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  • 上海交通大学:陈小奇 博士,客座教授

    • 名师介绍
    • 时间:2013-03-02
    • 来源:上海交通大学机器人焊接智能化技术实验室
    • 编译:陈华
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      姓  名:           陈小奇
     
      性  别:           男
     
      国  籍:           澳大利亚
     
      出生年月:         1963.11
     
      最后学历:         利物浦大学(University of Liverpool)
     
      电气与电子工程系
     
      学  位:           博士
     
      现任职单位:       新西兰 坎特伯雷大学 University of Canterbury
     
      现任专业技术职务: 教授
     
      现任行政职务:     机电工程学科主任
     
      从事专业:         机电一体化系统, 移动机器人, 智能自动化
     
      电话:                     +64 3364 2987 ext 7221
     
      电邮地址:              xiaoqi.chen@canterbury.ac.nz
     
      网  页:           http://www.mech.canterbury.ac.nz/people/Chen.shtml
     
      个人简历
     
      1980.9,就读于华南理工大学机械工程系,于1984年7月获工程学士学位.
     
      1984年,考入华南理工大学攻读硕士研究生,并获得英国文化协会(British Council) 技术合作奖(Technical-cooperation Award) ,遂派往英国攻读硕士和博士学位.
     
      1985.10-1986.12, 英国布鲁耐尔 (Brunel)大学材料技术系,攻读硕士.
     
      1986.10-1989.10,利物浦 (Liverpool) 大学电子电气工程系,攻读博士.
     
      1989.8-1990.10,杜伦 (Durham) 大学工程学院聘为博士后研究员.
     
      1990.10-1992.4,布鲁耐尔 (Brunel)大学聘为研究员(Research Fellow).
     
      1992.4,受聘于新加坡制造技术研究所 (前身为精迪制造技术研究所)任研究员.
     
      1997.1,提升为高级研究员 (Senior Research Fellow).
     
      1998.6-2006.11,新加坡国立大学聘为兼职副教授,指导研究生并讲授机电一体化研究生课:1)《机电一体化的应用》,2)《测试与传感器》,3)《工业自动化》.
     
      1999.9-2002.8,任新加坡制造技术研究所先进材料加工及自动化部主任.
     
      2002.8-2006.11,新加坡制造技术研究所提升为资深科学家(Senior Scientist), 为研究所管理委员会五位成员之一,兼任工业自动化装备研发部主任.
     
      2006.11至今,受聘于新西兰坎特伯雷大学,教授,机电工程学科主任, 坎特伯雷大学学术委员会成员, 坎特伯雷大学工程院教务委员会成员.
     
      获奖及荣誉称号
     
      2010, 最佳会议论文奖, 第四届亚洲国际机电一体化会议, 新加坡。
     
      2010, 被中国科技大学聘为兼职教授, 任期3年。
     
      2009, 美国道航研究院会议论文报告奖, 道航研究院Institute of Navigation (ION), 美国。
     
      2009, 新西兰贸易与企业协会创业奖 Entré Bright Idea Entrepreneurship Award, 新西兰。
     
      2008, 坎特伯雷大学Erskine Fellow, 新西兰。
     
      2008, 美国道航研究院会议论文赞助奖, 道航研究院Institute of Navigation (ION), 美国。
     
      2007, 最佳会议论文奖, ASME DETC2007 第三届国际机电及钳入式系统和应用会议, 美国。
     
      2004, 最佳会议论文入围奖, 第八届国际控制自动化机器人及计算机视觉会议, 中国。
     
      2002, Omeron 21世纪技术研讨会杰出演讲, 新加坡。
     
      1999, 新加坡国家技术奖, 新加坡。
     
      1985, 英国文化协会 中英技术合作奖。
     
      1984, 最佳毕业生奖,华南理工大学,中国。
     
      主要学术兼职
     
      国际学术期刊 IEEE Transactions on Industrial Electronics  编委。
     
      国际学术期刊 IEEE Transactions on Automation Science and Engineering 编委。
     
      国际学术期刊 International Journal of Advanced Robotic Systems 编委。
     
      国际学术期刊 Control and Intelligent Systems 编委。
     
      国际学术组织 IEEE Robotics and Automation Society New Zealand Chapter创办人、首任主席(2008-2010) 执委会成员
     
      国际学术组织 IFAC Control Education Committee TC9.4 成员。
     
      国际学术组织高级会员:IEEE, SME。
     
      国际学术组织会员: ASME, Engineers Australia, Australian Association for Engineering Education (AaeE)。
     
      IEEE 机器人与自动化(IEEE Robotics and Automation Society)会议编委。
     
      新西兰-中国科技协会 创办人 现任主席。
     
      创新团队建设与学科发展简介
     
      陈小奇教授在新加坡制造技术工业研所长期担任部门经理和高级管理职位,前后在国外四所不同的知名高校中任职。多年在学科发展,科研第一线工作。在坎特伯雷大学(以下简称坎大)任教授和学科主任四年至今,创造性地把创意设计和工业驱动的研究融合于坎大的机电一体化教育,被国际学术界公认为具有特色、基于项目、前瞻性的工程教育模式, 和现代工程教育的典范。
     
      在新西兰高校的评比中,坎大的工程院历年被评为全国第一。陈小奇教授领导的坎大机电工程及机器人实验室已发展成为受人注目的创新团队。该团队形成了一个健康的梯队。在过去4 年,聘请3 位年轻教师,一位电一体化技术员。该目前团队有5位核心成员(2名教授, 1名高级讲师, 2名讲师), 2名机电一体化技术员, 和1名电子技术员组成。现有15位博士生, 10位硕士生。并有多位其他院系的合作导师。与新西兰国家纳米技术实验室, 坎特伯雷大学生物工程中心, 新西兰人机界面技术实验室均有合作。
     
      这个国际化的团队有以下显明的特点:1)与工业界建立了广泛的联系,有十多家公司参与合作研究。2)将学科建设,毕业学生的研究项目,和硕士研究生,博士生的培养紧密结合。3)在深厚的理论研究能力基础上,兼有有效的应用及工程开发技能。
     
      坎大机电工程和机器人实验室拥有多项国际领先成果,如自适应机器人系统用于三维自由面打磨,非接触吸附爬墙机器人,细胞注射微操作, 触觉反馈的微机器人用于生物组织工程。承担多项国家战略研究项目,如森林采伐机器人,园艺(葡萄枝)修剪机器人。与国内外建立了广泛的合作。
     
      主要学术成就简介
     
      近五年主要在以下三个方面做出突出成绩:
     
      1)复杂制造自动化系统和智能控制;
     
      2)自主移动机器人;
     
      3)生物机电一体化。
     
      在复杂制造自动化系统的智能控制方面开展了在国际上具有领先的独创性研究。特别在智能机器人用于飞机发动机部件的恢复和再制造领域, 首次提出了基于知识、在线补偿和传感控制的方法,解决了叶片变形的三维自由曲面焊接和打磨自动化的关键技术。
     
      在自主移动机器人方面, 开发了多传感器数据融合导航控制系统,并成功地用在智能轮椅和水下机器人进行生物安全检查。研制了爬壁机器人, 提出超音速流场的夹带机理,突破了伯努利理论用在吸附装置的限制,首次开发了流体驱动无接触吸附爬壁装置,其最大吸附力是市场上商用装置的5倍, 在不同材料和状况的表面都有较强的吸附力。这项技术突破扩展了流体驱动的机器人学和理论,为研制可用性和通用性强的爬壁机器人奠定了理论基础并提供了设计指南。
     
      在生物机电一体化领域, 开发了触觉反馈增强现实的微操作系统, 成功地用在细胞注射,并对细胞操作微牛力和形变在线测量。提出了基于生物组织模型和视觉的创意方法, 取代了昂贵而又不可靠的常规测量方法。
     
      自2005年以来, 发表 1部专著, 15章专著章节, 26篇国际期刊论文, 包括“IEEE Transactions on Mechatronics”,“IEEE Transactions on Industrial Electronics”,“IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement”等国际一流期刊, 61篇重要国际会议论文。美国专利3项, 新西兰专利3项。受邀作专题报告30余次。
     
      主要学术贡献、重要创新成果
     
      1.传统的爬壁机器人依靠以下三种粘附机制:真空吸附,磁粘附,干粘附。这些方法都具有一定的限制,对表面材料和状况有一定的要求。真空吸附爬壁机器人为了避免较大的平移摩擦,被构造成多腿交替爬行,其运动控制复杂,运动平稳度也远不及轮式机器人。在渗透性强的表面上,真空吸附力大大减弱。磁粘附虽然能做到无接触,轮驱动,但只能用在铁磁材料上。最近,仿壁虎的爬壁机器人受到国际的重视,斯坦福大学和麻省理工学院的研究工作代表了基于微纤维干粘附的爬行机器人的发展。但微纤维干粘附对墙壁材料和状况比较敏感,粘附力较弱,承载能力低。  在这样的困扰中,非接触吸附,轮驱动,在各类墙壁材料都能爬行的机器人的成功开发已成为国际学术界的一个创意和亮点。这项研究突破了气动非接触吸附装置在目前只能用在水平抓举(如电子零件,晶圆片,食品),而不能支撑机器人在墙壁上爬行。通过流体动力学模拟和分析,优化设计,吸附力和效力提高了5倍。
     
      这项创新成果(专利NZ571914, PCT/NZ2009/000218),获得2009年新西兰贸易和企业局的创意奖。它具有广泛的应用前景和经济效益。可以用在大容器和结构的检测,飞机的现场检查(in-situ inspection),压力容器的焊接和质量检测等相关的操作。这项研究的独特贡献在于跳出了基于伯努利理的吸附装置,首次提出体超音速流场的夹带机理,丰富了流体驱动的机器人学和理论,大大提高了爬壁机器人的可用性和通用性。可以预见,这项成果也可以推广到水下操作。
     
      2.在自主移动机器人控制方面, 开发了多传感器数据融合导航控制系统,并成功地用在水下机器人进行生物安全检查,资源监测和管理。开发了基于模型和学习的智能控制器使飞行器自主操作。成功地发射和回收低空小火箭。这在新西兰的历史上还是首次。在新一代智能轮椅研发中,成功地实现了无线传感器网络,实时在线感知和驱动辅助,从而提高了残障用户对轮椅的可控度,使用的可靠性和安全行。
     
      3.在复杂材料加工自动化系统的智能控制方面,首次提出了基于知识,在线补偿,和传感控制,在国际上处于领先地位。并把这个思想成功地实现于飞机发动机部件的恢复和再制造领域。克服了航空修复和再制造自动化遇到的居多困难,如三维曲面的大变形(变形量可超过壁厚),零件之间的变异和个性,修复区域的随机性,因科镍合金(Inconel)的极差的可加工性,严重的刀具磨损,以及严格的修复精度 (+/-50 — +/-100微米)。为解决三位变形叶片打磨自动化,提供了三项关键技术:1)基于模板的轮廓拟合和三维自由曲面重建;2)自适应机器人刀具路径规划和软接触力/位移控制;3)基于知识的刀具磨损补偿,工艺参数和刀具轨迹优化
     
      在国际上首次将智能机器人技术用在飞机发动机叶片的修复打磨。节省40%打磨周期时间,降低不合格率,更好的保证修复的质量。这项开拓性的研究成为复杂材料加工处理自动化的强力示范和经典案例。受聘人领导的团队为Turbine Overhaul Services Limited (Pratt Whitney和新加坡科技的合资企业)提供了世界上第一台飞机发动机涡轮叶片三维打磨自动化系统。1999年,受聘人和他的团队获得了新加坡国家技术奖,这是每年一度的科技界的最高荣誉。在过去几年,这项技术有了进一步的提高。2008年10月获得美国专利 “确定形状数据的方法”(美国专利号 7,433,799 B2)。
     
      http://www.patentstorm.us/patents/7433799/description.html)。
     
      4.在微装配微操作方面,开发了触觉反馈增强现实的微机器人系统。提出了基于生物组织模型和三位成像的微牛力测量方法,而常规测量方法需要通过微应变片或微传感器取得力信号。后者昂贵,信噪比低,测量精度低。触觉反馈增强现实的微操作给在环操作员(human in loop)放大的操作空间和力反馈,从而保证了操作的精度。这项成果已成功用在双机器人细胞注射。为其他的诸如MEMS装配,显微手术等微操作也奠定了技术支撑。
     
      5.目前的虚拟现实和增强现实主要用在大空间的三维显示。但在很多应用中如细胞操作,微机电系统装配,医学上眼耳的微手术等,其操作空间可小到几百个微米,精度在几微米。触觉反馈与微力控制是安全可靠操作的必要条件。国际上还没有这方面的突破,坎大已作了一些前端的研究。提出了触觉辅助增强现实(Haptically Assisted Augmented Reality – HAAR)。
     
      6.在人体组织工程领域,利用微机器人系统和三位精密微滴胶技术制造与生物组织兼容的人造器官和人造关节。传统的人造关节是由钛合金精密加工而成,与生物组织兼容性较差。新的方法用精密微滴胶将与生物兼容的聚合物搭成三位生物支架。然后微机器人将细胞逐个放在生物支架的空穴中。装配在生物支架里的细胞在营养液中培育,成为人体替代器官和关节。这项研究的初期成果 “三位生物组织装配系统和方法”正在新西兰申请专利 (申请号:587478) 。随着社会日趋老年化, 这个领域的突破将给人类带来巨大的福祉。
     
      担任国际学术会议重要职务及在国际学术会议作大会报告、特邀报告情况
     
      国际学术会议编委, IEEE ICRA2011, IEEE AIM2009, IEEE CASE2008, IEEE CASE2007.
     
      2011 IEEE Conference on Automation Science and Engineering, Italy。
     
      国际学术会议程序委员会成员, 4th Asia International Symposium on Mechatronics, 15-18 Dec. 2010, Singapore
     
      国际学术会议程序委员会成员, 2010 Australasian Conference on Robotics and Automation (ACRA 2010), Brisbane, Australia, 1-3 December 2010.
     
      国际学术会议特邀报告 (Keynote Speaker), 国际学术会议顾问委员会(IAP)成员, Int Conf on Robotic Welding and Intelligent Automation, Shanghai, China, 14-16 October, 2010。
     
      国际学术会议大会主席, the Seventh IEEE Conference on Control and Automation (ICCA2009), 9-11 Dec 2009, the University of Canterbury, Christchurch, New Zealand。
     
      国际学术会议程序委员会主席, 2008 IEEE/ASME International Conference on Mechatronics and Embedded Systems and Applications, Beijing, China, October 12-15, 2008。
     
      国际学术会议程序委员会成员, 2008 IEEE Conference on Automation Science and Engineering (IEEE-CASE08), 23-26 August 2008, Washington DC, USA。
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