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图2 在FAST施工现场为馈源舱第一次升舱做准备
2005年年底，半年的课程学习结束。在准备进入正式的研究工作时，我和500米口径球面射电望远镜(FAST)的缘分就开始了。
那年我们研究室的唐晓强老师和国家天文台合作进行FAST馈源支撑系统的研究，这个系统里面用到一个大跨度索并联机器人和一个刚性并联机器人进行馈源的高精度定位。我们研究室对于里面使用的刚性并联机器人有比较好的基础，但是索并联机器人还没有涉及，唐老师问我愿不愿意尝试一下。我的第一反应是：我连并联机器人都没搞明白呢，现在要做索并联机器人，而且这个是研究室的全新方向，整个研究室的学生就我自己在做，感觉会孤立无援。但是，也就是因为我没有任何基础，任何研究对于我来说都是全新的、挑战的，所以反而顾虑很少，我完全被全新的研究背景和研究内容所吸引，当场就答应了唐老师做这个项目。
我开始查阅大量的论文。我喜欢从实际应用出发，先阅读一些有试验结果的论文，从而看到他们认为的关键问题，然后反过来针对这些问题再进行调研。幸运的是，因为研究室之前没有索并联机构的研究基础，所以我不会被预设问题或者选定研究方向，而必须从各个方面去了解索驱动机构，自己去挖掘问题和找到解决方法。也在唐晓强老师的帮助下，我向力学系的任革学老师请教了很多，从自身机器人机构学到力学，再到模型搭建和控制调试都有了一定的了解。我也从之前的研究中发现“虚牵”这个有趣的问题，虽然大家都知道索力和控制精度是有关系的，但是没有人将这个关系表达出来，这样就造成“虚牵”一直无法定量解决。“虚牵”仅仅是索力的一个表现，索力还和刚度、工作空间等主要性能指标相关。所以，索力特性是索并联机器人最重要的一个特性，并且能够在很大程度上反映机构的性能水平。那么，如何完成这些特性之间的数值相关，从而指导索并联机构的优化设计，这是我为自己选定的研究课题。
随后几个月我对索力的变化曲线充满了兴趣，这是我第一次感受到“专注研究的乐趣”。几个月的研究小有成果，唐老师鼓励我写一篇学术论文，在其指导下，我向《机械工程学报》投出了自己的第一篇论文，得到了很好的反馈。正面的激励和成就感增强了我的信心，也让我萌发了专业从事研究的想法。
从2006年开始，我跟着唐晓强老师到国家天文台参加了很多次研讨会，经常是乌压压的一屋子人，讨论着方案进展，还会激烈讨论一下遇到的问题，我一般都是坐在最后一排倾听。FAST那时候已经建立过很多个试验模型和装置，但是很多方案细节还是没有确定，都需要论证。大家说的很多研究我都听不懂，对于科学需求也并不能真正理解，只能通过他们的解释勉强了解这些科学需求会体现在望远镜的哪些性能上，又会分解到每个系统中的哪些性能上去。
我依旧安心做我的研究，准备尝试将科研作为终身职业的可能性，所以我在2007年正式转博，开始了博士生涯。对于我来说，博士不仅仅是学习知识、锻炼能力的过程，也是考察自己是不是具备从事专业科研能力的机会。我的博士导师是汪劲松老师，他曾是我国最早一批研究并联机器人的学者，并且也是他规划了包括我们研究室在内的大课组的主要研究方向。他教导了我如何找到科研的视角。记得有一次开会，他让所有的学生说说自己的研究方向和思路，他一一点评后，让我们自由提问。有师兄问汪老师，创新从何而来？汪老师说技术科学的创新有两个主要来源，一种来源于涉及的理论，也就是你能够清楚理解大家解决一些关键问题时常用的理论，并且具备足够的基础知识和敏锐性，发现理论中的不足或者错误，进行提升和修正，或者提出全新的理论。第二种，就是来源于实际应用，从源头出发，从实际问题出发，提炼出别人没有发现的关键问题，并进行攻关。这段话我至今记忆犹新，我特别喜欢第二条路线，我觉得这个更贴近问题的本质，更具应用价值，技术科学的目的就应该是应用。所以我时刻提醒自己，要从问题出发，必须理解清楚问题，而不是盲目研究。
但是，即使发现问题，也并不容易将问题表述清楚和解释清楚。那时候我对大跨度索并联机构的研究愈发感兴趣，尤其是索力和控制精度的关系。我发现索并联机构的索力会在一些位置对于控制误差特别敏感，如果在那些位置有点扰动，虽然看起来那点位置误差对望远镜性能没什么明显影响，可是却会让索力出现一个大幅变化，某根索可能索力突然变化，例如突然变小，从而降低了系统的刚度和稳定性，对后面运动的安全性和控制精度都会产生很大的影响。发现了这个问题，我还必须表达出这个问题的数值影响，不然在索力优化时就没有对应的指标参数可用，无法通过优化来解决问题。当时我一直在做各种尝试，结果不太理想，有一些苦恼，但是因为我做的研究不是单点研究，而是针对大跨度索并联机构的多个力特性的研究，正好那段时间，我还在进行索并联机构的刚度分析，消化了我很多不安情绪。
在进行索并联机构的刚度分析时，我在唐晓强老师的支持下，得到了一笔搭建试验模型的经费，老师还同意让我自己尝试设计搭建这个模型。对于一个学机械工程并一直想自己动手设计的学生来说，这是多好的机会。更难得的是唐老师给我的托底，他让我大胆尝试，不用担心失败。这一下子就打消了我很多顾虑，毕竟加工一套装置是需要不少经费的。那段时间我开始习惯晚上夜深人静的时候画图，在34号楼的7楼宿舍里看过楼下紫荆操场凌晨2点多的夜深人散，也看过5点的晨跑。认真钻研的过程里我收获了自己的第一个研究试验模型和第一篇SCI论文。也是在这个模型的试验里，采用的离散测试让我突发奇想用离散方式表达索力和控制精度的关系，居然效果不错，得到了数值解，这个指标的雏形终于出现。
接着，我便尝试用这个指标结合安全索力指标形成了力特性指标体系，用于索并联机器人的尺寸优化，在2008年得到了我的第一组FAST馈源支撑系统索并联机构的尺寸和俯仰角度优化值。随后唐老师和国家天文台签署合同，要在密云搭建一个1:15馈源支撑相似模型，这将是FAST建设之前的最后一个论证方案的相似模型。
有了前面的研究基础，再加上小模型的设计经验，这次当唐老师再问我要不要试着设计40 m的模型时，我马上答应并且跃跃欲试，40 m尺寸的模型已经是一个不小的望远镜了，非常具有挑战性。我完成了15 m的高塔、馈源舱舱罩，以及索并联机器人的所有尺寸相似设计和机械设计，电机的选型计算，钢丝绳的调研购买等等。
在进行索并联机构的驱动装置设计时，我发现之前的设计都是用卷筒，为了达到高精度，必须在计算模型中考虑卷筒的螺旋曲线、多层叠绕以及出索方向变化带来的出索位置变化等等，需要建立非常复杂的数学模型才能计算精确索长。虽然之前大家习惯这样的设计方式，但是并不代表这是唯一解。我更愿意从需求出发，遵循“简单而美”的设计思路。我将螺旋轮换成了两个直线轮，解决了螺旋出索和叠绕问题，使用配重动滑轮解决了索力张紧和索长精度问题，又采用随动滑轮解决了出索位置准确性问题，一举三得。这个设计效果很好，得到了老师的赞许，也申请获得了发明专利。
