专家信息：
刘立，男，博士，北京大学工学院特聘教授，国家"海外高层次人才引进计划（**计划）”获得者，北京大学工学院先进智能机械系统及应用联合实验室执行主任。
教育及工作经历：
1987年，在加拿大McMaster大学取得电机和计算机工程博士学位。
1989年，加入Spar Aerospace Ltd.（现为MDA公司）参与国际空间站机器人系统早期概念设计，是该公司多个空间、工业和医疗机器人控制系统的主设计师。
1991-1996年，是加拿大McMaster大学机械工程系和电机和计算机工程系的兼职教授。
2008-2011年，是Dextre双臂机器人工作者前期在轨操作的技术负责人。
2004年，是哈勃望远镜机器人援救项目的技术领导人之一。
2011-2014年，是加拿大自然科学和工程委员会机械分会的专家组成员。
现任北京大学工学院特聘教授，北京大学工学院先进智能机械系统及应用联合实验室执行主任。
学术兼职：
资料更新中……
主讲课程：
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培养研究生情况：
资料更新中……
招聘情况：
北京大学工学院先进智能机械系统及应用联合实验室招聘博士后及相关研究人员
招收领域：
1. 仿人移动机器人控制和工程实现。
2. 高性能多功能机械臂, 力和触觉反馈(Haptics)在医疗、空间和服务机器人的应用。
3. 空间机器人任务开拓。
应聘条件：
1. 已具有控制、力学、电机工程、机械工程或机器人学博士学位或者在近期内能完成博士论文答辩（博士后）；已具有控制、力学、电机工程、机械或机器人学等相关学科硕士学位并有相当的工作经验（研究人员）。
2. 博士后应聘人应在下述多个领域具有坚实的理论或实践基础：
（1）机器人实际控制和机器人仿真。
（2）多体浮动基座、刚体和柔性结构建模。
（3）经典和现代控制理论，包括频率域和状态空间分析、线性和非线性系统稳定性。
（4）熟悉MATLAB软件，具有相当的机器人软硬件工程实现的实践经验。
3.具有较强的科研创新能力和团队协作精神。
岗位职责：
拟招收的博士后将在北京大学工学院王建祥教授、刘立教授的指导下从事科学研究工作。
应聘材料：
1. 中英文简历和申请信。
2. 论文论著以及专利目录，3篇代表作全文。
3. 博士（硕士）论文摘要。
4. 三位推荐人姓名和联系方式。
基本待遇：
博士后待遇：提供日常经费和科研经费，交纳养老保险、失业保险、医疗保险和住房公积金；提供15 万-20万元左右的年薪（视经历而定，税前）。
研究人员待遇：提供日常经费和科研经费，交纳养老保险、失业保险、医疗保险和住房公积金；提供10万-25万元左右的年薪（视经历而定，税前）。
联系人：任丽娜 电话： 010-62545212
邮箱：renlinacoe.pku.edu.cn
有效日期：2013年12月31日
研究方向：
先进智能机械系统及应用。
承担科研项目情况：
参与国际空间站机器人系统早期概念设计。
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科研成果：
1. 首次将自适应控制理论应用到机器人身上，目前世界公认对此项研究进行阐述的首篇论文就出自他的手下。
2. 1989年，加入Spar Aerospace Ltd.（现为MDA公司）参与国际空间站机器人系统早期概念设计，是该公司多个空间、工业和医疗机器人控制系统的主设计师，其中Dextre双臂机器人是目前唯一在太空运行灵巧机械臂，NeuroArm2已应用于外科临床和正在市场化，他所创立的控制算法和软件是目前国际空间站和MDA公司的标准软件。
刘立教授在机器人和控制领域共计发表学术论文50余篇。
代表性论文：
1. G. Bone, M.A. Elbestawi, R. Lingarkar and L. Liu, Force Control for Robotic Deburring, ASME Transaction on Dynamic Systems, Measurement and Control, vol.113, pp. 395-400, 1991.
2. R. Lingarkar, L. Liu, M.A. Elbestawi and N.K. Sinha, Knowledge-Based Adaptive Computer Control in Manufacturing Systems: A Case Study, IEEE Transaction on Systems, Man, and Cybernetics, vol.20, pp. 606-618, 1990.
3. L. Liu, Y. Han, R. Lingarkar, N.K. Sinha and M.A. Elbestawi, On Adaptive Force/Motion Control of Constrained Robots, Proceedings of the 15th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, volume II, pp. 433-438, Philadelphia, Pennsylvania, November, 1989.
4. J. Wang, R. Mukherji, M. Ficocelli, A. Ogilvie, L. Liu and C. Rice, Modeling and Simulation of Robotic System for Servicing Hubble Space Telescope, Proceedings of the 2006 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, pp. 1026-1031, Beijing, China, October 2006.
5. L. Liu and W. Liang, Adaptive Asymptotic Stable Biped Locomotion, Proceedings of the 33rd Chinese Control Conference, Nanjing, China, July 2014.
荣誉奖励：
1、入选国家"海外高层次人才引进计划（**计划）”。
刘立：机器人2.0时代，中国能否唱主角？
——记国家“**计划”特聘专家、北京大学工学院特聘教授刘立
第一代机器人的世界级比拼中，似乎缺少了中国的身影。
即使中国科学家刘立在核心领域占有开拓者的一席之地，即使国际空间站使用的Dextre双臂机器人“继承”了他的中国基因，但比照“机器人产业崛起”的强国梦，这依然远远不够的。
是跟从还是超越，是沉寂还是主宰？机器人2.0时代，我们是否能从工业机器人的困顿中顺利突围？这正是北京大学刘立教授一直求索的问题。
参与者，或是引领者
比尔•盖茨曾预言“机器人将重复个人电脑崛起的道路，成为下一个改变世界的技术。”而对参与了机器人整个发展过程的刘立教授而言，比尔.盖茨这个外行人能将目光聚焦于此，也正是“机器人时代”在以山雨欲来风满楼的架势席卷全球的有趣印证。
大多数人并不清楚，今日炙手可热的机器人，经历了相当艰难的起步阶段。早在1956年，美国Unimation公司，已经生产出了第一台工业机器人，从它制造出来到盈利经过了二三十年的时间，外观仍然没有很大的改变，发展难度由此可见一斑。
刘立教授投身机器人领域，是从1984年在加拿大读博士学位时开始的。当时，机器人研究刚刚成为一个独立的学科，领域内陆续也发生了几大标志性事件，包括美国机器人协会的成立以及第一次机器人国际会议的召开。刘立学习的原本是控制专业，1986年，博士毕业之前，他参加完机器人国际会议，看到蓬勃的发展形势，内心非常激动，于是回到学校试开了第一门机器人课程。
这门因热血而诞生的课程在同行业内广为人知，作为“第一个吃螃蟹的人”，刘立首次将自适应控制理论应用到机器人身上，目前世界公认对此项研究进行阐述的首篇论文就出自他的手下。多年以后当我们回过头来审视，那段激情澎湃的岁月更像是从混沌中进入崭新世界的通路，取道于此，控制科学使机器人的发展取得了极大的突破，而反过来，机器人的应用又促使控制科学取得了长足的发展。
1987年，刘立在加拿大McMaster大学取得电机和计算机工程博士学位，进行了一段时间的博士后研究，他加入了加拿大Spar Aerospace公司，即为如今的MDA公司，参与国际空间站机器人系统早期概念设计。这家公司说的上是加拿大的骄傲，它创始于上世纪50年代中期，是机械臂研究及制造领域的佼佼者。机械臂在普通人看来丝毫没有“高达”的风采，但身手却极为灵活。美国的飞船上都带有机械臂，第一代全部由加拿大制作的，受到了宇航员的一致好评，一直使用到飞船退役，进入了博物馆。
过硬的专业基础、极具前瞻性的研究思路，让刘立教授很快成为了这家公司第一个来自中国大陆的主设计师，负责多个空间、工业和医疗机器人控制系统的设计。也是在这里，他担当了Dextre双臂机器人前期在轨操作的技术负责人。
Dextre双臂机器人是目前唯一在太空运行的灵巧机械臂，双臂膀设计使它极其灵活，能帮助宇航员修补空间站，减少危险的出舱行走，目前已经成为维护和服务空间站的必须工具。它的工作内容诸如移除空间站表面的小部件等，对精度要求非常之高，研发难度巨大，竞争也极为激烈。
“对于空间站来讲，机器人是极为关键的。美国主持空间站势必会给自己国家的企业很多优惠条件，比如数据的传输频率都是比我们快的。所以最后能使用我们的机械臂，也是经过很大的努力争取到的。美国航天局有一个很严格的考核系统，让宇航员操作机械臂并给出评语。我们的灵巧臂中有一个关键，就是应用到力控制技术，比方你要插拔部件，只需要闭上眼睛推一下就可以了, 控制算法自动纠正偏差。所以，当时三个宇航员都给了我们最高评语，满分5分。”
在MDA公司任职的同时，刘立也在McMaster大学机械工程系以及电机和计算机工程系担任兼职教授，涉及到机器人，他几乎永远活力四射。“2008年3月，Dextre机械臂被送入太空 ，加入到原本就用在该空间站上的操作机器人Canadarm2上。在前期的时候，为了保证它的运行正常，我担任了技术支持的领导。在这个过程当中，也搞了些其他方面的研发，比方说医疗机器人。”
首先寻求帮助的是加拿大多伦多儿童医院，医生想要在小创伤底下做缝合，并保证微创面积不受损。刘立教授给样机设置了8个关节，很好地规避了风险。原来一个有经验的外科医生做手术，需要全神贯注地搜索受损器官做缝合。可是现在用了这个机器人以后，受损的器官被放大并显示在屏幕上, 医生只要手触触屏，这个机器人自己就可以到达创伤面。儿童医院的医生兴奋地感慨，梦想终于实现了。
除此以外，刘立教授参与设计的NeuroArm也受到了业界的集体瞩目。NeuroArm是专门针对神经外科设计的手术机器人，包括了神经外科医生在颅内需要做的所有操作。两个机械臂，每一个都有7个自由度，另外第三个臂有两个摄像头，可以提供立体影像。NeuroArm可以进行显微外科操作，包括活检、显微切开，剪开，钝性分离，钳夹，电凝，烧灼，牵引，清洁器械，吸引，缝合等。还可向术者提供触觉压力反馈。NeuroArm工作站也很独特，工作站尽可能地复制手术场面，提供听觉，视觉和触觉方面的感受。机器人传感器和核磁在显示屏上显示三维脑组织图像。NeuroArm滤除手部颤动。NeuroArm可在术前计划出手术边界，材料都能兼容核磁，能进行术中核磁扫描，机械臂由钛合金和聚合塑料制造，核磁图像扭曲很小。NeuroArm可进行立体定向手术，精确到达靶点。NeuroArm图像引导系统可虚拟现实，在术前模拟手术过程。目前NeuroArm2已应用于外科临床，正在市场化。
在旷日持久的技术攻坚战中，刘立教授一直以审慎扎实地态度面对自己的研究课题。在加拿大后期，他开始担当加拿大自然科学基金会机械方面的委员，审查一些基金申请。申请者中精英云集，包括斯坦福或者是美国一些名校的年轻人，他们的研发做得非常快，但却存在着一些浮躁的现象，有些研究并不是十分扎实，对科研前景的描述略显浮夸。刘立教授在委员会上评选的时候说：“你是做得很快，人也很聪明，但真正的创新是怎么产生的？只有你花了很多的功夫，对于系统融会贯通了才会产生真正的创新。”这正是来源于多年“摸爬滚打”中他对自身经验的感知和对未来的警醒。
赤子情怀，矢志报国
在事业蒸蒸日上的时候选择回国，让不少同行感到意外。但在了解刘立教授的人看来，这是极为自然的事情，家国情怀早已写入他的血脉。
刘立教授的父亲上世纪40年代毕业于麻省理工学院化工专业，在MIT取得了两个硕士学位，还担任过学校中国同学会的会长。回国之后，也曾在两个大学兼教，二战后，联合国委任他担当中国医药管理的主任。40年代的中国上海，通货膨胀愈演愈烈，行贿受贿、贪赃枉法等种种腐败现象蔓延成风。目睹着日益糜烂的社会风气，刘老先生十分痛心，而当1949年建国后，看到万象更新的新局面，他从心底里感到“中国人民站起来了”，索性将儿子的名字从刘健改为了刘立。他自己也积极投身中国的医药工业建设中，在50年代、60年代中国和国外相对隔绝的情况下，中国的西药包括所有的抗菌素、红霉素、土霉素也都形成了完整的体系，这与刘老先生的心血是难以隔离的。即使在“文革”时期受到了冲击，他最急切的愿望也是早一点回去工作，直到72岁，他还被评为化工部的优秀共产党员。
正所谓“虎父无犬子”，父亲的耳濡目染在少年刘立心中烙印下了深刻的爱国情结。作为新中国成长起来的第一代，这个早慧的少年，从小就坚定了知识报国的大志向，自初中进入北京四中开始，他每一年都能获得金质奖章。即使是在“文革”时期，在中国科技大学,他也将微积分和数学的讲义保存在身边，寻找一切机会学习。
在北京科技大学取得硕士学位之后，刘立教授得到了去加拿大继续深造的机会，上学、工作、兼职做教授，讲授控制和机器人方面的专业课程，也参与课题研究，他永远精力充沛、不知疲倦，因为在他心中，多一份积累，就意味着自己离报效祖国的机会又近了一步。在以国家的“****”为契机，回到国内进入北大任教后，他由衷地说：“在全世界范围内，包括美国，也包括加拿大，我们中国对于科技和研究的支持都是力度最大的，全世界第一。虽然我们还在摸索，但是在祖国的支持下，很多非常振奋的研究都将落地开花。”
另辟蹊径，我主沉浮
众所周知，在第一代机器人的世界级竞技中，我国无论产业的技术水平还是商业模式上都落后于美国、加拿大、日本等发达国家。那么，当机器人市场已经暗流涌动、作势改变世界的今天，我们是否还能找到“后来居上”的机会呢？在刘立教授看来，关键在于另辟蹊径：“2013年的时候，美国的智囊团曾经给政府提出过机器人方面的建议。目前的机器人，尤其是工业机器人，主要的生产厂家不在美国，而是在德国和日本，他们已经基本垄断了市场。于是智囊团就提出这时不是要盲目追赶德日的技术，而是要有创新。这与我们的研发思想是一样的。我们目前研发机器人，有一些机械的部件还不过关，那该怎么样把它做下去？除了做好关键部件，就要靠我们自己的控制技术，靠我们的理论搞第二代机器人。”
在了解第二代机器人之前，我们需要先了解一下目前第一代机器人的缺陷，以目前空间站的Dextre为例，虽然它能够帮宇航员完成不少工作，但和宇航员相比，它仍然缺乏控制能力，不能对突然冒出来的问题作出判断并找出解决之策。因此事实上，它目前的一个重要使命是帮助人们了解机器人在太空中的操作，以用于未来的探测工作。刘立教授说：“你如果看到现在工业机器人，它还是使用在自动线上，为了安全，一般工人是不能接近正在操作机器人的。而第二代机器人，会自主地完成任务。与此同时，有些事情是人能够做的、很灵活，尤其很精密地组装、操作柔性配件这些事情，如此,机器人坐在人旁边，机器人和人肩并肩一起配合完成工作。”
在控制领域的先天优势，让刘立教授的项目体系以最快速度搭建了起来。“我做了许多力控制研究，而现在我们看到的工业机器人，还是没有一个是力控制的，它只是在执行程序化、重复的东西。如果我们应用先进的控制理论，做好控制和机械的组合，就能把新一代的机器人做起来。目前，我们北京大学将成立一个天津机器人创新中心，以这个实验室为主的，联合了山大、哈工大的各位学者，协同创新，我们希望能够在一年时间里面走到最前面。”
项目启动之前，刘立教授对竞争对手进行了周密地分析。“德国的研究团队是在德国宇航局的支持下进行研发的，我们首先需要明确的是，哪些方面我们接近于它，哪些方面我们稍微领先。基于过去的竞赛，我们的控制方面比对方强，此外，德国仍然使用的是十年前的通信技术，而我们用的是最新的。在此基础上，我们要创造好的计算条件，比如快速通讯，搞FPGA，做计算的硬件实现。过去自动化使用专门的模拟机硬件，后来变成计算机，通用一点。现在再往下又要回到FPGA，真正做到平行计算，而不是让计算机算完一个部分再去计算另外一个部分。使用最新技术，就如同站在巨人的肩膀上，能够取得事半功倍的效果。”
除此之外，刘立教授还将目光投向了现代工业机器人走路机理上的弊端。“大家看到机器人的走路，比如日本的阿西木，你可以注意到，它走路也好跳舞也好，是与人的灵活性是没有办法相比的，此外耗能巨大。根据统计，如果同样的速度和时间，人消耗的能量如果是1的话，机器人阿西木消耗的则是人的15倍。所以我们也要改变机器人惯用的走路机理，其中，最主要的就是脚腕关节这个地方不可有转矩，有转矩就倒了，由于这种原因机器人的脚做的很大，不够灵活，我们团队中的几位成员使用非线性理论正在全力解决这个问题。”
结果导向，产品为王
经过反复的分析与论证，刘立教授进一步明确了未来的研究方向。他理想当中的第二代机器人，具有三大特征：
首先就是要做轻型机器人。目前日本和德国制造的机器人，为了保证它的频率，使用的机座都是铸铁、铸钢或者铸铝的。这样产生的弊端，是机器臂的负载不够实用，相当于很大一个人拿一点点东西。刘立教授希望能够制造出轻型臂，比如机械臂重为2，负载为1、或者1.5，争取能够做到1.1，拿到世界第一。
第二就是解决带宽问题，提升机器人的反应速度。就控制领域而言，反映快慢是带宽的体现。如果有人给机器人一个干扰，比如插拔产生一些误差，想要让机器人自己很快地校正过来，就需要有很高的带宽。
第三个特征就是要省能。日本的阿西木每一个关节上都有一个电机，这样耗能较高，如果一个机器人在斜坡走路，它可以主要部分倚靠自己的重力走下来，那么消耗的能量就和人差不多，这就可以大大节省能量。
工业机器人迎来了发展的春天，这可以从其销售量的变化管窥一斑。2013年全球共销售17.9万台工业机器人，同比上升了12%。其中，中国购买3.7万台，占全球工业机器人总销量的五分之一，远远超过日本和美国，成为全球最大的工业机器人购买国。而将轻型、快速、节能这三个关键词作为第二代机器人的注脚，源于刘立教授的产业构想。
“如果能够做出成果，我希望能够顺利实现产业化，中国与其他国家相比，具有更为广大的市场，我们的国家和社会很需要好的产品。相对安定的国内环境，也为市场驱动的提升奠定了基础。我们应该响应国家的号召，产学研结合，而不是写出论文就结束了。最近我们申报了4个项目，需要得到自然科学基金等各方面的支持。实验的课题很多，但我们还要选择能够有基础的进行突破。因为毕竟资金有限，我们要用最快的速度，用我们的长处打出水平来。选准方向，你理论上走在人家前面，你的结果才会走在人家前面。”
在新技术方兴未艾之时，高新技术产业竞争的本质上是一场国际竞技。此时，谁占领了技术的高地，谁就把控了时代的主旋律。在刘立教授及其团队的不懈努力之下，我们有理由相信，机器人2.0时代，我们将以中国为荣。
来源：科学中国人 2015年第11期 封二人物
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