无人军团这样打造:访全国大学生机器人大赛NCUTDreamTeam队

2016-10-19 11:21:00 环球网 赵汗青 分享
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  【环球网无人机频道 记者 赵汗青】2016年8月28日环球网无人机频道曾应邀前往报道RoboMasters2016全国大学生机器人大赛总决赛,大学们打造的“无人军团”在复杂的场地上进行了激烈的战斗,所有观众都惊叹连连。

  在校学生怎么能造出这么强大的机器呢?笔者有幸到访北方工业大学智能机器人场景化实验室找到了参赛的NCUTDreamTeam战队,探秘参赛的机器人与无人机是如何打造的、也了解到要想投身机器人与无人机行业需要用到怎样的专业知识。

 

  梦想者们的奇迹

  

  RoboMasters全国大学生机器人大赛有两百多个大学生战队报名参赛,而能成功制作出作品并通过审核的则只剩下一百多队;NCUTDreamTeam战队两次参赛都进入了十六强,一路过关斩将带来了无数的荣誉。可以想见,别说在强者如林的众多大学中争得上游、仅把这些机器人做出来就很不容易。

  张潞是这两届NCUTDreamTeam战队的队长,也是战队的创始人。他说他是被学长骗来的:学长和他一起报名,但是了解比赛后学长瞬间绝望然后打了退堂鼓。

  但坚持是自愿的:因为高中时候就对无人机产生了兴趣、自己也做出过几架多旋翼飞行器。听说大赛是无人机公司大疆组织的,所以想坚持拼到底、看看大疆到底什么样。

  除了坚持,运气也是很重要的:他结识了也很理想化的毕松老师。毕老师很支持他参赛、拨给了他们宝贵的科研经费、还帮助他组建团队;而团队的同学们也与他一样很有梦想与担当。

 

  技术宅们的合作

  张潞说他们第一届参赛的团队有11人;第二届招来了30个,坚持到最后的也是剩下11人。组建起这么一支靠谱的团队非常不容易,留下来的都是非常给力的“大神”,他们成功的攻克了各种难关、并且整合了各个专业的知识。

  

  打造参赛的机器人与无人机战队,主要需要在四个方面发力:

  ①控制:涉及算法、软件编程等方面。

  ②机械:让机器人与无人机实现功能、坚固的同时减重。

  ③电路:电子部分的硬件

  ④视觉:机器视觉,提高机器人作战的自主性。

  他们的NCUTDreamTeam战队主要是依托电气与控制工程学院建立的,控制方面的主力是来自电控学院的电气、自动化、交通、能源等专业的同学;而机械方面则是拉来了机械学院的外援;计算机视觉方面则是靠计算机学院的加持。

  

  机械是一个非常重要的方面,几乎花掉了团队一半的预算。机械专业的李静威是一个非常给力的“大神”。但之所以成为“大神”主要也是在这个团队中不断尝试而修炼成的。上图从左到右依次为各版本的步兵机器人的炮塔,最开始也是很“屌丝”的亚克力材质、第二个参加了去年的大赛、第三版加入了陀螺仪稳定、第四版才是这次参战的装备。

  

  底盘也是这么一版一版的修改而来,现在已经很稳定了。不过机械专业的黄吉全说依然有很大优化的空间:即在保证强度的条件下减重。这需要用有限元分析的方法科学的减重才行,镂空、开孔不是能瞎弄的,目前他也在更深入的学习有限元分析。

  

  控制则是另一个核心:想办法让机器人与无人机听话。巧妙的轮子在转动时有横向的分力、精密的炮塔有复杂的稳定、发射与伺服机构,只有控制做得好才能跑得直、动作敏捷、射击准确。

  

  一个好消息与坏消息是:控制方面没有发现窍门、需要的仅仅是努力。要实现一个功能,写一个程序只需要一个星期;而将它优化、并让它稳定可靠的运行则至少一个月。他们做的只是泡在实验室里。

 

  无人机+3D打印=无限可能

  今年的RoboMasters2016全国大学生机器人大赛中无人机的加入是一大亮点,每个战队有一架无人机。这些无人机大体上有三种类型:侦查战场、为英雄机器人补给弹药、投弹轰炸。

  

  NCUTDreamTeam的无人机则是以投弹为主。笔者在观赛时发现大家的无人机发挥的作用都不太大、尤其投弹的命中率低得可怜。然而NCUTDreamTeam的同学却骄傲的说:如果投弹准的话,作用比侦查机要大;而他们是唯一实现了单发投弹的团队,机器视觉+人工调整的命中率可以达到40%!

  

  他们的无人机使用的是大疆经纬M100作为平台、通过API(应用程序编程接口)接入的视觉算法。武器系统则是自己设计的。

  

  其实这架引以为傲的无人机也是临时赶工出来的:最后两星期才开始弄。时间紧、任务重,找加工厂来加工零件都已经来不及,情急之下他们使用3D打印机打印出了最后的武器系统(据说3D打印机都快烧了)。

  

  步兵机器人上也有一些部件是3D打印出来的,同学们说车体的主要结构件还是CNC加工出来的,但是很多小零件或是临时部件则是靠3D打印出来的。3D打印的强度还是不如传统加工方式,但可以验证设计、可以救急(更有意思的是:3D打印机可以打印出制造3D打印机所需要的必要结构件,只需要购买少量的部件就可以用实验室的3D打印机,给自己做一台3D打印机)。

 

  机器视觉大有可为

  

  同学们说现在他们的战车是以手动瞄准为主、机器视觉为辅。因为目前还是手动的反应更快、而且以目前的室内定位技术(惯性导航/编码器),实现复杂地形的全自主作战是不现实的。他们对现在的作品已经非常满意:技术水平已经不逊于八强,只是比赛时因为操作与战术失误憾负。

  

  但他们也承认:机器视觉是一个很厉害的技术,视觉做得好可以降低操作难度、提高反应速度。有个团队的机器人“见谁打谁、非常嚣张”。

  他们的步兵机器人也有视觉辅助,打“大神符”时也有视觉辅助,打得也很准;无人机投弹也有视觉辅助,效果也还可以。只是现在他们的视觉只有一个人、而别的队伍可能有一个团队,现在他们也扩大了视觉团队,希望下届比赛能有更好的表现。

  这届的参赛同学已经到了大四、马上就该毕业了。聊起未来,我本希望听到他们回答想用“工科男”的知识与技术改变些什么,然而好几位同学都说准备考研、继续学习专业知识。在笔者看来他们的杰作中每一部分都可以作为优秀毕业设计,而他们则更觉得需要学习的很多。我想这就是这些科技大赛最大的意义吧?名次不重要,重要的是创新与拼搏的过程。无人机行业需要这样的实干主义者、需要这样有知识的梦想者,环球网无人机频道愿与梦想者们共勉。

责编:赵汗青
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