资质延期办理流程,周惠兴：“建筑机器人之父”

作为国家千人计划专家、科技部创新创业人才、英国机械工程师学会北京地区负责人，他主持过国家重大专项，发表学术文章100余篇，获得国家专利20余项。

凭借丰富的研发和管理经验、国内外大学和公司工作、管理经历，他研制的20米U型直线电机移动检测机器人、LED金线高速焊接机（半导体封装）、精密气浮球形平台、衍生式非圆车削CNC系统、车铣复合加工中心、两轮自平衡电动车等被广泛应用，造福大众。

10月25日，具有我国完全自主知识产权、以全球首创“生物砖”技术为核心的3D生物血管打印机在成都问世。它标志着“国家高技术研究发展计划，也就是863计划”重点项目之一的3D生物打印血管项目取得重大突破。而这正是他在生物科学领域做出的一次成功尝试。

2018年10月，他携自主研发的CR1通用建筑机器人平台参加在北京举行的第17届中国国际住宅产业暨建筑工业化产品与设备博览会，引起了业内人士的广泛关注，并被大家亲切地称为“建筑机器人之父”。

他就是北京建筑大学教授、北京市建筑安全检测工程技术中心主任、北京市归国留学人员联合会副主席、中国自动化协会建筑机器人专业委员会委员、中国3D生物打印联盟理事周惠兴。日前，记者到北京建筑大学机器人与智能设备研究中心采访了周惠兴教授。

在进行建筑机器人的研究之前，周惠兴教授有一系列研究开发直线电机与自动化设备的经历，并在许多领域取得了多项成就。其中，智能装备和3D打印是他较为重视的两个研究方向。

以全球首创“生物砖”技术为核心的3D生物血管打印机获得了6项专利，其中包括一项国际专利。周惠兴认为，这样的先进技术和理念不仅可用于人体，而且适用于建筑制造等各个领域。除此之外，各类智能设备也是周惠兴教授引以为傲的作品，各种特制的直线电机、直驱电机及20米U型直线电机移动检测机器人等研发成功后服务于清华、北航、北理工、国防科大、中国科大、华南理工、GIT（USA）、Brunel University（UK）、新加坡国立大学、新加坡南洋理工大学等国内外高校，并在军事、电信等多个领域广泛应用。

凭借对直线电机及直驱平台、精密运动控制、机器人与智能装备的持续专注研究，周惠兴教授在智能设备、编程和智能化设计方面取得了较大突破。“我在中国农业大学工作将近十年，一直致力于农业智能化的研究，比如开发能够自动播种和浇水的农业机器人。”在他看来，建筑业的智能化与农业或生物医学产业的智能化看似差异巨大，实则有着诸多异曲同工之处。他举例道：“在机械生产中，我们总是用到机床，这一设备又被称作‘工作母机’，因为它是一个能生产设备的设备。”3D打印技术与智能设备的使用，更好地实现了“机床”的功能，使零部件制造或配件安装的效率得到很大提高。

2017年3月，周惠兴教授告别了中国农业大学，来到北京建筑大学，并成立机器人与智能设备研究中心。从此，他的团队正式启动建筑机器人的开发与研究工作。目前国内首款瓷砖铺贴建筑机器人样机已经问世，并参加北京创新发明大赛。

周惠兴教授和学生在一起

虽然跨越了多个学科，但周惠兴教授的研究思路始终一脉相承，他向记者介绍道：“自动化加工中心和机器人本质上是一个东西，电机及其运动控制是机器人或智能装备的基础，你看到机器人末端在动，其实是里面各个关节的电机在精密运动。”而对于3D打印技术在建筑上的应用，他也抱有很大信心。“3D打印可制造出复杂构件，它和装配式建筑结合起来，同时运用BIM技术，能很好地满足现代智能建造需求。”

对于3D打印技术的未来发展，周惠兴教授给出了一个创造性的构想：“例如，使用3D打印制造复杂的装饰性构件，再用人工PC生产的方式完成主架构的建造，最后将二者拼合在一起，这样便可以做到各取所长，彼此互补，而安装也可以采用建筑安装机器人。”

决定设计研发CR1通用建筑机器人平台，最初是源于周惠兴教授了解到的一些数据：我国每年生产约100亿平方米瓷砖，而以北京为例，一个成熟的技术工人铺贴1平方米瓷砖的手工费约为40元左右，人工铺贴瓷砖将耗费大量的人力资源和时间。而用机器人铺贴不仅可提高效率、节约成本、提高精度、减少浪费，还可以保证施工人员的环境安全、健康，实现人与自然的和谐共处，提高建筑业的自动化和工业化水平。

确定了研究方向与目的，周教授组织团队进行市场调研与概念设计。“我们的概念是逐步深化而来的。”周教授表示，团队一开始只是关注瓷砖铺贴的市场前景，但通过数据反馈，我们发现建筑铺贴机器人还可拓展到建筑施工的其他方面，如进行墙面整理、墙面铺贴、平地、抹墙、挂装、质量检测等。因此“建筑通用机器人平台”这一想法被正式确定。

在研制过程中，他们遇到两个难题：一是机械手架构设计，二是顶层控制系统的结构。由于机械手定制后无法轻易更改，因此团队反复调整设计图纸、跟生产厂家确定功能细节，并思考如何让其更好地发挥作用。“有时候我们的要求超出了机械手本身的功能，这就是说，有一部分‘隐含功能’，我们必须和商家反复沟通交流，才能最终达到设计要求。”

而控制系统设计是机器人项目的核心，它具有收集地形、空间等数据、控制机械手及小车自主行动的功能，并与BIM中相应信息进行比对，计算优化机器人运动轨迹，确保瓷砖铺设在正确的位置上。周惠兴教授带领团队花费了5个月的时间，攻克了控制系统设计与编程调试方面的难题，目前瓷砖铺贴误差已经缩小到0.5mm以内，远远满足用户需求。

周惠兴教授在展会现场接受采访

CR1通用建筑机器人平台的优势不仅体现在节省人工费用，且价格不能太贵。在这一方面，周惠兴教授团队也考虑了很多，例如在机器人传感器配置上，他们应用了不同经济型的传感器，通过算法实现高精度铺贴。

“瓷砖铺贴用我们的术语来说是个单向控制过程，也就是只能进行一次，一旦铺贴到位，机器人很难取下，因此必须确保100%正确。目前来看，我们基本实现这一功能，但无论在理论上还是在实际设计上，它还有很大的优化余地。”周惠兴教授表示，该机器人在正式投入使用之前，还需进行更多的试验调试。他透露，未来计划与中建等建筑企业合作，将该机器人投入施工现场进行实验。“预计今年机器人便可投入使用。”谈到通用机器人平台的未来发展，周惠兴教授信心满满。

周惠兴教授说，由于目前建筑工程行业的工作环境艰苦，工地上的年轻人越来越少，这给建筑机器人的发展带来了机会。随着施工市场的发展，建筑机器人的需求会越来越大。从一些发达国家的情况看，人力成本会越来越高，对工作环境的要求也会越来越高，更多的工作会被机器人所取代。而建筑行业是人力集中的行业，建筑机器人开发与使用已迫在眉睫。这是一个很有前景的市场。

“现在是进入建筑机器人这个行业的最好时机，因为这个行业缺乏人才。比如清华大学、同济大学等高校已经意识到了行业这一发展前景，并开设了智能建造等相关专业。北京建筑大学也开设了机器人专业，我在负责这个专业的建设。”周惠兴说。

除了机器人相关的研究，周惠兴教授还关注青少年机器人科普教育。“我现在看得更多的是科技史和哲学方面的书，通过学习来反思我们的研究是为了什么，我们研究的价值又是什么。”周惠兴教授表示，他会在自己所教授的第一节课就提问学生，思想与技术哪个更重要，“技术确实很重要，但思想是更值得关注的部分，思想指导我们如何掌握技术，也让我们思考掌握技术又是为了什么。”

同时他认为目前的教育过于注重成绩，忽视了对社会和人生的思考，因而还不能完全达到素质教育的效果。“虽然现在的高校大多开设人文类的，但这样的兴趣培养来得稍晚了一些。”为此，周惠兴教授与一些中学合作建立了机器人等科技实验室，希望通过这样的方式培养青少年对于科学的兴趣，激发他们内在的科技创新潜能。

作为从教多年，且在产业化方面多有建树的教授，周惠兴鼓励学生多接触真实的市场与工作。同时由于自身的跨专业背景，他对于交叉学科的研究也抱有极大兴趣。“跨专业的交流有助于协同创新，比如在建筑领域，之前建造者从建筑结构的视角考虑居多，而如何应用机器人则较少考虑。”周惠兴教授还表示，他计划写一本书，期待把目前成熟的机械设计制造经验引入到建筑建造中。他也在努力推广基于机器人智能建造的建筑设计、施工与维护方法，提升建筑工业化水平。

从以产品为主的科研，到以培养兴趣和思想为主的教育，一路行来，周惠兴教授历经艰难困苦，也收获了鲜花与掌声。跟随着内心的信念，他和团队必将乘风破浪，勇攀下一个高峰。