为无人机安一个智能的“家”

原标题：中国计量大学老师柯海森——（引题）

为无人机安一个智能的“家”（主题）

浙江日报记者 褚晶君 沈烨婷 共享联盟·海宁 张会

近日，在海宁市长安镇，一个白色大铁盒打开盖子，一架“电量告急”的无人机完成电力线路安全巡检后，缓缓降落在铁盒的“停机坪”中。随后，铁盒的盖子合上，无人机开始充电。半个小时后，无人机“满电复活”。

这是一场对无人机智能充电机巢的性能测试，表现优异的白色铁盒就是机巢，可为无人机提供自动充电服务。研发这款机巢，为无人机“安家”的，是中国计量大学副教授、智能装备研究所所长，海宁量益智能装备有限公司创始人柯海森带领的研发团队。

从小有一个“机械梦”

下午2时，烈日当空，走进位于海宁市长安镇的海宁量益智能装备有限公司，清脆的金属碰撞声不绝于耳，空气中弥漫着淡淡的机油味。

在600平方米的研制车间里，柯海森和几个工作人员正在埋头组装、调试一个体积近13立方米的无人机机巢。

“这是一台用于物流的无人机机巢，我们已小批量交付。”今年47岁的柯海森中等个头，鼻梁上架着一副简约的黑框眼镜，一头短发修剪得整整齐齐，显得很干练。

与许多人印象中的大学老师形象有所不同，打小就痴迷于机械世界的柯海森，由于常年与机器打交道，手掌上布满了油渍和老茧。

“我喜欢研究机械手、机器人等精密的机械设备。”柯海森说，在学生时代，他就做过不少自动化的机械设备。博士毕业后，他入职中国计量大学机电工程学院，延续自己的“机械梦”。在大学教书的日子里，柯海森带领科研团队潜心研究先进的机械手等自动化设备，常指导学生参加各类创新大赛。

他研发的一款机械装置，可4只机械手同时工作，还拥有灵活轻巧可抓“万物”的夹爪……截至目前，在自动化、智能化的研发和应用方面，他与大学同事合作取得了国家级发明专利25项，实用新型专利94项，以及授权知识产权119项。

除了科研，柯海森还关注市场动态，以及注重科研成果的转化。“我常常想，象牙塔里研究的技术，是不是市场需要的。”

让机械手精密运转

2019年，在一场高校产学研对接会上，柯海森向在场企业介绍可实现自动装瓶、上盖以及装箱的全自动包装生产线，该生产线已申请5项国家发明专利和4项国家实用新型专利。

一家提供无人机巡检服务的企业对此十分感兴趣。这家企业向柯海森表达了合作意愿——他们正好遇到了无人机机巢智能换电的难题，希望柯海森能通过自动化技术帮助他们破解无人机续航难题。但他们时间紧，要求9个月内出技术成果。

当时，无人机刚兴起不久，无人机机巢，柯海森也是头一次接触。

这是挑战，也是机遇，柯海森与企业签订了无人机智能换电产学研项目合作协议。他特地买了一台无人机放在办公室，一连好几天，都重复同一个动作——把电池拆下来又装上去。

突然有一天，他在拆装时灵感乍现。“既然工业生产中可以使用机械手代替人工，那在机巢里安装机械手，是不是也可以达到同样的效果？”

方向有了，柯海森组建了一支研究团队，带着团队开始忙碌起来。他恶补无人机机巢的原理结构等相关知识，开展大量的理论分析和仿真分析，再进行工艺制作，第一台样机出来了。

但效果不理想。由于机械手体型太大，无法灵活地抓取无人机的电池盒。一番操作下来，这个“大家伙”不仅动作迟钝、粗暴，还损坏了无人机。

“机械手最难攻克的就是精度。尤其是在狭窄的机巢内，机械手必须极度灵活，才能完成换电池的操作。”柯海森说，机械手的内部有各种传感器和控制元件，犹如人的“感知神经”，控制机械手按照指令做出各项动作。“这些都是行业核心机密，我们只能自己琢磨、通过不断试错蹚出一条路。”

每出现一个问题，团队成员就要从头开始分析，找到失败的原因，再进行检测，直到解决问题。

“柯老师一直鼓励我们，创新不轻松，是一个不断失败、摸索前行的过程，不能因为失败就止步不前。”如今研究生毕业两年的电控设计师程紫良，当时主要负责机械手的精度提升，每一次失败后，柯海森都会耐心地开导他们，带头加班解难题。

历时6个多月，无人机机巢终于研发完成，机巢中的机械手带有高自由度关节，不仅可以轻松地旋转成各种姿态，在3分钟内给无人机换完电池。

这一次成功，极大地增强了柯海森团队的信心，也让柯海森萌生了创业的念头。距离学校近、相关配套条件较好的海宁市长安镇，成为了他创业的首选地。2021年，海宁量益智能装备有限公司成立，无人机智能机巢及其调度系统是企业的主攻方向。

链接更广阔的应用场景

事实证明，柯海森选对了赛道。

作为全球竞逐的战略性新兴产业，低空经济迎来了蓬勃发展势头。在物流、农业、救援和公共安全等领域，无人机发挥着越来越重要的作用。一个安全、便捷的“家”——无人机机巢，就显得尤为重要。

2022年，企业接到了第一个大订单——定制3层无人机巡检机巢。客户要求，一个机巢能停3架无人机，并实现智能充电。

田俊是柯海森的学生，负责该项目的机械设计部分。为了取得客户信任，他熬了3个通宵，将客户的想法，转换为“多机一巢”的设计方案。为了让客户生动直观地了解项目，他还将平面设计图纸做成三维立体动画。正是这样贴心的服务，让客户最终放心地将单子交给柯海森团队。

让多台无人机同时停靠一个机巢，做起来比想象中要难。“不是简单地将机巢做大就行，所有的硬件和软件系统都得重新做一遍。”柯海森回忆，那段时间，团队成员大部分时间都“泡”在办公室里。

如今，柯海森的时间安排得满满当当，除了教学、科研，还有公司运营的问题需要处理。在创业中，他把专业理论知识转化为市场认可的产品；在教学中，他又把实操经验提炼、转化成知识点传授给学生。对柯海森来说，教学与创业相辅相成。

这两年，柯海森带着以6名博士为主要力量的无人机机巢研发团队，攻克了一个个难题。无人机难以精准停在指定位置，导致充电接口对不准，这一度是行业内普遍存在的问题。为此，团队发明了无人机定位装置，利用夹持装置将无人机快速定位至准确位置，从而实现了无人机精准充电。团队也靠此技术获得了国家发明专利——一种无人机定位充电设备。目前，团队已在无人机智能机巢方面取得5项国家实用新型发明专利。

“我们正在自主研发一款小型机巢。”柯海森介绍，这款机巢更加灵活，可以安放在商场、民房楼顶，甚至可以放在汽车后备厢、电线杆上。柯海森满怀期待：未来城市的低空领域，无人机大有可为。可以为千家万户运送商品、为城市治理巡航监管……而背后，有他们参与为无人机保障续航。

来源：浙江日报