秀博士论文，15人获得校级优秀硕士论文。累计总共输送160余毕业生到军工/航天单位工作，已经成为国内空间机器人技术人才的重要培养基地。输送250名左右毕业生到航天单位工作（年均45人），已经成为国内空间机器人技术人才的重要培养基地。

工程中心目前每年保持博士后和博士生约10人左右、硕士生150人左右的培养规模。

6.2.6重要设备条件平台情况

工程中心成立以来，共新增设备、软件购置等支出总计原值3345.47万元，3365件。围绕工程中心的主要研究方向，工程中心开展了仪器及测量设备、地面模拟试验平台等科研平台的建设，建成拥有了大型气浮式微重力平台、双臂机器人服务系统、9DOF工业机器人系统、UR5机器人、激光跟踪仪、低频相位测量仪、胶带输送机、自动装配系统智能机器人系统、玻璃重量吸附仪、视觉动作跟踪仪、立体测量显微镜、模态测试与振动分析仪、模块化机器人、示波器、六维力传感器、各类VR/AR交互及显示设备、大型环幕显示系统、七自由度协作机械臂、3D打印机、高性能计算服务器等科研和工程化研究设施。同时，先后自主研制了基于B/S架构的空间机械臂仿真训练平台培训系统、新一代协作机械臂智能感知与控制、移动式下肢训练机器人等综合集成实验平台，为空间机器人相关技术的研究提供了有力的实验支撑和技术支持等各种大型实验设备。

代表性的实验平台如下。

1）空间机器人地面微重力运动实验平台

工程中心积极致力于空间机器人地面运动实验平台研发，在参考国内外现有地面平台设计方案的基础上，采用模块化思想，设计并搭建了气浮式地面实验平台。该气浮平台能在平面内模拟空间微重力环境，满足太空微重力环境下的基础实验环境需求，同时，能模拟航天器-空间机器人-负载构成的多体系统，具备动力学参数可调的功能，能适用于不同实验任务。相较于其他地面实验平台，此种平面气浮式空间机器人地面运动实验平台具备技术较成熟、重力补偿彻底、建造周期短、成本低、易于维护、实验时间不受限制、可靠性高、鲁棒性强等优点。

该平台主要由气浮平台、航天器基座模拟分系统、空间机器人分系统、负载模拟分系统、供气系统、中央控制系统及测量系统组成。气浮平台与供气系统为地面运动实验平台提供基础支撑，创造空间微重力环境；航天器基座模拟系统、空间机器人分系统和负载模拟分系统为平台主体，用于空间实验验证；测量系统用于测量实验数据，反馈实验结果；中央控制系统主要协调控制各分系统之间的数据通信、下发任务指令、收集各分系统数据以及完成精确的周期控制。各分系统统一协调，保证空间机器人地面运动实验平台正常稳定运行。该空间机器人地面运动实验平台已应用于多个工程实践领域，如工程研究中心已与装备技术指挥学院联合搭建了空间机械臂地面实验平台，具备良好的实验与教学效果。地面实验平台，能很好地验证空间机器人在轨关键技术的可行性，同时利用该平台能有效地开展实地教学，达到增强人才培训的效果，更好的服务于航天测控、试验指挥、航天装备保障等方向的人才培养。

图 6.2.22空间机器人地面运动实验平台

2)空间机械臂关节性能测试平台

空间机械臂关节性能测试平台主要面向空间机械臂关节的性能测试，对迟滞、传动误差、摩擦非线性的参数进行辨识，测试关节各种性能等。关节动态测试实验平台，由关节本体、圆光栅角度传感器、扭矩仪、磁粉制动器及相应的传动轴系组成，关节输出轴首先与扭矩仪相连，圆光栅角度传感器安装于扭矩仪的另一侧，磁粉制动器则位于实验平台的终端，其结构实体如图所示。

图6.2.23 关节动态测试实验平台

基于该平台可以支撑开展空间机械臂关节性能测试实验，具备关节扭矩传动误差、摩擦非线性等参数辨识能力，利用该平台可以开展空间机械臂关节失效及性能评估等实验工作。

3）空间柔性机器人地面气浮模拟实验平台

空间柔性机器人地面气浮模拟实验平台由空间大柔度双连杆机器人的地面气浮式综合模拟实验平台、柔性关节运动控制与测试平台、基于Turbo-PMAC多轴运动控制器的系统实时运动伺服控制模块等组成，配备了16通道LMS模态测试与分析系统和激光跟踪仪位置测试系统等构成，如下图所示。

该平台可以支撑开展空间柔性机器人的多项典型实验，具体包括：①机械臂运动学轨迹规划②基于PMAC的多轴运动控制软件设计与编程③圆光栅的位置精度测试与标定④利用激光跟踪仪进行机器人笛卡尔空间内的末端位置跟踪测试⑤在LMS模态分析系统上进行大柔度臂杆的锤击法模态试验和运行模态试验⑥利用加速度传感器和电阻应变片测量臂杆弹性振动位移⑦柔性机械臂无残余振动的关节定位控制等。工程中心利用该平台支撑和推动我国航天领域空间机器人技术的快速发展和工程应用，为我国航天战略的顺利实施提供重要的保障。

图6.2.24 地面气浮式仿失重双连杆 大柔度机器人实验平台

图6.2.29 地面气浮式仿失重双连杆大柔度机器人实验平台

4）其他各种机器人实验平台及其位姿测量仪器

工程中心还拥有开展各类机器人任务规划实验的三分支模块化机器人实验平台、6DOF UR5机器人平台，以及用于测量机器人末端定位精度的激光跟踪仪等测量仪器。

图6.2.25 三分支机器人、UR5机器人、激光跟踪仪

6.3北京邮电大学机器人实验室发展简史

6.3.1实验室的成立时间及历任负责人

北京邮电大学机器人实验室创建于20世纪80年代，原名北京邮电学院机械学研究所，具有丰厚的学科底蕴和沉淀，本实验室主要从事机构学、机器人机构学、机器人部件及系统集成的研发，在机器人机构学领域处于国际国内领先地位。实验室现有教师4人，分别为魏世民教授，黄昔光教授，张英副教授，于秀丽工程师，教师均具有博士学位、海外留学或访问学者等经历。

实验室的历任负责人分别是梁崇高教授、廖启征教授和魏世民教授。

创始人为梁崇高教授（图6.3.1），二级教授，原北京邮电大学校学术委员会委员，中国机械工程学会机械传动学会理事，北京航空航天大学兼职教授，全国机械原理教学研究会副主任委员，华北及北京机械原理教学研究会理事长，国际机器与机构学委员会中国委员会委员。北京市五一劳动奖章获得者，国家级有突出贡献的中青年科技专家，北京市第八届政协委员。梁崇高教授是机器人机构学领域的第一个国家自然科学基金获得者“空间连杆机构的运动及动力分析”（1986年）。

图6.3.1 梁崇高教授     图6.3.2 廖启征教授

第二任负责人是廖启征教授（图6.3.2），二级教授，原北京邮电大学校学术委员会委员，国际机器与机构学委员会中国委员会委员，国际知名机器人及机构学期刊《Journal of Mechanism and Robotics》副主编。享受政府特殊津贴，国家级有突出贡献的中青年科技专家，做出突出贡献的中国博士学位获得者，2019年被授予“庆祝中华人民共和国成立70周年”纪念章。

实验室的现任负责人为魏世民教授（图6.3.3），三级教授，博士生导师，现代邮政学院副院长负责，国际机器理论与机构学联合会委员，中国自动化学会智能制造系统专业委员会委员。

图6.3.3 魏世民教授

6.3.2重要科研成果

机构学国际资深学者、美国哥伦比亚大学教授F. Freudenstein于1973年在《Mechanism and Machine Theory》上发表的综述性论文“机构学的过去、现在和将来”中，把用空间任意方向的7个转动副轴连接的、由7个空间刚性杆组成的七杆机构的位移分析，比喻为机构运动学分析中的“ 珠穆朗玛峰”。

李宏友和廖启征，在实验室创始人梁崇高教授和北京航空航天大学张启先教授的指导下，利用新的矢量法与复数法解决了6R-1P机构的位移分析问题。当论文投到《Mechanism and Machine Theory》时，得到审稿人J. Duffy的高度评价，认为这篇论文是1973年以来机构分析领域中最重要的文章。尤其重要的是，他认为应用这篇论文的新颖方法，有可能解决7R机构，即所谓的珠穆朗玛峰问题。在Duffy教授的鼓舞下，分别用两种方法，伴以投影半角正切定理及混合关系式，导出了7R机构的输入输出位移方程，登上了机构运动分析的珠穆朗玛峰。上述成果，荣获1987年国家教委科技进步奖一等奖（图6.3.4）及1989年国家自然科学奖四等奖（图6.3.5）。后梁崇高教授和廖启征教授又因解决了Stewart并联机器人机构的位置分析问题，获得1996年国家教委科技进步三等奖（图6.3.6）。实验室廖启征教授为广州某公司设计了用于装卸作业的配重式过桥装置，该项成果目前已创造产值数百万，获得国家专利一项，荣获中国物流学会三等奖（图6.3.7）。

  图6.3.4 国家教委科技进步一等奖       图6.3.5国家自然科学四等奖 

  图6.3.6 国家教委科技进步三等奖            图6.3.7 中国物流学会三等奖   

6.3.3实验室科研经费以及科研论文发表情况

1）论文发表情况

实验室自创建以来至今，在国内外《Mechanism and Machine Theory》《Journal of Mechanical Design》《Journal of Mechanism and Robotics》《Robotica》《Chinese Journal of Mechanical Engineering》《机械工程学报》《机器人》等机器人机构学和机器人技术领域核心期刊上发表学术论文约300多篇，其中约200余篇被SCI和EI检索。

2）专利授权情况

实验室自创建以来至今，获国家发明专利60余项。实验室发表的专利“一种自动网络配线装置和配线方法”以及“一种基于CLOS交叉矩阵算法的机械式光纤配线系统”于2019年与北京瑞祺皓迪技术股份有限公司进行了专利实施许可，实施许可价格为30万。实验室发表的专利“模块化物流分拣方法”和“基于陀螺进动效应的模块化物流分拣平台及方法”于2021年与宝开（上海）智能物流科技有限公司进行了专利实施许可，实施许可价格为20万，实验室发表的专利“一种少齿差共面双内啮合齿轮及采用其的减速器”于2007年与珠海怡合科技股份有限公司进行了专利实施许可，实施许可价格为10万元。

3）出版专著情况

实验室自创建以来，出版专著5部《平面连杆机构的计算设计》《连杆机构的计算机辅助设计》《Analysis of Spatial Linkages and Robot Mechanisms》《邮政快递技术与装备》和《机器人机构运动学》，见图6.3.8，翻译专著1部《机构和机械手分析》，见图6.3.9。

 

  图 6.3.8.1               图 6.3.8.2        

 

  图 6.3.8.3              图 6.3.8.4          

 

  图 6.3.8.5               图6.3.9           

4）实验室承担部分项目情况

实验室自创建以来，先后完成国家级课题（国家自然科学基金、国家攀登计划、国家973子课题，国家863项目）和省部级（教育部和北京市）课题30余项，横向课题50余项。

实验室在机器人机构学方向主要进行机器人机构运动学的几何建模和代数求解，并在该领域方向形成了自己的特色，处于国际国内领先地位。由于实验室在机器人机构分析代数求解法的研究特色，引起了吴文俊先生的注意，因此，实验室参与了吴文俊先生承担的国家重点基础研究发展计划(973)项目(数学机械化及其在信息技术中的应用)的子项目“数学机械化研究及其应用”和“基于网格的数学机械化软件开发”。

实验室先后承担机器人机构学领域的国家自然科学基金项目有9项，分别为“空间连杆机构的运动及动力分析”（批准号58670121）、“机器人机构及空间机构运动学基本理论研究”、“机器人柔顺装置的几何非线性问题研究”（批准号59475006）、“极轻机构及机器人柔顺装置的灾变分析与综合” （批准号59975010）、“以几何元素点线面构成的广义并联机构”（批准号50475161）、“可重构模块化机器人位置统一逆解建模及通用算法研究”（批准号50775012）、“复杂机构学问题研究的新方法”（批准号50875027）、“基于傅氏级数和代数法的连杆轨迹综合研究”（批准号51375059）和“机构建模及求解的倍矢量与倍矩阵的方法研究”（批准号51605036），其中“空间连杆机构的运动及动力分析”为机器人机构学领域的第一个国家自然科学基金。

实验室在863项目“网络通信专用配线机器人”的资助下，研发的网络通信专用配线机器人，即自动光纤配线机器人AODF（Automatic Optical Distribution Frame），见图6.3.10，解决了目前网络通信配线中唯一没有解决的自动化问题，主要技术有：

• 配线的识别及自动装配技术。它直接关系到机器人配线成功与否的关键。

• 机器人配线的力控制技术。机械手的力度过大对配线口及配线造成破坏；配线力度过小，会造成配线与通信线排端口的虚接，最终影响通信质量，导致信号无法开通。

• 机器人对配线口的自主识别与定位技术。由于通信线排在配线架上的定位精度不高（具有不确定性和随机性），因此如何解决机器人对配线端口的快速准确定位将是配线成功的前提。

该项目通过了科技部组织的专家组验收，目前正在与相关公司开展市场应用和推广。

图6.3.10.1 光纤配线架-ODF

图6.3.10.2 自动光纤配线机器人3D模型

图6.3.10.3 自动光纤配线机器人实物样机

实验室在863项目“高性能比平动式啮合电动机” 的资助下，首次提出了平动式啮合电机运行原理，平动式啮合电机具有集低速、大转矩、高集成度特点，真正意义上将减速器与电机进行了集成。研制了四代平动式啮合电机，见图6.3.11，每一代电机的特点如下：

第一代平动式啮合电机的特点如下：

（a）提出了一种可行的平动电机结构，设计了孔销式平动约束机构和集中式磁极结构，结构简单；问题存在负功磁路和偏心振动

（b）验证了平动电机原理的可行性；

第二代平动式啮合电机的特点如下：

（c）提出了一种轻型平动电机结构，设计了柔性铰链式平动约束机构和分布式磁极结构，结构集成度高；

（d）制作了多种材料和形式的柔性支撑机构及相应样机。

第三代平动式啮合电机

（e）提出了一种三相滑块约束式平动电机结构，设计了三相滑块平动约束机构和磁极结构；

（f）性能较第二代平动电机有所提升。

第四代平动式啮合电机

（g）提出了一种双转子平动电机结构，设计了偏心轴平动约束机构和双转子磁极结构，较好地克服了振动问题，并提高了性能;

（h）达到了样机性能指标要求。

图 6.3.11 平动式啮合电机及其试验平台

6.3.4学生培养

至实验室成立以来，共计培养博士研究生40余名，硕士生300多人。很多优秀的博士生和硕士生毕业后继续从事着机器人机构学和机器人技术的相关研究领域，如：苏海军教授（美国俄亥俄州立大学教授，1998届硕士生）、黄昔光教授（原北方工业大学教授，现北京邮电大学教授，2008届博士生）、郭磊副教授（北京邮电大学副教授，2007届博士生）、黄用华教授（桂林电子科技大学，2011届博士生）、张英副教授（北京邮电大学副教授，2015届博士生）、甘东明助理教授（美国普渡大学助理教授，2009届博士生）、于秀丽（北京邮电大学工程师，2010届博士生）、宋原（北京邮电大学工程师，2014届博士生）和周利锋（美国纽约布法罗分校博士后，2012届硕士生）等。

实验中心目前有在读博士研究生10余人，硕士研究生30余人。

6.3.5 对外交流方面

在对外交流方面，实验室先后与美国、英国、德国、意大利等国家和地区建立了学术交流与合作关系。实验室老师先后赴英国、美国和日本等进行交流访问学习。1992年2月到1993年2月廖启征赴英国伦敦国王学院做高级访问学者。1997 年4月到10月廖启征担任高级访问学者，前往美国加州大学尔湾分校进行交流学习并参加ASME（美国机械工程师协会）国际会议。2012-2014年张英赴美国俄亥俄州立大学进行博士联合培养。

6.4 物流自动化技术与监测监控实验室、测控技术与动态设计实验室简介

研究方向：机器人技术与监测监控

团队成员：教授1人、副教授2人、讲师1人、师资博士后1人，在读博士生和硕士生30余人。

负责人简介：刘晓平教授：1984年8月至1994年3月年在天津大学机械工程系攻读学士、硕士、博士学位，获工学博士学位；1994年3月在北京邮电大学工作至今。在北邮早期从事机械系统动力学、系统辨识、振动主动控制技术等研究，在前期理论方法研究基础上，随后开展机器人技术与系统研发、无损探伤检测技术与监测监控系统研发、快件识别分拣技术及其安全检测技术方法研究等。1998年9月至1999年9月在美国华盛顿大学（西雅图）机械工程系、南加利福尼亚大学航空航天与机械工程系作访问学者。目前兼任教育部高校物流管理与工程类专业教学指导委员会委员、交通运输部专家委员会委员、中国振动工程学会机械动力学专委会副主任、《北京邮电大学学报》编委、《电子机械工程》编委、邮政行业机器人与无人技术研发中心主任等。

主要研究方向：物流自动化技术装备、机器人技术、安全生产监测监控，机械振动与故障诊断、无线传感网络、无损探伤检测技术、机械系统动力学与系统辨识等领域开展技术研究与开发工作。

主要项目：先后承担国家863项目、澳门大学合作项目、国家重点研发计划项目、国家邮政局项目、教育部和北京市科研项目、企业合作项目等。

主要成果：

1、研制钢丝绳在线安全监测仪器系统，研究基于漏磁检测的钢丝绳无损探伤检测方法；

2、研制自动导引运输车（AGV)，研究轨迹规划与定位导航技术算法、多机协作技术，开发调度规划系统；

3、开发基于机器视觉的移动机械臂快件拣选系统，研究基于机器视觉和深度学习的快件识别与机器人拣选位姿定位技术方法；

4、研究基于X光、多传感器信息融合的邮件快件安全检测技术方法；

5、研发寄递数据离线分析预测技术与系统、安全监管积压爆仓预警预测预控技术;

6、研究快递物流资源共享多主体博弈动态定价技术与利益分配策略，开发相应动态定价功能模块系统。

 

6.4.1码垛机器人 6.4.2自主开发的AGV

 

6.4.3移动机械臂视觉拣选系统 6.4.4煤矿钢丝绳无损检测系统

学术论文：学术论文主要发表于IEEE/ASME Transactions on Mechatronics 、ROBOTICA、Journal of Vibration and Control 、Sensors、Applied Intelligence 、Simulation Modelling Practice and Theory、Neural Computing and Applications、《机械工程学报》、《振动工程学报》、《机器人》等国内外重要期刊。

教学科研获奖：

1、面向“互联网+”与“中国制造2025”复合型拔尖创新人才培养综合改革研究与实践，2017年获北京市高等教育教学成果奖二等奖（刘晓平等）；

2、搭建创新实践活动平台，培养拔尖创新人才模式的研究与实践，2012年获得北京市高等教育教学成果奖二等奖（刘晓平等）；

3、高等教育教学成果评奖管理与信息服务系统的研制与应用，2008年获北京市教育教学成果（高等教育）一等奖（刘晓平（排名第3））；

4、面向现代邮政业的人才培养体系创新研究与实践应用，获2020年度邮政行业科学技术奖三等奖（刘晓平等）。

依托基地：邮政行业机器人与无人技术研发中心、北京市邮政智能装备工程技术研究中心。

 

6.4.5 机器人与无人机技术研发中心 6.4.6 邮政智能装备工程技术中心

6.5 北京邮电大学电接触实验室发展史

6.5.1实验室的成立时间及历任负责人

北京邮电大学电连接与连接器可靠性科研室主要从事电接触科学及电连接器的基础研究。在20世纪80年代美国AMP公司投资了100万美元为章教授扩建了电接触实验室，并且培养了目前仍在实验室工作的周怡琳老师与林雪燕老师。继章继高教授退休之后，许良军老师接手了实验室，在211工程投入的大量资金的资助下，考虑到研究电接触学科是为了连接器产品的应用与发展以及为了立足于国内的连接器行业，我将实验室的名称更改为电连接与连接器可靠性科研室，研究方向也是更加侧重于解决电连接器的设计与使用问题。30多年来北京邮电大学电连接与连接器可靠性科研室已成为国内高校在从事电接触科学的基础研究领域、科研技术手段最先进的科研室之一。

实验室的历任负责人是章继高老师、许良军老师。

章继高：电接触技术专家，中国电接触学科的开拓者之一，在电接触故障分析与机理、尘土与腐蚀生成物的电接触故障特征、微动与滑动影响、接点润滑剂的应用检测方法与机理、电接触故障对通信可靠性影响等方面取得许多研究成果，培养出很多电接触与机电元件方面的专业技术人才，为推动中国电接触学科发展作出了重要贡献。

许良军： 曾担任北京邮电大学自动化学院教授，副院长。1995年-1996年在波兰Wroclaw理工大学电力工程学院做访问学者并于1999年在该校电力工程学院获工学博士学位。获得过北京邮电大学教学观摩二等奖，邮电部高校优秀青年骨干教师，北京市优秀教师。

6.5.2重要科研成果

目前实验室在职的三位老师有着不同的科研成果，以下是他们个人介绍及科研成果。

1. 孔志刚老师

北京邮电大学现代邮政学院担任副教授。主要研究方向包括电连接器设计及仿真；电连接故障现象分析和机理研究；机电元件失效分析及可靠性评估；电连接材料性能及其可靠性研究；有限元建模及仿真。

2. 周怡琳老师

北京邮电大学人工智能学院教授，博士生导师，担任测控技术与仪器专业负责人；兼任中国电子学会元件分会连接器开关技术委员会副主任委员。主要研究方向为电接触理论和电连接可靠性：环境污染对电接触可靠性的影响。

3. 林雪燕老师

北京邮电大学人工智能学院任副教授，硕士生导师。从事电连接与连接器失效机理、可靠性检测技术、信号完整性分析与设计、控制系统设计等领域的研究。

三位老师主持或参与的科研项目：

（1）国家重点研发计划子课题“宽频带同轴步进衰减器研制及产业化开发”（2018YFF01011604）.

（2）企、事业单位横向委托项目“电接触防护材料特性分析”。

（3）企、事业单位横向委托项目“金手指连接器通流能力提升” 。

（4）企、事业单位横向委托项目“大接线容量弹簧端子的研发” 。

（5）企、事业单位横向委托项目“轨道交通装备用连接器仿真技术研究” 。

（6）企、事业单位横向委托项目“HERCULES系列高速连接器的研制” 。

（7）企、事业单位横向委托项目“连接器可靠性研究及设计改进” 。

（8）企、事业单位横向委托项目“手机连接器的可靠性（CROMP）” 。

（9）北邮科研创新计划项目“环境对电连接器镀层质量检测与可靠性影响研究” 。

（10）企、事业单位横向委托项目“一种新型低成本焊点材料性能及可靠性研究” 。

（11）企、事业单位横向委托项目“自阻尼导线微动磨损特性研究” 。

（12）企、事业单位横向委托项目“串型直流电弧故障检测技术研究” 。

（13）北邮科研创新计划项目“焊点材料力学性能检测及可靠性分析” 。

（14）企、事业单位横向委托项目“总配线架、通信电缆分线盒检测” 。

（15）企、事业单位横向委托项目“高速背板连接器56G方案设计”。

6.5.3实验室主要研究方向

研究方向主要为电接触故障检测分析方法、故障机理、尘土的电接触故障特征、腐蚀生成物的电接触故障特征、微动与滑动对电接触的影响、接点润滑剂的应用、检测方法与机理及电接触故障对通信可靠性的影响等方面。科研室近期的研究主题为：数字及通信系统中电连接器材料的故障机理研究及可靠性分析。同时对金属材料力学性能、电连接器可靠性、连接器性能的计算机仿真模型建立及计算机模拟，连接器设计，连接器寿命及可靠性的测试方法与衡量标准等相关课题展开研究。

6.5.4学生培养及实验室重要设备

北京邮电大学电连接与连接器可靠性科研室已成为一个有发展潜力的教学科研队伍。目前已发展成老中青结合的梯队，都具有博士学位，具备培养博士后、博士生、硕士生的能力，已经培养了博士近20名，硕士近300名。开出了独具特色的电接触领域研究生系列课程。成为电接触领域国际、国内有影响的教学、科研基地。

通过建设，电接触实验室已发展到200多平米；具有扫描电子显微镜、X射线能谱仪、三维轮廓仪、通信性能测试仪、高频阻抗测试仪、工作站，ANSYS有限元分析等大型设备及软件的部级重点实验室。科研室现已具备电接触表面微观探测分析，电接触故障诊断、故障预测，电接触失效机理分析，连接器性能的计算机仿真模拟，通信系统电接触可靠性分析等能力。

6.5.5实验室科研经费以及科研论文发表情况

北京邮电大学电连接与连接器可靠性科研室已成功的与国外高校和国际大公司进行了广泛的科研合作，包括国家重点研发项目、国家自然科学基金、横向企业项目，其中包括波兰Wroclaw技术大学，美国AMP公司、Molex公司、FCI公司、国家电网、华为公司、中国中车、中航光电等。其中科研经费800余万元，发表SCI、EI检索及其他论文200余篇。此外，有两部专著如下图。

 

图6.5.1

科研室与国际、国内同行进行了广泛的学术交流，确立科研室在国际电接触领域的学术地位，推动我国电接触学研究的进展及机电元件的设计制造水平，缩短我国在该领域与国际先进水平的差距。

6.6 医疗机器人实验室

北京邮电大学医疗机器人实验室成立于2016年，创建人/负责人苏柏泉教授，主要研究方向为医疗机器人和医工结合课题。发表包括IEEE TBME，IEEE RA-L，SCIENCE CHINA Information Sciences等期刊和IEEE ICRA等会议论文共20余篇。科学出版社出版专著一部。授权发明专利14项。获得会议论文奖含Best Paper Finalist (First author, WRC SARA 2021)和Best Application Award (Co-author, 3M-NANO 2016), Nomination of Outstanding Youth Paper Award (Supervisor, PIBM 2017)，担任会议Session Chair/Co-chair (WRC SARA 2019, WRC SARA 2021, 3M-NANO 2016, ICCA 2018)。2022世界机器人大会先进机器人与自动化学术会议（WRC SARA 2022，北京）特邀论坛主席（共同）。指导本科生获得北京市优秀学士学位论文2人次，校级优秀学士学位论文4人次。指导研究生或本科生获国家级竞赛一等奖（三项）及多项省部级学科竞赛奖。所指导研究生获国家奖学金、优秀毕业生、优秀研究生等奖励或称号。培养北京市优秀学士学位论文获得者2人，北京邮电大学校级优秀学士学位论文4人。承担国家自然科学基金面上项目（61573208），2017年获批主持国家自然科学基金重大研究计划培育项目（91748103），2022年获批国家自然科学基金（62273055）项目。同时承担北京市自然科学基金重点研究专题项目子课题。科研成果转化60万元。

图6.6.1第七届全国大学生生物医学工程创新设计竞赛 一等奖 

图6.6.2第二十四届中国机器人及人工智能大赛全国总决赛 一等奖 

图6.6.3 2023北京邮电大学优秀硕士学位论文

图6.6.4 2020北京市普通高校优秀本科毕业设计（论文）（同年2人次：吴昊城、滕运来）

图6.6.5专著：2021年科学出版社-《激光治疗的机器人系统方法》

图6.6.6 IEEE TBME论文

6.7 智能装备实验室

智能装备实验室创建于2007年，致力于从零开始的以特种工业机器人为代表的智能装备原创研发，为我国一些航空制造装备的原始创新以及一些重大型号航空器的生产做出了贡献，同时，智能装备实验室在民用自动化装备、自动化生产线、手持式自动化工具以及基于表面肌电的多模融合导航机器人系统等方面的原创设计也做了大量工作。实验室先后获得中航工业科技成果奖二等奖1项、教育部科技成果奖1项，发表SCI/EI学术论文30余篇，专著1部。

研究方向：

1. 智能装备的设计方法；

2. 机械结构的力学分析和有限元分析；

3. 复杂机械系统的原创解决方案；

4. 基于表面肌电的多模融合导航机器人系统。

6.7.1实验室负责人简介

李金泉，博士，副教授，博士生导师，北京邮电大学智能装备实验室负责人。作为项目负责人或主研人先后完成40多项大中型项目，其中重大航空生产装备项目十余项，为航空制造装备的发展做出了贡献，曾经成功解决了某重大型号航空飞行器装配过程中的关键工艺难题。在企业工作期间实现了“在自己设计的生产线上生产自己设计的产品”；三十年间研发的生产装备可以生产“地上跑的农用车和天上飞的航空器”；在高校工作期间先后获得北京市优秀青年工程师、北京邮电大学优秀研究生育人导师、师德标兵、爱心使者等称号；获得中航工业科技成果奖二等奖1项、教育部科技成果奖1项，山东省机械工业系统科技成果奖三等奖1项，发表SCI/EI学术论文30余篇，获得授权发明专利60余项。

6.7.2学生培养与学术成果

自成立来，实验室培养了三十多名优秀人才，其中硕士研究生2人获得北京市优秀毕业生、3人获得北邮校级优秀毕业生。

实验室获得中航工业科技成果奖二等奖1项、教育部科技成果奖1项，发表学术论文60余篇，其中SCI/EI学术论文30余篇，专著1部。

6.7.3部分代表性装备设计成果

年份	项目数量		金额（万元）		项目总数	经费总额 （万元）
	纵向	横向	纵向	横向
2001	3	3	30	97	6	127
2002	8	6	80	90	14	170
2003	2	5	22	75	7	97
2004	5	11	620	117	16	737
2005	4	6	63	105	10	168
2006	7	8	283	41	15	324
2007	9	7	322	145	16	467
2008	8	6	139	91	14	229
2009	11	10	230	70	21	299
2010	11	4	375	85	15	460
2011	11	9	284	199	20	483
2012	5	11	301	320	16	621
2013	13	16	941	463	29	1404
2014	4	20	174	426	24	600
2015	4	8	143	284	12	427
2016	5	16	93	396	21	488
2017	13	17	351	281	30	632
2018	5	17	237	618	22	854
2019	13	20	601	591	33	1192
2020	12	20	474	576	32	1050
2021	12	29	648	893	41	1542
总额	165	249	6411	5960	414	12370