西電劉永奎和他的具身智能機器人

《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十五個五年規劃的建議》提出，要“前瞻布局未來產業，探索……腦機接口、具身智能、第六代移動通信等成為新的經濟增長點”。繼在2025年《政府工作報告》中首次寫入后，“具身智能”再次出現在國家戰略規劃之中。

《2025年國產智能機器人企業競爭力報告》指出，中國智能機器人產業正呈現出滿足多樣化場景需求的趨勢，工業制造、消費電子與電商物流已成為其核心應用領域。中國連續11年穩居全球最大工業機器人市場，在全球人形機器人百強企業中，中國企業占比也超過三分之一。

瞄準國際機器人和智能制造科技前沿，聚焦國家重大需求，西安電子科技大學于2019年申報并獲教育部批準設立機器人工程本科專業。自2020年機電工程學院招收學生組建首屆機器人工程卓越班起，劉永奎便擔任該班班主任。后來機器人工程系成立，他又擔任系主任，全身心投入機器人工程學科和專業建設，忙碌的他就像一臺不知疲倦的“機器人”。

劉永奎（右三）獲“優秀教師”榮譽稱號

當熱愛遇上國家需求，這便是最幸運的事

劉永奎對機器人的熱愛，萌芽于童年。生長于河南鄭州農村的他，兒時并未接觸過科幻大片，卻在學校圖書室的科普書中尋得一方天地。“小時候把學校圖書室的科普書視若珍寶，書中關于機器人的知識雖然零散，卻在心中悄然埋下了夢想的種子——長大后要從事這個領域。”

從本科到博士，從自動化到模式識別與智能系統專業，劉永奎始終懷揣著“機器人”夢想。2013年，他回到母校西安電子科技大學任教，便投身于智能機器人領域。

劉永奎在中國智能物聯系統會議上發言

鑒于工業機器人在制造強國中的關鍵作用及其作為高技術產業的重要地位，劉永奎堅定地將研究方向鎖定在“工業機器人”。

近年來，國家高度重視工業機器人產業發展。國家統計局數據顯示，2015年至2024年，我國工業機器人年產量從3.3萬臺增長至55.64萬臺，十年間增幅超過15倍。盡管國內產業進步顯著，但由于起步較晚，在材料、工藝等方面積累不足。國產工業機器人在核心零部件、動力學建模與參數辨識、控制算法與伺服響應等方面，仍與國際領先品牌存在一定差距。

“當前，國產工業機器人正處于從‘跟跑’向‘并跑’、部分領域甚至‘領跑’轉型的關鍵階段”，劉永奎認為，“縮小與國外品牌的差距，關鍵在于堅持研發驅動、攻克核心技術，尤其應把握新技術發展機遇，積極推進人工智能、數字孿生等技術與機器人的深度融合”。

“我從小就喜歡機器人，如今能在這個領域從事自己熱愛的工作，并且契合國家需求，確實是一件非常幸運的事”，劉永奎如是說。

面對行業亟需，提出“西電方案”

傳統工業機器人嚴格遵循預設程序，在結構化環境中執行重復性任務，不能通過感知、學習和推理來與環境交互。隨著人工智能技術的快速發展，“具身智能工業機器人”應運而生。

“‘具身’是前提，形態也不僅是人形，身體形態與其要執行的任務和所處的環境相適應，比如工業環境的機械臂，水下環境的流線型機器人等等”，劉永奎解釋道，“具身智能機器人是人工智能與機器人學交叉的前沿領域，強調智能體通過身體與環境的動態交互實現自主學習和進化，這一智能系統的核心在于將感知、行動與認知深度融合。具身智能機器人有望在未來幾十年內深刻改變人類社會的生產和生活方式。”

如何有效提升工業機器人的數智化水平？如何有效縮短工業機器人研發周期、減少意外停機、提升生產效率、質量和靈活性？如何讓機器人能夠完成傳統自動化難以解決的復雜、非結構化任務如柔性裝配與精密操作？

面對這些挑戰，劉永奎開始尋求解決之法。他帶領團隊聚焦工業機器人全生命周期管理和精密柔順裝配等關鍵需求，突破了工業機器人多層級多領域高保真數字孿生模型構建、裝配技能高效學習與快速泛化，以及“大腦（大模型）-小腦（技能庫）”協同的端到端自適應精密裝配等關鍵技術，開發了工業機器人高保真數字孿生系統與具身智能工業機器人精密裝配系統。相關成果已在航空航天、鋼鐵等行業實現應用，推動了工業機器人及相關行業的數智化轉型。

數字孿生工業機器人成果展示

“數字孿生工業機器人是一種新的工業機器人形態，但之前的孿生系統存在建模層次不清、模型多領域仿真能力弱等問題”。數字孿生工業機器人是智能制造和工業4.0的核心使能技術，它將物理世界與信息世界深度融合，不僅改變了機器人的設計、生產和維護方式，更通過數據驅動，賦予了機器人感知、預測、優化和自主決策的能力，是實現柔性制造、提質降本增效的關鍵，作用大，難度也不小?！拔覀兪紫葮嫿ň_和高效的動力學模型，深入研究工業機器人前饋控制、振動抑制和摩擦補償等核心技術，并構建了零件-組件-部件-系統多層級、機-電-控多領域耦合的高保真數字孿生模型，提出了數字孿生工業機器人體系架構，并開發出了原型系統”，劉永奎說。

劉永奎指導學生實驗

劉永奎帶領團隊自研了六軸工業機器人并開發了對應的孿生系統，在數字孿生模型與實測對比中，位置、速度跟蹤精度均能達到99.5%；開發的“數字孿生工業機器人”也入選工信部數字孿生典型案例。

針對工業機器人裝配技能訓練效率低、泛化能力差、虛實遷移難等問題，劉永奎帶領團隊開發了多模態傳感信息融合、機理與數據雙驅動的智能精密裝配系統，結合模仿學習技能庫、強化學習持續優化以及遷移學習泛化，探索觸覺增強的VTLA裝配大模型，實現3C產品、行星減速器等復雜產品的精密裝配。

劉永奎指導學生靈巧手研發

當前，中國機器人產業在人形機器人等新興領域展現出強勁的創新活力。面對新的國家需求，劉永奎帶領團隊適時開展人形機器人作業技術及靈巧手的研發工作，致力于為該領域的技術突破和人才培養貢獻力量。

培養學生解決真問題、真解決問題的能力

“要讓學生解決真問題、真解決問題”，這是劉永奎始終堅持的培養理念。

“真問題”從何而來？又如何“真解決”？劉永奎認為，對于工科而言，“真問題”應源自國家發展過程中面臨的“卡脖子”難題，以及企業研發與生產中的實際痛點，而非憑空想象。所謂“創新”，即基于這些實際需求提出新的解決方案，這些方案必須切實有效，能夠真正解決問題，這才是“真解決”。

“我常對學生說，做科研既要瞄準國家戰略需求，也要深入企業調研，關鍵在于具備批判意識與創新精神?！痹谶@個近30人的碩博士團隊中，劉永奎經常強調：“研究之前，務必明確自己所要攻克的是領域內的哪個具體難題。找準問題，是成功的前提。”

“我們‘伏羲靈樞——人形機器人小腦’項目主要針對目前機器人小腦應用場景不明確、大小腦發展不均衡、運動控制不精準這三大痛點提出解決方案”，在劉永奎的指導下，剛剛讀研一的李汝彬便和師兄師姐一起攻關這個項目，并在中國國際大學生創新大賽（2025）陜西賽區（高教主賽道）中獲得金獎。

“我是作為隊長帶著4名同學參加了第六屆中國研究生機器人創新設計大賽，拿到了國賽三等獎的成績，參賽項目是數字孿生驅動的機器人深度強化學習裝配系統，做這個項目也是因為劉老師經常跟我們說做科研一方面要瞄準國家戰略，另一方面也要緊密結合企業需求”，從“隊員”成長為“隊長”，朱子璐在比賽中收獲頗多，“與做隊員不同，身為隊長要更知道如何溝通、協調、統籌，比賽的過程其實也是對我們綜合靈活運用所學知識解決問題的一次檢驗”。

以賽促學、以賽促教，是劉永奎培養學生創新與實踐能力的重要途徑。他積極指導學生參加中國機器人及人工智能大賽、全國大學生機器人大賽RoboMaster、RoboCom機器人開發者大賽、“申昊杯”中國研究生機器人創新設計大賽等各類國家級高水平機器人競賽，累計獲獎20余項，多次斬獲全國一等獎、二等獎等高級別獎項。

與研究生培養不同，劉永奎在本科教學中更注重學生“實踐能力”與“創新意識”的塑造。為此，他邀請企業工程師走進課堂，分享生產一線中的實際問題；同時將最新科研進展與成果融入教學，團隊的碩博士研究生也成為課堂的“特邀嘉賓”，切實做到“科研融入和反哺教學”。從大三時在劉永奎的課上看到學長學姐帶著機械臂來演示、講解，到自己成為分享者，朱子璐也會把自己的科研情況、參賽心得與劉永奎所帶班級的本科生進行交流。

劉永奎邀請校外專家為學生作報告

正在讀碩士二年級的王芊驥也是“分享者”之一。他是機器人工程卓越班首批學生之一，“卓越班是4+2的6年本碩一貫制培養模式，我們在大四的時候就進組開始做實驗，畢設和科研同步進行，無縫銜接，平時老師也特別注重對我們動手實踐能力的培養和加強”。這也正是機器人工程卓越班的人才培養理念——該班以“機械硬件+電子控制+人工智能”三重能力融合的“機智融合”為核心特色，始終圍繞服務國家重大戰略需求，致力于培養在機器人創新設計、智能感知與控制等領域具備卓越能力的拔尖創新人才。

除了堅守科研與教學一線，劉永奎還積極投身科普事業。這是一項不計入考核、難以短期見效，卻需投入大量時間與精力的工作?！翱破盏囊饬x重大，我希望通過科普向青少年傳遞最新的機器人知識，激發他們對機器人的熱愛與想象，點燃他們心中的‘機器人’火種?！?/p>

劉永奎參加西電“有意思的Hi科技”科普分享

記者 / 王 格

排版 / 褚晟恩（融光工作室）

編輯 / 王冠玉

責編 / 王 格

出品 / 黨委宣傳部（融媒體中心）