【2019世界机器人大会论道】香港中文大学教授陈本美

来源：中国电子学会

2019 世界机器人大会邀请了全球近 300 位机器人领域知名专家及企业领袖，就机器人前沿科学研究、技术发展路线及战略政策制定等问题开展高水平的学术交流和探讨。美香港中文大学教授陈本美在主论坛进行了主题演讲。

数说2019世界机器人大会

论坛

3天主论坛

6 大主题 20场专题论坛

300名顶级专家

22家国际支持机构

现场听众20000余人

展览

4大展区

展览面积超过 52000平方米

180多家参展企业700余件参展产品

博览会实现交易100亿元

共接待 200支专业团组

参观人数达到 30万人次

大赛

4大类赛事

大会现场20余个国家和地区1000余支赛队

4500余名参赛选手

包含200余名国外选手

大赛全年20余个国家和地区

10000余支赛队

40000多名参赛选手

媒体关注

374家媒体

近1000名记者

27764篇相关报道

1741万人次观看大会直播

微博话题阅读量达1.4亿

抖音上世界机器人大会话题阅读量破1.2亿次

演讲实录

非常感谢大会给我这样一个机会来做汇报，和大家介绍我们新加坡和香港中文大学的合作项目。

目前我在两边都有职务，担任新加坡国立大学和香港中文大学的教授。

前天晚上我们有一场无人机表演，现在我要问大家一个问题，这是无人机还是机器人？

其实我想给我太太一个回答，她说我本人是做无人机研究的，为什么会跑到机器人大会来？我想这是一个很好的答案，其实无人机也可以算是机器人的一部分，也是为什么平常我们会把无人机说成空中的机器人。

因为当时我是在后台和京东的团队在一起，那个视频不能拿来播放，感谢京东的团队，虽然无人机是机器人非常小的一部分，但也在这个大会出了不少风头。

下面这部视频是不久前我们在新加坡做的一些表演，这是室内飞行的无人机，也是在没有GPS的条件下，当时我们也是给新加坡一个无人系统展做了现场表演，因为是在室内，没有办法做太花哨的飞行驾驶，室内无人机表演的难度和室外有一个最大的区别，就是在室内我们是收不到GPS信号的，所以定位方法都和室外表演不太一样，其实我的团队大部分做的研究都是和在没有GPS信号的情况下进行无人机飞行有关。

这些才是目前我们真正在做的研究，是在没有GPS，也没有外部导航的情况下，完全靠着飞机上安装的传感器进行室内的高速飞行，但是因为新加坡的空间不大，所以飞行的速度没有办法加快，其实里面包含了很多比较先进的技术，也是我们在研究的一个军方项目。

这是我自己定义的无人系统，无人飞行器系统首先要有一个机器，就是裸机或者硬件平台。要让飞机飞起来有两大非常关键的技术：一个就是所谓的飞控系统，很多无人机公司把它叫做核心技术。

另一个就是大家很容易忽略的定位系统，但是户外飞行无人机的时候借助的是GPS，所以大家很容易把它忽略，因为GPS和国内用的北斗是免费提供给我们，大家只要有了GPS Receiver就可以收到这些信号。

如果我们要让无人机在室内非常复杂的环境飞行的话，后面这一点就变得非常关键，加起来才叫做无人机，不是空中能飞的都是无人机，空中飞行的可能只是遥控飞机或者裸机，飞控系统、裸机加上定位系统加起来才是无人机。

我们Build Up一个无人机以后，自然而然会问这个无人机拿来干嘛？

如果只是做灯光表演的话就会相对简单很多，要让无人机做成比较实际的工业应用，比如下水道检测或者森林导航，任务管理就会进来，告诉无人机你想干嘛，但这不代表无人机能干得了，就像领导让你干活不代表我们能够完成得了，所以要做一个运动规划，所有的都加起来才是自主无人系统。

当然，自主无人系统不代表一定是没有人的，其实还是需要有些人的指令在里面。

这些技术模块其实都不难，每一块都有很多研究团队在做，个人认为其实最难的就是要把这些技术集成起来，并不是所有团队都能够做好的。

我们经常听到无人系统当中的航电系统其实包括两个部分：飞控系统和数据处理单元，也叫三维机。

飞控系统如果完了飞机就炸了，所以要把飞控系统和数据处理单元分开，所有系统集成起来才是自主无人系统，我花这么长时间解释这个就是希望大家理解下面我要说的一些事情。

刚才说到任务管理很简单，就是告诉无人系统你想干什么，如果无人系统要做一个实际的任务，这是模拟室内救援，一栋大楼发生爆炸或者化学事故的时候，我们人没办法进去，所以想派一个无人机从窗户钻进去，经过重重障碍才能达到事故现场，最后无人机要从窗户当中飞出来，我们要让无人系统知道一步一步要做什么，也就是所谓的任务管理。

我们有一个比较完善的任务管理系统框架，框架搭建好了，后面的很多事情就比较好做。

任务规划好了，并不等于无人机能够做得了，比如要求无人机以每秒钟五千公里的速度飞到香港，那是不可能的，所以中间会有一个衔接的层次叫做运动规划，保证我的任务可以被下面的无人系统接受或者完成得了。

运动规划一般包括两层，就是全局规划和局部规划，昨天我们也在其它论坛看到了这些。全局规划就是要把全局规划好，如果到了全局规划，我们一般要保证无人系统不会碰到障碍物，局部规划就是保证无人系统可以非常漂亮地完成那个任务。

我们在这方面做了一些事情，所谓的技术Detail我就不谈了，前天也有表演机器人写毛笔字，下面视频当中就是四架无人机写毛笔字，背后最重要的方法就是刚才说的样条函数模拟中文毛笔和英文字母。

系统需要控制非常精准，最关键的就是运动规划问题，除了运动规划之外我们还需要有非常精准的控制。

视频当中有两组：第一组放的是英文的四个字，当时我们是在新加坡航空展做的，同样需要政治正确，所以就写I love SG，第二组写的是一组汉语成语，大家可以看到无人机控制毛笔的笔尖和笔锋，相比前天的机器人写的毛笔字就没有那么生硬，全场都是无人机自主进行，根本没有人。

类似这种应用就特别需要路径规划特别准确地去用无人系统实现出来，远程的无人机应用不需要这样精准地逼近路径，比如我们坐民航从美国纽约到北京，中间如果偏差一两公里甚至几十公里都无所谓，所以只要在安全可以保障的情况下怎么飞都可以。

我们要求的就是不能碰到障碍物，或者需要安全的，我们开发的算法就是安全飞行通道，可以满足无人系统永远都待在绿色的安全通道里面。

第一段就是飞停，再停再飞，可以保证满足所有的轨道完全跟原来设计一样。

第二段是所谓的安全飞行通道，可以保证飞机待在安全通道里面，然后飞机就可以连续自主飞行。

我们把这种方法普遍作为工业应用，通过不同的控制方法，这是我们测试一个先进的控制方法，往空中扔就可以飞行，具体应用在哪里就不多说了。

昨天我们看到机器狗在很复杂的环境当中导航或者完成一些任务，团队大部分时间都花在这个方面。

新加坡国防部有一个项目就是在丛林里面飞行无人机，不是在丛林上面，而是穿梭在丛林里面。虽然有的时候会收到GPS信号，但我们把GPS关掉了，完全让无人机在一个陌生的环境飞行。

可以看到无人机不仅可以自动飞行，还把丛林当中的3D地图准确无误地建立起来，而且把所有的情况都储存下来，新加坡国立大学大部分时间都花在没有GPS情况下所做的研究。

刚才提到一大堆，最难的就是如何集成起来，下面我们来看怎么用无人系统来做室内救援。这是模拟一个大楼当中发生化学灾难，会有具体的Illustration，造出来一个飞行只是一两天的事情，现在外面造飞机的公司很多，随便买一些硬件改一改，飞控系统就可以做得不错。

这个飞机有自主能力，可以找到并且飞进窗户，因为不是一个直线，所以要找到通道，飞机可以直接飞行过去，全程都是全自主的，完全是靠飞机本身带的传感器。

飞行器要找到一个发生化学事故的地方，所以有一个机制降落下来采样，把化学样品采出来，靠的也是飞机上面的视觉系统找到了这个化学采样的地方，下一步的任务规划当中就要去找受伤人员Casualty，全程都是全自主的，虽然我们已经告诉飞行器具体有什么任务。

下一步飞行器要自主飞到另外一个黑暗的房间里面寻找另外一个受伤人员，所以就找到了，最后要从黑暗的房间当中退出来，全程都不可能有人控制，因为控制就算零分，通过另外一个窗户旁边有一大堆树桩，再去找到最后降落的地方，这些都已经规划好了，但是全部过程自主。

我们采用比较成熟的无人系统去做下水道检测，新加坡就这么大，还没有北京一个区大，从东到西只有46公里，从东到西、从南到北都有一个下水道，建在地下100多米，自从建了之后没有一个人敢下去看里面发生了什么事情，所以让我们用无人机进入下水道做检测，每两三公里开一个口。

垂直通道长度是70-100米，还有一个水平通道进入主通道，主要功能就是搜集雨水，因为新加坡本来缺水，整个过程完全没有外界干预。这项技术也可以用于火车的隧道、采矿的隧道检测，或者是溶洞探险等等，垂直飞行一点问题都没有。

这是我们帮助新加坡的一个物流公司做的应用，每天都是人工爬楼梯一个一个盘点，我们帮助他们做了一个无人系统，每天早上上班之前，无人系统在整个仓库里面飞行十几分钟，下班之后再飞行十几分钟，然后就知道仓库里面已经发生了什么事情，一整天仓库的数据就会自然而然放到数据库里面，我们已经和他们合作了三四年，这个系统已经很成熟了，我们希望继续往下推广。

其实看无人机飞行一点意思都没有，虽然是全自主的，但我们不知道无人机在干嘛，飞行的过程当中已经把货架上面的RFID统统扫描一遍。

其实我们不只是做这些事情，还在做一些比较有意思的事情，航拍就不用说了，也把我们的无人机卖到国家电网，但不是这个名字，可以做3D重建等等，左下角是我们帮助新加坡赛马比赛做的航拍，由于是技术团队，我们开发了一个系统把里面的马统统都叫出来。

下一步我们想在香港中文大学做桥梁检测，因为香港没有军方的背景和军方的项目，所以想完全转到民用。这是港珠澳大桥和惠州大桥，如果用人去做检测的话是非常危险的事情。

无人系统本身只是一个工具，发挥最大的作用就是要靠人工智能，大家可能更感兴趣的是大数据处理，不过由于我的时间到了，演讲就到这里，谢谢大家！

（本文根据录音整理）

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