“地面航母”百日亮劍“跨越險阻”
——人才培養(yǎng)大討論系列報道
發(fā)布日期：2016-09-25 供稿：機車學(xué)院 宣傳部實習(xí)記者 林麗華 攝影：機械學(xué)院
編輯：王征 審核：左正興 包麗穎 閱讀次數(shù)：,、
9月13日黑龍江塔河,，“跨越險阻2016”地面無人系統(tǒng)挑戰(zhàn)賽剛剛閉幕,，來自北理工的“地面航母”無人平臺在比賽中精彩亮相。依托北理工雄厚的軍工科研實力,，2016年8月，我校無人賽車隊的學(xué)生們自主設(shè)計并研發(fā)成功了這輛重達一噸,、集成了諸多高新技術(shù)的“地面航母”,。
“跨越險阻2016”地面無人系統(tǒng)挑戰(zhàn)賽由陸軍裝備部主辦，旨在加快陸軍地面無人裝備研發(fā)步伐,，促進各高校,、科研機構(gòu)、企業(yè)的無人智能技術(shù)快速發(fā)展并轉(zhuǎn)向?qū)崙?zhàn)化,，本次比賽有來自中國科學(xué)院,、中國兵器工業(yè)集團、北京理工大學(xué),、國防科技大學(xué)等44個單位的99個車隊參與,。比賽期間，“地面航母”受邀在陸軍裝備部各位首長,、全體參賽隊伍面前進行了15分鐘的單獨展示表演,，并順利地完成了城鎮(zhèn)偵查搜索組、山地運輸組的比賽,。
圖“地面航母”在陸軍首長,、參賽隊伍面前單獨表演
軍工賽場上的“首秀”
比賽開幕式當天,，中國人民解放軍陸軍副司令員彭勃中將就被這個“上面背著飛機，肚里裝著小機器人”的大家伙所吸引,，饒有興致地專門觀看“地面航母”的展示表演,。
在參加“跨越險阻”比賽的參賽車輛中，大部分無人車都是基于成熟車輛平臺進行無人化改裝,，而完全“從零做起”,，且外形炫酷的“地面航母”就格外引人矚目。參與本次賽事的眾多業(yè)內(nèi)人士初見“地面航母”時,，都以為這是出自某個實力雄厚的大型科研單位或企業(yè)的產(chǎn)品,，當?shù)弥@是一輛由北理工學(xué)生自主設(shè)計和研發(fā)的產(chǎn)品后，都感到十分贊嘆,。
“和北理工的方程式賽車隊,、航模隊等一樣，無人賽車隊也是學(xué)校的一個年輕學(xué)生科技創(chuàng)新團隊,。該團隊成立于2015年年底,，由近30名來自不同的學(xué)院和專業(yè)的學(xué)生組成，其中60%以上是研究生,?！孛婧侥浮臉?gòu)想、整車設(shè)計和裝配,、落地調(diào)試等,，都是由學(xué)生們獨立完成的?！睙o人賽車隊的指導(dǎo)教師胡紀濱教授作為長期從事軍工項目研究的資深專家,，為這項學(xué)生創(chuàng)新作品在比賽中的表現(xiàn)感到十分自豪。
圖 陸軍副司令員彭勃中將參觀“地面航母”無人平臺
“地面航母”之所以取得很好的效果和展示性,，當然還是得益于它所裝備的三項關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù),，即無人機-車-機器人的一體化設(shè)計與控制技術(shù)，融合了輪轂電機,、全輪轉(zhuǎn)向,、主動懸架的一體化底盤控制技術(shù)，以及超大功率密度電池組驅(qū)動技術(shù),?！拔覀儎?chuàng)新提出了新型地面無人系統(tǒng)的‘航母概念’，大幅擴展了無人平臺的應(yīng)用范圍,，提高了無人平臺的機動性,，讓人耳目一新?！睙o人賽車隊的領(lǐng)隊博士生倪俊這樣闡述他們的創(chuàng)新理念,。
“地面航母”之所以成為“航母”,，其最核心的技術(shù)，就是無人偵察機-小型機器人-母體車輛平臺的一體化設(shè)計與控制,。在無人母體車輛的上方背負著一個可供3-6架小型旋翼無人機起降的云臺,，而在車體前部設(shè)置有專門空間，通過自動打開的艙門,，可以釋放出其裝載的一個小型地面機器人,。
小型無人機和小型地面機器人可以根據(jù)情況釋放與回收，無人機“凌空”可在空中偵查獲取前方圖像信息,，而地面機器人憑借小巧的‘身材’進入到管道,、樓房等狹窄空間內(nèi)探測，它們所獲得的信息將回傳送給母體車輛和控制人員,，而完成任務(wù)后,，這些小無人機和小機器人可以返回母體車輛充電?！斑@就是‘航母’概念之所在,！”負責控制系統(tǒng)設(shè)計的碩士生于營營和田漢青介紹到。
圖 “地面航母”可釋放小型無人機及小型地面機器人
“跨越險阻”大展卓越動力
在為期半個月的比賽里,，黑龍江塔河陰雨不斷,，比賽場地所在的陸軍試驗站位于山地，連續(xù)幾天的降雨導(dǎo)致路況泥濘不堪,，挑戰(zhàn)也是機遇,，正是惡劣的環(huán)境，反而給了“地面航母”展示超高機動能力的機會,。當不少參賽車輛陷于泥濘之中行駛困難之際，“地面航母”憑借自身超強的動力性能,，輕松沖出,。
“地面航母”無人平臺不僅具備融合了輪轂電機驅(qū)動、全輪獨立轉(zhuǎn)向,、獨立主動懸架的一體化底盤控制技術(shù),，還全面實現(xiàn)了整車的電子控制，從而擁有了強悍的機動能力,，能夠駕馭惡劣的路面情況,。
相較于車身的比例，“地面航母”的四只“粗壯”的車輪也格外醒目,，而且不簡單,，每只車輪其實都是一部單獨的電動機，可以根據(jù)命令獨立工作,?！俺裏o人機,、小型機器人的一體化控制之外，母體平臺本身就具有極強的機動能力,。我們采用了全車線控技術(shù),，由四個輪轂電機驅(qū)動車輪，每個電機的峰值功率達到50kW,。同時,，我們采用了四個轉(zhuǎn)向舵機單獨控制四個車輪轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)了車輛在阿克曼轉(zhuǎn)向,、雙橋同相位,、雙橋逆相位和原地八字轉(zhuǎn)向等多個模式間切換?！睙o人賽車隊的機械系統(tǒng)設(shè)計師博士生趙越介紹,。
在北理工學(xué)生開放的創(chuàng)新思維和過硬的技術(shù)水平下，輪轂電機驅(qū)動,、獨立轉(zhuǎn)向,、獨立懸架，其中的任何一項都是車輛領(lǐng)域的頂尖技術(shù),，當它們被大膽而科學(xué)的集成到一起時,，使得自重1噸的“地面航母”，峰值噸功率達到了驚人的200kW,，百公里加速僅需要3-4秒,，原地轉(zhuǎn)向時間僅需要2秒！
圖 學(xué)生自制的高能量功率密度電池箱
100個無眠夜打造的超級無人車
“地面航母”于2016年5月初開始設(shè)計,，同年8月10日首次落地,，并在9月4日開幕的“跨越險阻”地面無人系統(tǒng)挑戰(zhàn)賽上完成“首秀”。從設(shè)計到加工,，再到裝配和調(diào)試,，僅僅用了100天，奇跡與榮譽的背后是同學(xué)們夜以繼日的辛苦付出,。
“我們是在5月初才知道這次跨越險阻比賽是面向全社會開放的,，學(xué)生團隊也有參賽資格。雖然很早就有了“地面航母”的設(shè)計概念,，但是5月初才真正開始設(shè)計,。在接下來100天的時間里，大家突破重重技術(shù)難關(guān),，不眠不休地把“地面航母”從腦海中的概念,，變?yōu)槁访嫔习詺馐愕恼婕一铩Ｎ覀兂踔院芎唵?，就是要在這次比賽上驚艷亮相,，為我們的母校爭光,，為母校76周年校慶獻禮！”博士生趙越驕傲的回憶道,。
這次參與奮戰(zhàn)的核心成員,，不少都是本科時便鏖戰(zhàn)過北理工方程式賽車隊，本科時真刀真槍的歷練,，讓他們熟知如何造一臺車,。“車輛設(shè)計,、控制系統(tǒng)編程,、零部件加工、采購等,，能并行的全部同時并行,，這是我們高效的秘訣”。說起造車,，這些面龐稚嫩的學(xué)生如數(shù)家珍,、頭頭是道。
在造車的時間里,，每名隊員手里都有一張列著任務(wù)清單的紙條,，他們要嚴格執(zhí)行造車計劃，確保每天的工作如期完成,，避免因單人的拖沓造成整體進度的延遲,。“對團隊來說,，100天內(nèi)造出一輛集成各種高新技術(shù)的‘航母’,，最難的并非是技術(shù)問題，而是如何并行工作,、實現(xiàn)整體效率最大化的管理問題,，及如何在重壓和困境下咬緊牙關(guān)、決不放棄的精神問題,。”博士生倪俊在管理造車團隊方面已經(jīng)十分老道,。作為北理工方程式賽車隊的原隊長,，倪俊將方程式賽車隊優(yōu)良的工作作風(fēng)、決絕的精神品格帶到了無人賽車隊,。
剛剛過去的暑假,，整個團隊最為忙碌，隊員們連續(xù)60天每日凌晨睡覺,，不到6點就起床開始工作,，為了抓緊時間,，大家?guī)缀鯊牟蝗ナ程贸燥垼燥埗际嵌自谲囬g的地上解決,。為了保證進度,，對抗過度的疲勞，車隊管理組組長,、碩士生付苗苗必須要每天負責打電話為大家叫早,，一同堅持，互相鼓勵,，數(shù)位隊員累病了也不肯放棄,，甚至有的隊員負傷后依然堅持工作。
“重要的是,，在這個過程中,，學(xué)生們接受了磨練和成長，鍛煉了意志品質(zhì),。砥礪品行是我們鼓勵學(xué)生科技創(chuàng)新工作的重要目的,，希望北理工的學(xué)子能夠全面成長，成為有擔當,、有品格的人才,。”指導(dǎo)教師胡紀濱教授說起車隊自豪而欣慰,。
“地面航母”無人平臺取得的成績,，并不僅僅是一個項目，機械學(xué)院始終積極深化創(chuàng)新平臺的育人成效,，以無人賽車隊為例,，在高端科技創(chuàng)新作品的牽引下，團隊不僅融合了來自不同學(xué)院,、不同專業(yè)的本科生,、研究生，形成了本科生開展工程設(shè)計,、研究生開展理論研究與論文發(fā)表的1+1>2的創(chuàng)新模式,。 機械學(xué)院副書記、副院長范文輝這樣總結(jié)道：“在學(xué)院的打造下,，現(xiàn)在已經(jīng)形成了以‘Baja越野車隊-節(jié)能車隊-方程式賽車隊-無人賽車隊’為核心的梯度式,、體系化的車類學(xué)生科技創(chuàng)新團隊，能夠讓越來越多的學(xué)生受益于科技創(chuàng)新帶來的能力素質(zhì)提升,?！薄 ?/p>
【編者后記】
“100天造車”——“地面航母”無人平臺的誕生，并不是急功近利的產(chǎn)物，也不是一蹴而就的成績,，這得益于學(xué)校在學(xué)生科技創(chuàng)新方面的投入與支持,，特別是機械與車輛學(xué)院多年來堅持以“車”布局和敢于“大手筆”育人。
北京理工大學(xué)作為國內(nèi)一流理工科大學(xué),，擁有優(yōu)秀的生源質(zhì)量,，在人才培養(yǎng)過程中，創(chuàng)新人才培養(yǎng)的方式方法,，需要抓好學(xué)習(xí)興趣和主動性提升,，科學(xué)學(xué)習(xí)和指導(dǎo)模式設(shè)計，高水平,、體系化的平臺條件保障等若干關(guān)鍵環(huán)節(jié),。
另一個方面，與掌握知識,、習(xí)得技術(shù)同樣重要的是精神的磨礪和思想的獨立,，前者讓學(xué)生不胡干蠻干，后者使學(xué)生最終成為敢想敢干之人,，從而為成為行業(yè)領(lǐng)軍人才奠定堅實的基礎(chǔ),。
“地面航母”無人平臺在全國高水平的比賽中取得成績，不僅是一個創(chuàng)新項目的成功,，其背后蘊含的人才培養(yǎng)模式,，更值得我們分析和研究，建設(shè)中國特色世界一流理工大學(xué),，必須培養(yǎng)一流的人才,，如何培養(yǎng)能夠自己造車、自主創(chuàng)新造車,、自主創(chuàng)新造好車的學(xué)生,，更是值得我們深思與借鑒的。
