胸懷科研夢 奮斗勇創(chuàng)新
——北理工智能地面移動機(jī)器人創(chuàng)新團(tuán)隊
發(fā)布日期：2014-05-25 供稿：校團(tuán)委 攝影：自動化學(xué)院
編輯：新聞中心 辛嘉洋 閱讀次數(shù)：
近日,，由共青團(tuán)中央負(fù)責(zé)發(fā)起組織,，中國青少年科技創(chuàng)新獎勵基金支持的2014年大學(xué)生“小平科技創(chuàng)新團(tuán)隊”評選揭曉,，我校自動化學(xué)院智能地面移動機(jī)器人創(chuàng)新團(tuán)隊入選大學(xué)生“小平科技創(chuàng)新團(tuán)隊”,，獲得中國青少年科技創(chuàng)新獎勵基金資助,。
推開北京理工大學(xué)自動化學(xué)院組合導(dǎo)航與智能導(dǎo)航研究室的大門,，就能看見桌子上擺滿的各種機(jī)器零部件,，幾個大男孩“兩耳不聞窗外事,，一心只畫設(shè)計圖”。這里,，就是北理工智能地面移動機(jī)器人創(chuàng)新團(tuán)隊的基地,。
2010年，第一批志同道合的學(xué)子聚集在這里,，懷著一顆熱愛科技創(chuàng)新的心,，團(tuán)隊成員們齊心協(xié)力，眾志成城,，秉承踏實肯干的科研作風(fēng),，在團(tuán)隊課題上發(fā)揮自己的創(chuàng)新思維，圍繞“蛙板機(jī)器人”和“IN2BOT智能車”兩大研究平臺,，開展創(chuàng)新實踐活動,。
經(jīng)過近年來研究工作的積累，主要成員已形成以地面移動機(jī)器人與智能導(dǎo)航技術(shù)為主的穩(wěn)定研究方向,。為了讓來自不同專業(yè),、年級的同學(xué)盡快參與項目，團(tuán)隊采用“蛙板機(jī)器人”小組由博士生帶領(lǐng),，本科生為主力,，“IN2BOT智能車隊”由博士生帶領(lǐng)，研究生為主力的基本模式,，使團(tuán)隊中的隊員都能逐步參與到創(chuàng)新實踐中,，這樣的跨年級人員梯隊培養(yǎng)機(jī)制也為團(tuán)隊創(chuàng)新成果的延續(xù)鋪就了堅實的道路。
北京理工大學(xué)自動化學(xué)院“組合導(dǎo)航與智能導(dǎo)航實驗室”為團(tuán)隊提供了優(yōu)越的科研條件,。一個全天候?qū)?nèi)開放的創(chuàng)新實驗室,，一個寬敞的智能車實驗場地，專門構(gòu)建的兩棲蛙板機(jī)器人水陸實驗環(huán)境,，實驗儀器,、器材齊備應(yīng)有盡有。同時,，實驗室還與多個企業(yè)和研究所建立了長期穩(wěn)定的合作關(guān)系,，為團(tuán)隊的科研創(chuàng)新創(chuàng)造了良好的科研環(huán)境和學(xué)術(shù)氛圍,。在三位老師的悉心指導(dǎo)下，智能地面移動機(jī)器人創(chuàng)新團(tuán)隊攻克了一個又一個難關(guān),，在科研創(chuàng)新的道路上不斷前行,。
在兩個基礎(chǔ)研究項目——“蛙板機(jī)器人”和“智能車”的研究過程中，充滿了令人難忘的感人瞬間,，每當(dāng)隊員們回憶起的時候,，昨天一起奮斗的場景仿佛都?xì)v歷在目。
圖1 兩棲蛙板機(jī)器人（左）,，IN2BOT智能車（右）
圖2 智能蛙板機(jī)器人
蛙板機(jī)器人——閃耀“挑戰(zhàn)杯”
蛙板機(jī)器人,，造型古怪富有創(chuàng)意，借鑒了蛙泳的運(yùn)動形式——一種雙擺臂的運(yùn)動形式,，并通過這種運(yùn)動形式實現(xiàn)了世界上首例水陸兩棲運(yùn)動形式統(tǒng)一的兩棲機(jī)器人。機(jī)器人通過兩臂開合時輪子與地面產(chǎn)生的摩擦力前進(jìn),，運(yùn)動靈活敏捷,，水陸均可驅(qū)動；實現(xiàn)了紅外測量側(cè)方及前方障礙物和道路寬度,、調(diào)整兩臂擺幅以適應(yīng)道路寬度變化,、靈活轉(zhuǎn)向避障（側(cè)面及前方）、遙控,、倒車,、多機(jī)協(xié)同前進(jìn)等功能；既可用于水陸兩棲機(jī)器人,、偵察機(jī)器人,、舞蹈機(jī)器人等實際應(yīng)用領(lǐng)域，也可作為血液中微納米機(jī)器人運(yùn)動原型實驗平臺,。
在2011年第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽上,，歷經(jīng)一年完成的智能蛙板機(jī)器人揭開了它的神秘面紗。參賽者宗民感慨萬千地說,，“我們在做這個機(jī)器人的過程中遇到了很多問題：機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計,、加工與制作，運(yùn)動的仿真,，算法的設(shè)計,，調(diào)試等等。因為電機(jī)出了問題,，我們在比賽前一周才有了調(diào)試時間,。“確實，與其他參賽作品不同,，該機(jī)器人是團(tuán)隊的原創(chuàng),，在很多方面都需要自己去探索,，甚至包括運(yùn)動方式的可行性。依靠著十足的創(chuàng)新性,，機(jī)器人最終贏取了評委的掌聲,，獲得了一等獎。
兩年后,，在智能蛙板機(jī)器人的基礎(chǔ)上,，團(tuán)隊對其進(jìn)行了重大的改進(jìn)與研究，使機(jī)器人從陸地運(yùn)動形式轉(zhuǎn)變?yōu)樗憙蓷y(tǒng)一的運(yùn)動形式,，在很大程度上提高了機(jī)器人的運(yùn)動能力和工作范圍,。團(tuán)隊也參加了2013年第十三屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽，并獲得了評委的一致好評,，再次取得了一等獎的佳績,。
圖3 兩棲蛙板機(jī)器人
（黑色的是第一代兩棲蛙板機(jī)器人；花色的是第二代兩棲蛙板機(jī)器人,。）
兩棲蛙板機(jī)器人的制作過程充滿了艱辛,。在兩代兩棲機(jī)器人的制作以及調(diào)試過程中，團(tuán)隊成員遇到了很多困難：機(jī)械干涉問題,、外殼難以安裝,、電機(jī)老化極其損壞、燒壞電路板,、程序調(diào)試難題,、信號干擾……；同時機(jī)械零件的繪制,、外殼模型的建立與繪制,、機(jī)器人的整體安裝、加工廠的尋找,、合同的簽訂,、方案的制定……每一個過程都需要團(tuán)隊成員們親力親為。在這期間,，團(tuán)隊成員夜以繼日的奮斗在實驗室,，不顧課業(yè)繁重辛苦，不顧偌大的校園東西奔波,，他們住在一起,，學(xué)在一起，討論在一起,，一有時間就學(xué)習(xí),、討論，時間的積累,，沉淀的不僅是厚厚的知識更是濃濃的友情,。在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)與要求下,，團(tuán)隊成員一步步完善機(jī)器人的性能以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，用實際行動和100%的精力去實現(xiàn)自己的挑戰(zhàn)杯之夢,。
圖4 蛙板機(jī)器人調(diào)試過程
圖5 蛙板機(jī)器人水下實驗
成員張劍青驕傲地說：“在這個過程中,，我們都成長了不少。我們的團(tuán)隊意識以及科研能力都得到了足夠地鍛煉,，挑戰(zhàn)杯是一次難得的比賽,，我們得慶幸擁有這次難得的機(jī)會！”,，一年的艱苦過程,，團(tuán)隊成員間相互學(xué)習(xí)、相互討論,，每個成員都取得了長足的進(jìn)步,。
圖6 第13屆挑戰(zhàn)杯現(xiàn)場（左），團(tuán)隊成員接受電視臺采訪（右）
雖然已經(jīng)斬獲兩次挑戰(zhàn)杯一等獎,，但是蛙板機(jī)器人的研究還在繼續(xù),。研制期間，團(tuán)隊多次受邀參加國際性展覽會,，并獲得了專家們的一致好評。有幾家船舶公司與某科研公司向團(tuán)隊表達(dá)了強(qiáng)烈的合作意向,，團(tuán)隊欣然接受,。接下來，團(tuán)隊將對其運(yùn)動形式以及多目標(biāo)協(xié)同方面做進(jìn)一步的研究,，使機(jī)器人的性能更加完善,、成熟。
智能車——后來者居上
2012年“中國智能車未來挑戰(zhàn)賽”上,，一輛外表奇特的智能車引起大家濃厚的興趣,，也得到了央視的特寫鏡頭。
圖7 2012年中國智能車未來挑戰(zhàn)賽精彩畫面
該車就是來自本團(tuán)隊的“波特號”智能車,。2012年,，團(tuán)隊在未來挑戰(zhàn)賽的舞臺上的首次亮相，取得了第六名的好成績,。作為后來者,，團(tuán)隊成員用頑強(qiáng)的斗志克服了在技術(shù)、經(jīng)驗以及參賽規(guī)則上的欠缺,。
“快比賽時他們在良鄉(xiāng)校區(qū)調(diào)試了一兩個月,，回來的時候我看到楊老師的胡子頭發(fā)都長的很長了，而且人也瘦了不少,。”一位學(xué)生如是形容指導(dǎo)老師楊毅,。“確實,，這中間團(tuán)隊成員吃了不少苦，但是在科學(xué)面前團(tuán)隊成員無怨無悔,，我們追求的是更高,、更強(qiáng)。我們來年還會繼續(xù)戰(zhàn)斗的,！”賽后隊員朱昊說道,。輝煌的成就背后是艱辛的過程和揮灑的汗水，在研究期間,，團(tuán)隊成員放棄寒暑假,、國慶假期以及雙休日，一直奮戰(zhàn)在實驗室,，累了互相鼓勵,，困了輪流休息，一點點地攻克面前的難題,。2013年全國智能車未來挑戰(zhàn)賽,， IN2BOT智能車隊第二次如約參賽。這次團(tuán)隊派出的“特立獨(dú)行號”智能車獲得了城郊道路第五名,，城區(qū)道路第四名,，綜合排名第五的成績，并在中韓對抗賽中戰(zhàn)勝了韓國首爾大學(xué)車隊,，完成了預(yù)期的任務(wù),，也算是對團(tuán)隊一年來的工作的一個認(rèn)可。
圖8 2013年中國智能車未來挑戰(zhàn)賽比賽畫面
“這一年來我們提高了不少：硬件上采用了世界上一些先進(jìn)的技術(shù),，并且在原有的基礎(chǔ)上又增加了一些功能,，車輛本身的運(yùn)行上更加穩(wěn)定可靠；軟件上算法更加嚴(yán)謹(jǐn)靈活,，結(jié)構(gòu)更加清晰,，功能日趨完善。”隊員王新宇說道,。相比于“波特號”智能車,，團(tuán)隊成員在保留原有可靠性能的基礎(chǔ)上，對“特立獨(dú)行號”智能車進(jìn)行了很多方面的改進(jìn)：底盤降低,，使得性能更加可靠,，運(yùn)行起來更加平穩(wěn)；續(xù)航能力方面,，團(tuán)隊成員由以前的蓄電池驅(qū)動改進(jìn)為了燃油驅(qū)動,，使得車輛的行駛距離大大延長，由原先的幾十公里到現(xiàn)在的無限制里程,；算法方面,，綜合考慮了生活中駕駛員的多感官問題,，由原先嚴(yán)格的運(yùn)行模式切換改進(jìn)為現(xiàn)在的多個傳感器并行處理無切換模式等等。
“我記憶中最深刻的就是到達(dá)常熟后,，團(tuán)隊成員沒有一點休息時間,。為了適應(yīng)比賽賽道，在沒比賽的時候團(tuán)隊成員基本整天都在調(diào)車,。比賽日的時候,，也是每天凌晨兩三點就起床，到現(xiàn)場摸黑進(jìn)行調(diào)試,，生怕耽擱了寶貴的時間,。那段日子真的夠刻骨銘心的，雖然累得不行,，不過也算是一個難忘的經(jīng)歷,。”作為比賽選手，閆光對此深有體會,。
兩年兩輛車,，團(tuán)隊成員正一步一個腳印地邁進(jìn)在無人汽車發(fā)展的道路上，技術(shù)日趨完善,，成果愈加豐富,。來年團(tuán)隊成員還會繼續(xù)戰(zhàn)斗，奮戰(zhàn)在未來挑戰(zhàn)賽的最前線,！
經(jīng)過4年多的發(fā)展,，智能地面移動機(jī)器人創(chuàng)新團(tuán)隊在科學(xué)研究、科技競賽,、學(xué)術(shù)交流與學(xué)術(shù)梯度建設(shè)等方面都取得了顯著的成績,，不僅在國內(nèi)外期刊或會議上發(fā)表了一些高水平的論文,，而且在各項創(chuàng)新大賽上都屢獲佳績,，研究工作得到了多方的支持和肯定。其中《智能蛙板機(jī)器人》及其重大改進(jìn)作品《兩棲蛙板機(jī)器人》分別獲得第12屆,、13屆全國挑戰(zhàn)杯學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎,；IN2BOT智能車分別獲得了2012和2013年中國智能車未來挑戰(zhàn)賽的第六名和第五名，特別是在2012年完成了本屆比賽城區(qū)賽道上唯一一次超車（超越其他參賽智能車）,。
成功的花,，人們只驚羨她現(xiàn)時的美麗，可當(dāng)初她的芽兒,，卻浸透了奮斗的淚水,，灑滿了犧牲的淚泉。在這個創(chuàng)新團(tuán)隊中,，付出的是時間和汗水,，收獲的卻是志同道合的隊友和一生的難忘經(jīng)歷,。回首那些共同揮灑汗水,、共同奮斗拼搏的日子,，打動我們的，不是那些獎項,，而是那些創(chuàng)新的思路和過程中的堅持,。千里之行始于足下，我們,，在路上,！
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