以科创破壁 守表里山河——太原理工大学机器人科学与工程学院用创新书写“智绘”答卷

本报记者 王瑶

在推动新型工业化和发展新质生产力的时代浪潮中，高校科研力量精准对接产业需求、实现从“实验室”到“生产线”有效转化成为关键课题。

记者走进成立尚不足一年却已崭露头角的太原理工大学机器人科学与工程学院，深入实验室与研发一线，探寻这支青年团队如何以仿生为翼、以需求为舵，将智能机器人技术扎根三晋大地，书写中国机器人自主创新的新篇章。

冬日的太原，寒风凛冽，但在太原理工大学机器人科学与工程学院实验楼内，却是一派热火朝天的景象。一台四足机器人正灵活地在模拟混合地形上行进——它时而以轮式高速滚动穿越平坦区域，时而切换为腿式步态，稳健跨过障碍。

“看，它现在走得多稳!刚做第一代时，连站都站不直，像喝醉的小孩。”太原理工大学机器人科学与工程学院副教授张金柱笑着对记者说。这台只有15千克重的“多运动模态轮腿分离四足机器人”，在2025年全省“五小”创新大赛中，一举摘得优秀成果一等奖。

“山西地处黄土高原，地形兼具城市平坦道路与矿区、山地等复杂崎岖环境，对移动机器人提出高适应性要求。传统轮式或履带式机器人在连续路面上表现尚可，但一旦遇到断崖、碎石或泥泞，就寸步难行。我们要做的不是实验室展品，而是能真正下井、上山、进车间的‘战士’。”面向我省矿区巡检应用需求，张金柱带领团队自主研发了多运动模态轮腿四足机器人。

最初，由于高性能大扭矩关节模组市场供应受限，团队科研进展一度停滞。团队毅然从零开始自主研制，经过对机器人多次迭代，终于在第三代多模态轮腿机器人上实现了结构、控制与智能感知的全面升级——整机体积更小、质量更轻、布局更紧凑，机电一体化程度更高。

该机器人通过采用轮腿分离式设计，可在轮式高速机动与足式越障模式之间平滑切换，既保留了轮式运动的机动性，又具备了足式移动对复杂地形的强适应能力。同时，机器人引入腿部构型可变换机制，能够在全肘式与前膝后肘式两种拓扑结构之间转换，针对不同任务可兼顾姿态稳定性与灵活性，增强了在复杂环境下任务执行能力。

光有“好身体”还不够，更要有“聪明的灵魂”。该机器人在感知和控制层集成了模型预测控制(MPC)与强化学习(RL)相结合的智能控制框架。其中，MPC模块负责高频动态稳定与姿态优化，RL模块则用于自适应与行为决策，二者协同实现从运动规划到力控执行的全流程智能控制;还配备激光雷达、深度相机、IMU 等多模态传感器，可进行实时环境建图、精准定位、障碍识别与目标检测。通过感知与控制的深度融合，在未知或动态环境中实现高效、稳定、自主运动与任务执行。

目前，该平台已申请相关发明专利十余项，整机外观已高度产品化——飞线全部内嵌，碳纤维结构轻量化，即便在密林中穿梭也不怕枝杈刮断线路。作为巡检载体在煤矿巷道、变电站、水库堤坝等高危或非结构化环境中开展试点应用，有效替代人工完成环境感知、设备状态监测等任务。

“秉承着从产业中来、到产业中去的科研路径，我们始终鼓励‘问题导向’，也始终高度重视校企联合、服务山西特色产业。”张金柱告诉记者。

除前沿探索外，太原理工大学机器人科学与工程学院智能机器人团队最具“烟火气”的成果当属“智能酿酒——汾·酒醅上下料机器人系统”。我省是中国白酒的重要产区，白酒依赖于大规模的发酵醅料，传统酿造中，酿酒陶缸体积大、缸口宽，缸体深，人工铲挖酒醅效率低、成本高，且操作不便、环境高温高湿。张金柱和团队研制出我省首套面向清香型白酒工艺的专用上下料机器人系统——集视觉识别、自主导航、柔性抓取与精准投料于一体的专用机器人系统。该系统有三个驱动模组，可实现三自由度运动，驱动特性更加均匀，融合3D视觉识别、柔性力控抓取、AGV自主导航与工艺参数闭环调控技术，可精准判别不同发酵阶段的酒醅状态，并按传统酿造规范完成投料作业，取量效率是人工取料的5倍。

“智能化不是取代传统，而是守护和传承传统。这套系统真正实现了机器懂工艺、智能不失味。它不仅能自动识别酒醅状态、判断最佳投料时机，还能根据窖池位置动态规划路径，实现24小时不间断作业。今年，我们就准备放到汾酒厂进行小试。”张金柱说。

如今，学院已汇聚专职教师40人，博士化率达90%，其中包括院士1人、国家级人才3人、省级各类高层次人才8人;承担国家级科研项目20余项，荣获省部级科技奖励6项，研究覆盖工业、仿生、特种机器人等多个前沿领域。他们学院正以“敢为人先”的锐气、“久久为功”的定力，将三晋大地的产业需求转化为创新动能，将人才的智慧火花淬炼成国之重器，以硬核成果答好山西产业之问。

新院新局，厚积薄发。机器人科学与工程学院在太原理工大学和多部门协同支持下，把资源、机制与使命拧成一股绳。如今，太原理工大学机器人科学与工程学院虽成立不足一年，但已在学科建设、人才培养与科研创新等多个维度展现出强劲发展势头。

“高校不仅是科技创新的策源地，更是连接技术突破与社会需求的关键枢纽。我们一直积极在服务国家科技自立自强中展现高校作为，始终用‘理工智慧’聚焦山西能源革命综合改革试点和产业转型升级的重大需求，助力推动机器人技术在产业中落地应用，为中国智能机器人实现高水平科技自立自强提供坚实支撑。”机器人科学与工程学院党委书记吕晓勇表示。

从实验室平台搭建到校企联合攻关，从人才引进绿色通道到科研成果转化激励，太原理工大学在政策、资金、空间等方面给予全方位保障，使这支新生力量得以轻装上阵、加速奔跑。学院聚焦机器人智能感知、智能控制、机构创新设计及关键零部件等核心方向，在复杂空间机构设计、多自由度移动机器人控制、多源传感信息融合等领域积淀了扎实的技术基础，形成了“基础研究—技术攻关—产业应用”全链条的学科特色。整合机械工程、控制科学与工程、计算机科学与技术、电子信息、人工智能等优势学科资源，设立机器人工程、智能感知工程两个本科专业，并依托机械工程一级学科博士点及机器人工程专业学位博士点/硕士点，构建起本硕博贯通的人才培养体系。其机器人工程专业在2025年中国大学本科教育专业排行榜中跃居全国第18位(共362所高校)。此外，学院还围绕国家机器人产业战略与山西省区域发展需求，以多学科交叉融合为核心，构建了“教-研-用”一体化发展体系这不仅彰显出新兴学院的快速崛起之势，同时这也折射出我省高校在智能机器人领域由跟跑向并跑乃至局部领跑的坚实步伐。

“学院始终锚定立德树人根本任务，致力于培养兼具家国情怀、国际视野、扎实技术功底与时代担当的机器人领域拔尖人才。未来，我们将支撑起服务地方、攻坚国家需求的使命，奋力书写中国智能机器人自主创新的山西答卷，在服务国家战略和区域高质量发展中继续展现新时代高水平研究型大学的责任与担当。”太原理工大学机器人科学与工程学院院长熊晓燕说。