保定市科学技术协会

“我对机器人的爱一生不停”

2022-01-27

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他是中国工业机器人领域科研和产业化的奠基者之一，成功研制出我国第一台弧焊机器人和点焊机器人，解决了机器人轨迹控制精度及路径预测控制等关键技术；建立了中国第一个机电控制及自动化学科博士点；开发出的机器人包装码垛生产线大规模应用于工业生产……

他就是中国工程院院士、机器人及机电一体化技术专家蔡鹤皋。他亲身经历并见证了中国工业机器人从无到有、从有到优的全过程，为发展我国机器人技术作出了突出贡献。

他说：“我对机器人的爱一生不停。” 在不断探索创新的崎岖道路上，他留下了一串拓荒者的坚实足迹，为国家工业机器人研发和促进成果的工业化、产业化开创了一片新天地。

蔡鹤皋

艰难奋进

1934年6月5日，蔡鹤皋出生于吉林省长春市五马路一所平房内。他的爷爷借用《诗经》中“鹤鸣于九皋，声闻于野”之意，为他起名鹤皋，字鸣九，寄托人才辈出为国所用的希冀。

年少的蔡鹤皋学习勤勉，1953年进入哈尔滨工业大学机械系。教育和工业生产实际相结合，是哈工大一贯的传统。学生不但要会设计，还得会操作机床，要真刀真枪解决工厂中的实际生产问题。这种培养模式让毕业生到工作岗位后能很快胜任工作，受到用人单位欢迎。

1957年，还没毕业的蔡鹤皋凭借优秀的表现被学校提前留校，做机床设计教研室助教和班主任工作。由于工作繁忙，他的毕业设计不得不延期。当时，数控机床研究是非常前沿的课题，教研室开展了相关研究，指导老师分配给蔡鹤皋的任务是关于磁带录返式数控机床的磁带机的研制。

蔡鹤皋说：“这个装置是专门用来记录加工的数字信号，并根据磁带记录的信号控制机床进行加工。”这是他大学期间真正做的第一个科研项目，遇到的困难超乎最初想象。蔡鹤皋用了半年的时间，终于研制出数控机床用的磁带机。凭借这个设计，1959年他顺利通过毕业答辩。

1970年哈工大南迁，仅有民用专业部分留在哈尔滨。实验室凡是好的机床、仪器和设备都被搬走了，只留下一些破旧的仪器设备。留在哈尔滨的蔡鹤皋把坏掉的、废弃的电火花、机床、液压自动机床等一个个修复了。他在这个过程中学到了许多书本上学不到的东西，因此一直乐在其中。

二十世纪七十年代后期，蔡鹤皋主要从事机械工程动态测量方面的研究工作。1977年，他成功研制了一台齿鼓式滚齿机传动链传动误差动态测量仪，并用它对哈尔滨汽轮机厂大型滚齿机传动链进行了动态测量。1979年，他研制成功一台双坐标自动自准直光管，实现了主轴回转运动双坐标摆角误差的实时动态测量。

1979 年，45岁的蔡鹤皋获得国家公派赴美国加州大学伯克利工学院机械工程系深造的机会。当时他的心里只有一个念头：“一定要学成回来报效祖国，不辜负祖国对我们的培养。” 

到美国后，蔡鹤皋的第一个研究课题是弧焊机器人机构和控制系统的研究。这个研究需要使用计算机实现对机器人的实时测试与控制，可是当时蔡鹤皋连计算机都没见过，更别说使用计算机来编程了。巨大的挑战和压力没有吓倒他，反而更加点燃了他的拼搏激情和奋进动力。

蔡鹤皋在加州大学伯克利工学院机器人实验室与机器人合影

蔡鹤皋从如何使用计算机键盘学起，逐渐学到编写程序指令，然后是操作计算机控制系统……

两年时间里，他不仅掌握了所学领域的基本知识，还帮助导师董菲尔德（Dornfeil）教授完成了计算机控制机器人的研究项目，发表了三篇高质量学术论文。其中，他的研究项目解决了弧焊机器人拐弯轨迹精度的难题，引起国际学术界的关注。这项研究成果还被导师纳入了研究生的教学内容。

1982年，蔡鹤皋（左）在加州大学伯克利工学院与董菲尔德教授在实验室合影

蔡鹤皋忘我的学习状态和聪慧的天赋赢得了董菲尔德教授的赞赏。回国前，导师又交给他另一项课题——声发射技术在磨削过程中的应用。

蔡鹤皋问老师：“这项研究有没有任何参考资科？”

老师回答没有。

蔡鹤皋又问：“那您有什么想法？”

董菲尔德说：“也没有，一切全靠你自己，可能成功，也可能失败，如果成功，那就是世界上的第一。”

当时，全世界没有人在磨削方面发表过关于声发射技术应用的论文。4个月后，蔡鹤皋的研究成果发表在美国机械工程师协会ASME期刊上，圆满完成了任务。

坚持到底

“人民像养蚕一样供养我，现在我已经学到了技术，该是吐丝报答他们的时候了。”怀着这样的念头，1982年4月，蔡鹤皋回到了母校哈尔滨工业大学。

留学经历让他萌生了做中国自己的机器人的想法，但当时社会上有种普遍的论调：中国人力资源如此丰富，甚至还有那么多人失业，哪里需要什么机器人。尤其是1978年日本广岛某工厂曾发生切割机器人事故，更是给机器人的发展蒙上了一层安全隐患。

但蔡鹤皋认为，随着中国科技的发展，机器人技术的跟进刻不容缓，这是实际需求，也是战略需要。他首先想到的是弧焊机器人，以解决汽车零部件生产中的需求。确定想法后，蔡鹤皋立刻前往航天部做汇报，提出研制工业机器人的建议。

1983年7月，当时的航天工业部正式立项研制焊接机器人，并任命蔡鹤皋担任该项研制任务的总师，负责机器人本体和计算机控制系统的设计与研制。在哈工大机械楼一间狭小而潮湿的地下室里，蔡鹤皋和三名老师带着几名研究生开始了中国第一台弧焊机器人的研制工作。

蔡鹤皋（中）和学生在学校机械楼地下室机器人研究室调试机器人

1985年3月，蔡鹤皋接到了航天工业部的通知，要求弧焊机器人参加当年6月在北京举办的全国科技成果展览会。这意味所有工作需要在三个月内完成。

时间紧迫，蔡鹤皋带领４个助手在只有30平米的地下室日夜奋战。地下室不见天日，大家困了累了，就轮流倒在躺椅上休息。期间，蔡鹤皋因劳累过度，导致眼球血管破裂，整个眼睛除了黑眼球，其余全都是通红的。大家催促他去就医。医生说，没有特效药，必须好好休息。但考虑到工作，蔡鹤皋还是一头扎进了与机器人的“对话”之中。

心血和汗水换来了全国科技成果展上的一鸣惊人。1985年6月中国第一台弧焊机器人“华宇-1型”问世，在军事博物馆展出。

机器人的亮相受到国内外科技界人士的广泛关注。香港报纸甚至将它与中国人造卫星的研制成功相媲美，发表《人造卫星机器人同时亮相》的报道，实谓“鹤鸣于九皋，声闻于天”。

华宇-I型弧焊机器人

1986年除夕之夜，我国第一代弧焊机器人成功焊制了第一批试件，技术性能完全达到设计指标。同年2月21日，华宇-I型弧焊机器人通过航天工业部鉴定，填补了国内相关领域技术空白。

1986年，在蔡鹤皋的建议下，哈尔滨工业大学机器人研究所成立。这是国内最早开展机器人技术研究的单位之一。蔡鹤皋任研究所副所长、总工程师。

同年，机器人技术研究首次被纳入国家五年发展计划。1987 年“863”计划智能机器人专家组成立，蔡鹤皋成为第一届专家组成员。

蔡鹤皋（中）研制的机器人正在写毛笔字

产业探索

在努力发展机器人理论研究水平的同时，蔡鹤皋也在产业化的道路上不断探索着。上世纪90年代，大庆石化、天津石化、齐鲁石化等大型国有石化企业生产线由于长期依赖进口设备，每年要花费大量外汇在购买相关设备和维修等人工服务费上。

“国外产品的质量并不是很好，但是没办法，我们自己造不了，人家要多少钱就得给多少钱”，蔡鹤皋为此非常痛心。那时，蔡鹤皋团队虽然已经初步掌握了生产研发技术，但是想要搞这种高技术产业，基础工业还相对薄弱。如何将高技术研究成果转化为实际生产力，服务于社会发展和国家建设，是蔡鹤皋很早就在思考的一个问题。

蔡鹤皋决定带领团队为天津石化研发机器人包装码垛生产线，按照规格要求，该生产线需要自动完成称重、装袋、缝口、整形、检测、码垛等工序，称重误差不能超过50g……

1993年9月9日，全自动包装码垛生产线运行生产中

然而，石化企业不是十分信任自主研发的设备，蔡鹤皋团队的生产线和码垛机器人成为了进口设备的“替补”。

投产不久，重金引进的生产线“趴窝”了。有机会“上场”的国产生产线和码垛机器人，不仅稳定性强，还便于维修，很快赢得了国内企业的信任。从那时开始，蔡鹤皋便带领团队稳扎稳打，逐步收回被国外机器人生产线占领的国内市场。

二十世纪九十年代初，为加速推进中国工业机器人的产业化，蔡鹤皋将目光聚焦到汽车企业的自动化生产设备上。1995年，工业机器人产业化项目被列入国家“863计划”，蔡鹤皋是项目总负责人，他们的目标是在五年内为“一汽”焊接总装厂研制出汽车工业机器人。同时，扶持企业培育自主制造、生产机器人的能力。

在汽车工业机器人项目实施的五年里，蔡鹤皋带领团队为企业培养出一批技术人才，使他们具备了自主生产工业机器人的能力。到2000年，项目第一阶段任务结束，他带领团队根据企业生产需求，成功研发出20多台弧焊机器人、喷漆机器人、搬运机器人。

不过，由于多重因素的影响，“一汽”并没能投资建厂生产汽车工业机器人。蔡鹤皋对此痛心疾首，“我们国家应该尽快建立一个具有独立知识产权的民族机器人工业，出产中国品牌的机器人。目前这个进度比较慢。这里有很多原因，我想这不只是技术上的原因，而且还有市场机制、管理机制、资金运作等种种原因。”

蔡鹤皋认为，民族工业产业化这条路，道阻且长，行则将至，行而不辍，未来可期。

蔡鹤皋院士（右）、秦裕琨院士（左）在洛阳中信重工考察

后继有人

近年来，国内工业机器人市场需求迎来了爆发式增长。在蔡鹤皋看来，中国工业机器人大发展的时代已经到来。怎样培养机器人研究领域的学科带头人，培养能够承担大项目的领军人物，成为他着重考虑的问题。

1990年12月，蔡鹤皋（左）在实验室与学生刘宏合影留念

在一次全所会议上，蔡鹤皋说：“我要搭建一个平台，研究所的每一个人在这个舞台上都有表演的机会。这个舞台对大家是平等的，是机会均等的。不管资历深浅，毕业早晚，都可以申报课题、负责项目。”

这项措施实施以后，大家积极性空前高涨。有些刚毕业工作的年轻人没有挑大梁的勇气，蔡鹤皋就给他们鼓气，告诉他们怎么选题、怎么写申请报告。在这种自由的科研氛围中，许多人都申报了课题。

蔡鹤皋把年轻人比喻为禾苗，“当然禾苗不可能长得一样高，这和每个人的基础能力和努力程度有关。苗长得高、长得快的我就多浇水、多施肥，让他长得更高更快。浇水施肥就是加担子、加任务。能担起50斤，就给他加到100斤；能担起100斤，就给他慢慢加到200斤。”

也许正是这些“高压”政策，蔡鹤皋周围很快凝聚了一支学术思想活跃、富有创新精神、具有冲击国际前沿能力的年轻科技团队。蔡鹤皋还结合学科的特点，吸收不同学科的优秀研究生，在发展过程中形成了学科交叉、人才互补的良好局面，而良好的学科环境又进一步地吸引了来自五湖四海的年轻人。

在人才培养上，蔡鹤皋特别强调德才兼备。他经常跟大家说：“有苦自己承担，有利让给别人，如此，才能攻克大的科研课题。”他还常常告诫学生，国家投钱，来之不易，一定要认真，对人民负责，对国家负责，为国家科技发展作出贡献。

至今，蔡鹤皋培养了120余名博士，70余名硕士，其中许多人成为机器人领域的专家和业务骨干。王树国、孙立宁、刘宏、赵杰、邓喜军、李瑞峰等机器人领域的知名专家学者、企业家都是他的学生。

蔡鹤皋

蔡鹤皋说：“我心里最大的满足，倒不是我在科研上取得多少成果，而是培养了一批年轻的学术带头人。他们又做出了更多更高水平的科研成果，又培养出更多更高水平的人才。”（吉星 何苾菲）

来源：中国科学家