刘辛军，1971年出生，中共党员，清华大学教授、博士生导师，现任精密超精密制造装备及控制北京市重点实验室主任、清华大学(机械系)-西门子先进工业机器人联合研究中心主任。主要从事机器人与机构学、先进制造装备设计与应用方面的研究工作。

目前，刘辛军教授团队有教职工3人、博士、硕士研究生25人。该团队以行业和国家重大需求为引导、以基础理论和核心技术研究为先导、以解决工程问题为目标，坚持以自主创新为发展根本，研究工作集中于现代机构学理论前沿和面向制造与人机共融的机器人化高端装备，形成了“顶天立地”格局。中共中央政治局委员、国务院副总理孙春兰2018年10月份在清华大学调研时考察了团队建设情况，肯定了智能机器人创新驱动产业发展的重要攻关方向。

被疫情放大的痛点

2019年，新型冠状病毒肺炎爆发，自2020年1月份，在党中央的领导下，全国人民都投入到了这场防控战中。对疫情的有效防控是人类面临的巨大挑战，其关键是阻断或最大程度减少病原体在人际间传播，体温初步筛查是防控任务的关键手段之一。

2月初，烟台市开发区管委的牟树青书记在微信中告诉刘辛军教授，高速路口测温值班人员很辛苦，节后开发区复工，面临的最大问题也是疫情防控中的体温检测。

疫情期间，各地对出入人员的体温排查必不可少，但由于需要室外人工检测，在高速路口、医院门诊入口等人流量较大的地方，排查体温成了一个耗时耗力的工作；除此之外环境温度的变化往往还会导致测温结果偏差较大，难以实现有效筛查，同时人工检测也存在着交叉感染的可能性。

针对这个问题，清华大学机械工程系刘辛军教授开始思考：是否可以实现室外快速无人化准确测温？这是刘辛军教授团队第一次接触“体温检测”领域，对于团队中的清华学生们来说更是一次挑战。

室外高效高准确度测温刻不容缓

现有测温仪主要用于室内检测，室外测温不稳定、偏差较大，且人工体温筛查劳动强度大，被测人缺乏安全感。

面对疫情中人工筛查体温所存在的问题，刘辛军教授立刻召集谢福贵、赵慧婵老师，带领由研究生组成的团队，在烟台清科嘉机器人联合研究院有限公司的配合下开始了体温筛查机器人的研制。刘辛军教授表示，和其他测温设备相比，要研制的这款机器人需要具有准确、快速、环境适应性好的性能。从2月7号开始研制，到3月12号投入试用，只用了一个多月的时间。经北京市计量院检测，系统在室外环境的测温准确度达0.2℃。对于流动车辆，在20秒内即可完成一辆车上所有司乘人员的体温筛查；而对于行人，也可实现2秒内通行。研制成功的背后，是团队不断的攻坚克难。

图1  烟台开发区使用现场

图2  清华大学校内停车场使用现场

图3  北京华信医院入口处行人体温筛查

图4  李兆基科技大楼入口处行人体温筛查

清华师生的使命与担当

研制测温机器人的第一步是设计，博士生孟齐志承担机械方案设计工作，他运用所学知识，构思出多款原理样机，并负责完成专利申请，在硕士生黄晨晖的配合和谢福贵老师的指导下，目前已经提交申请了10项发明专利。博士生李鹏则负责机械结构设计，为了尽快完成图纸设计，他每天只休息5个小时。博士生崇增辉则配合李鹏进行机械和系统的仿真工作。

要实现机器人室外准确测温，其中一个很重要的环节是需要在不同环境、温度、风力等条件下采集大量数据来建立测温模型，这个重担就落在了博士生姜淞文的身上，为了获得更好的对比试验效果和保证数据的准确性，在二月北方零下的温度里，姜淞文常常在露天环境将自己的小臂露在外面冻上十几分钟来做测试比对。在实现室外准确测温后，又要面临车内司乘人员识别准确性的问题，无人化测温需要对人数和位置进行辨识，人员戴着口罩、帽子、眼镜等情况下以及不同光照等条件下都会严重影响识别准确率，博士生叶彦雷负责解决系统视觉语义感知这一非常有挑战性的难题。

上述难题一一攻克之后，便是整个系统的控制逻辑设计及实现，博士生宫昭一方面负责系统控制，另一方面负责与烟台清科嘉研究院协调制造和调试方面的工作，并在山东烟台开发区做起了现场总指挥。

博士生梅斌和工程师李子豪则负责在清华内部停车场、李兆基南二门、北京华信医院的现场工作，他们进行了大量测试，及时反馈测试结果和暴露出来的问题，连续多天的现场奔波，他们也变得黝黑了。

赵慧婵老师带着研究生崔亚峰进行咽拭子项目技术攻关的同时，也尽最大努力参与到测温机器人系统的研制中。这套体温自动快速筛查系统的命名就是在赵慧婵老师的提议下完成的—“荼与机器人”，取自中国传统文化中的门神神荼（又名荼与），蕴含着把病毒挡在门外之意。不仅如此，设备运到清华大学后由于校内人手不足，赵慧婵老师还带上丈夫李睿豪一起投入到现场的安装和调试中。

谢福贵老师除了和梅斌、李子豪一起盯现场，还要负责联络协调设计、对各个环节的把关等工作，而这一切都是在日常的科研工作、研究生和本科生指导工作照常进行的前提下完成的。

刘辛军老师是项目总负责人，通过网络跟参加本项目的所有人进行交流，每天晚上9:30举行网络会议，讨论一天的问题并安排第二天的工作，经常开会到晚上12点多。在方案讨论期间，他在北京市中关村中学上高一的儿子刘若渊同学都参与了进来，提出了一些个人建议。从总体规划到各个环节的把控，再到各个技术细节的调整制定，刘辛军老师事无巨细，带领团队克服种种困难，最终将技术转化成了室外快速无人化体温筛查的有效工具，为控制新冠病毒做出了一份清华人的贡献。

机器人研制期间，很多人一天只睡四、五个小时，得知大家的繁忙状况，前期未能参与研制的博士生毕伟尧和申屠舒展主动请缨到研制现场分担工作，博士生宫昭和孟齐志为了集中精力做好机器人研制而决定延期毕业，这些都体现了清华博士生有责任心、有担当，以及能在社会需要的时候做点力所能及事情的精神。

人才培养、技术储备和产学研模式助力攻坚克难

在刘辛军教授看来，能够和谢福贵、赵慧婵老师带领学生取得这样的成果，得益于建立了一支以机械专业为主、机械与信息学科交叉的素养出众、能打胜仗、作风优良的团队。该团队的建设与清华大学实行价值塑造、能力培养、知识传授“三位一体”的培养模式分不开，一方面清华学生的能力比较强，另一方面则是清华的人才培养理念起了作用。

此外，因为有平时在数学建模、视觉感知、人机交互、机械设计、系统控制方面的基础理论和关键技术储备，有烟台清科嘉机器人联合研究院有限公司的积极协作，机器人研制才能获得成功。所以，基础理论、关键技术的储备以及有效的产学研紧密协作非常重要。

自4月1日来，“荼与机器人”体温自动筛查系统用于行人的“阿荼”机器人已在李兆基科技大楼南二门和北京华信医院门诊入口处进行大量人员体温筛查。截止4月12日，“阿荼”机器人已安装在了烟台一中、烟台开发区高级中学、龙口一中、招远一中和烟台外国语实验学校的食堂、教室、宿舍等门口，等待着4月15日即将开学的高三同学和老师。4月13日，“阿荼”机器人也在北京协和医院开始上班了，每天测温达5000多人次。4月13日，捐赠给武汉同济医院光谷院区的阿荼机器人也发货了。希望将来能够在学校、医院、银行、场馆、机场、火车站、酒店、小区等更多的地方发挥“荼与机器人”的价值。