[浙江日報]中國計量大學老師柯海森——為無人機安一個智能的“家”
近日，在海寧市長安鎮，一個白色大鐵盒打開蓋子，一架“電量告急”的無人機完成電力線路安全巡檢后，緩緩降落在鐵盒的“停機坪”中。隨后，鐵盒的蓋子合上，無人機開始充電。半個小時后，無人機“滿電復活”。
這是一場對無人機智能充電機巢的性能測試，表現優異的白色鐵盒就是機巢，可為無人機提供自動充電服務。研發這款機巢，為無人機“安家”的，是中國計量大學副教授、智能裝備研究所所長，海寧量益智能裝備有限公司創始人柯海森帶領的研發團隊。
從小有一個“機械夢”
下午2時，烈日當空，走進位于海寧市長安鎮的海寧量益智能裝備有限公司，清脆的金屬碰撞聲不絕于耳，空氣中彌漫著淡淡的機油味。
在600平方米的研制車間里，柯海森和幾個工作人員正在埋頭組裝、調試一個體積近13立方米的無人機機巢。
“這是一臺用于物流的無人機機巢，我們已小批量交付。”今年47歲的柯海森中等個頭，鼻梁上架著一副簡約的黑框眼鏡，一頭短發修剪得整整齊齊，顯得很干練。
與許多人印象中的大學老師形象有所不同，打小就癡迷于機械世界的柯海森，由于常年與機器打交道，手掌上布滿了油漬和老繭。
“我喜歡研究機械手、機器人等精密的機械設備。”柯海森說，在學生時代，他就做過不少自動化的機械設備。博士畢業后，他入職中國計量大學機電工程學院，延續自己的“機械夢”。在大學教書的日子里，柯海森帶領科研團隊潛心研究先進的機械手等自動化設備，常指導學生參加各類創新大賽。
他研發的一款機械裝置，可4只機械手同時工作，還擁有靈活輕巧可抓“萬物”的夾爪……截至目前，在自動化、智能化的研發和應用方面，他與大學同事合作取得了國家級發明專利25項，實用新型專利94項，以及授權知識產權119項。
除了科研，柯海森還關注市場動態，以及注重科研成果的轉化。“我常常想，象牙塔里研究的技術，是不是市場需要的。”
讓機械手精密運轉
2019年，在一場高校產學研對接會上，柯海森向在場企業介紹可實現自動裝瓶、上蓋以及裝箱的全自動包裝生產線，該生產線已申請5項國家發明專利和4項國家實用新型專利。
一家提供無人機巡檢服務的企業對此十分感興趣。這家企業向柯海森表達了合作意愿——他們正好遇到了無人機機巢智能換電的難題，希望柯海森能通過自動化技術幫助他們破解無人機續航難題。但他們時間緊，要求9個月內出技術成果。
當時，無人機剛興起不久，無人機機巢，柯海森也是頭一次接觸。
這是挑戰，也是機遇，柯海森與企業簽訂了無人機智能換電產學研項目合作協議。他特地買了一臺無人機放在辦公室，一連好幾天，都重復同一個動作——把電池拆下來又裝上去。
突然有一天，他在拆裝時靈感乍現。“既然工業生產中可以使用機械手代替人工，那在機巢里安裝機械手，是不是也可以達到同樣的效果？”
方向有了，柯海森組建了一支研究團隊，帶著團隊開始忙碌起來。他惡補無人機機巢的原理結構等相關知識，開展大量的理論分析和仿真分析，再進行工藝制作，第一臺樣機出來了。
但效果不理想。由于機械手體型太大，無法靈活地抓取無人機的電池盒。一番操作下來，這個“大家伙”不僅動作遲鈍、粗暴，還損壞了無人機。
“機械手最難攻克的就是精度。尤其是在狹窄的機巢內，機械手必須極度靈活，才能完成換電池的操作。”柯海森說，機械手的內部有各種傳感器和控制元件，猶如人的“感知神經”，控制機械手按照指令做出各項動作。“這些都是行業核心機密，我們只能自己琢磨、通過不斷試錯蹚出一條路。”
每出現一個問題，團隊成員就要從頭開始分析，找到失敗的原因，再進行檢測，直到解決問題。
“柯老師一直鼓勵我們，創新不輕松，是一個不斷失敗、摸索前行的過程，不能因為失敗就止步不前。”如今研究生畢業兩年的電控設計師程紫良，當時主要負責機械手的精度提升，每一次失敗后，柯海森都會耐心地開導他們，帶頭加班解難題。
歷時6個多月，無人機機巢終于研發完成，機巢中的機械手帶有高自由度關節，不僅可以輕松地旋轉成各種姿態，在3分鐘內給無人機換完電池。
這一次成功，極大地增強了柯海森團隊的信心，也讓柯海森萌生了創業的念頭。距離學校近、相關配套條件較好的海寧市長安鎮，成為了他創業的首選地。2021年，海寧量益智能裝備有限公司成立，無人機智能機巢及其調度系統是企業的主攻方向。
鏈接更廣闊的應用場景
事實證明，柯海森選對了賽道。
作為全球競逐的戰略性新興產業，低空經濟迎來了蓬勃發展勢頭。在物流、農業、救援和公共安全等領域，無人機發揮著越來越重要的作用。一個安全、便捷的“家”——無人機機巢，就顯得尤為重要。
2022年，企業接到了第一個大訂單——定制3層無人機巡檢機巢。客戶要求，一個機巢能停3架無人機，并實現智能充電。
田俊是柯海森的學生，負責該項目的機械設計部分。為了取得客戶信任，他熬了3個通宵，將客戶的想法，轉換為“多機一巢”的設計方案。為了讓客戶生動直觀地了解項目，他還將平面設計圖紙做成三維立體動畫。正是這樣貼心的服務，讓客戶最終放心地將單子交給柯海森團隊。
讓多臺無人機同時停靠一個機巢，做起來比想象中要難。“不是簡單地將機巢做大就行，所有的硬件和軟件系統都得重新做一遍。”柯海森回憶，那段時間，團隊成員大部分時間都“泡”在辦公室里。
如今，柯海森的時間安排得滿滿當當，除了教學、科研，還有公司運營的問題需要處理。在創業中，他把專業理論知識轉化為市場認可的產品；在教學中，他又把實操經驗提煉、轉化成知識點傳授給學生。對柯海森來說，教學與創業相輔相成。
這兩年，柯海森帶著以6名博士為主要力量的無人機機巢研發團隊，攻克了一個個難題。無人機難以精準停在指定位置，導致充電接口對不準，這一度是行業內普遍存在的問題。為此，團隊發明了無人機定位裝置，利用夾持裝置將無人機快速定位至準確位置，從而實現了無人機精準充電。團隊也靠此技術獲得了國家發明專利——一種無人機定位充電設備。目前，團隊已在無人機智能機巢方面取得5項國家實用新型發明專利。
“我們正在自主研發一款小型機巢。”柯海森介紹，這款機巢更加靈活，可以安放在商場、民房樓頂，甚至可以放在汽車后備廂、電線桿上。柯海森滿懷期待：未來城市的低空領域，無人機大有可為。可以為千家萬戶運送商品、為城市治理巡航監管……而背后，有他們參與為無人機保障續航。
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