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为科技强国建设播撒希望火种——二○二三年全国大学生机器人科学技术创新交流营暨机器人大赛侧记

时间:2024-02-08 来源:产品中心

详细介绍:

  为科技强国建设播撒希望火种——二○二三年全国大学生机器人科学技术创新交流营暨机器人大赛侧记

  站在展位前,南京航空航天大学博士生翟晶晶底气十足。接下来的10分钟,她和两个机器人“伙伴”将面对评委专家团的专业审视。这两个长、宽均为80cm的机器人模型全名为“面向航空航天大部件装配运载的多移动机器人系统”,目前已运用于我国航空航天军工领域。

  在翟晶晶和团队伙伴的默契配合下,两个机器人缓缓相向移动,模拟大型舱段的两组孔轴模型实现精准对接。而在实际应用中,即便操作对象是数十吨的大型部件,团队也已将其对接精度控制在0.5mm之内。

  这是去年12月18日在山东省日照市举行的2023年全国大学生机器人科学技术创新交流营暨机器人大赛终审决赛现场的一幕。1017件参赛作品覆盖全国30个省(区、市)及新疆生产建设兵团的431所高校,其中221件作品入围终审决赛,最终决出了50个特等奖、74个一等奖、94个二等奖、300个三等奖。

  和以往相比,本届大赛有一大亮点,即鼓励参赛学子将国家发展、时代需求作为项目设计的出发点和落脚点。“赛事引导青年学子紧密围绕‘四个面向’,聚焦‘以科学技术创新推动产业创新’这一关键命题集智攻关,通过主动对接服务国家战略需求和行业现实需要,不断的提高赛事的大局贡献度,积极推动大学生优秀创新成果同社会、市场、资本、产业对接融合,持续向现实生产力转化。”团中央青年发展部副部长阚宝奎介绍。

  新一代光伏玻璃面板智能清洁机器人、海底设施自主巡检“济海号”机器海鳗……赛事主动瞄准机器人发展前沿科技领域,把握机器人技术发展主要流行趋势,迎合机器人产业高质量发展现实需求,激励广大学子树立科创报国志向。

  从一纸方案到最终实现工业应用,翟晶晶和其他小组成员付出了整整6年的努力。该项目也是同台竞技的唯一一个应用于航空航天国之重器的机器人项目。项目成员不仅跨专业,而且跨校。这支由两名博士、6名硕士组成的科创团队来自南京航空航天大学和同济大学两所高校,涉及机械工程、控制工程、计算机科学与技术3个专业。

  鉴于航空航天大部件制造的多品种、变批量特点,该团队研发的多移动机器人系统顺利解决了大部件协作对接运载过程中面临的任务耦合多、决策调度难、环境变化多、定位导航难等诸多难题,可应用于航空航天领域数百种对象搬运工作,单台机器人的工作载荷从1吨至10余吨,协作运载的工作载荷可达数十吨。

  如今,围绕该项目,小组成员已完成研究论文28篇、发明专利15项。技术成果已成功应用于多项国家重点型号项目,在某大型复材机翼喷涂产线中实现了跨车间灵活转运及作业工位精确定位。

  最终,该项目获得本届大赛特等奖。对翟晶晶和团队伙伴来说,此次参赛有比拿奖更重要的目的:“希望能让更多人了解我们所做的工作,也希望我们自己研发的机器人技术有机会运用到更多民用领域。”

  “设置五大赛道,瞄准机器人前沿技术动态、产业高质量发展趋势,本届大赛的实践性导向可谓很鲜明。”西安交通大学团委书记李利波说,过去10年间,他多次带队参加相关科创大赛,积累了丰富的比赛经验。

  李利波介绍,结合本次赛事鲜明的实践导向,西安交通大学注重检验参赛作品的实际应用价值。在备赛过程中,依托该校的“攀登计划”等实践平台,组织参赛选手实地到工厂、医院、企业一线深刻认识生产实际中的痛点,并与相关单位总工总师等针对具体问题开展了十余场交流座谈,确保设计出的机器人能解决实际问题。

  该校此次进入决赛的基于视触觉柔顺控制的“5+3”DOFs眼科显微手术机器人团队便是典型案例。该团队从全校200个机器人参赛团队中脱颖而出,设计初衷是攻克治愈黄斑裂孔疾病的内界膜撕除手术的诸多难点。

  据统计,在我国,每年有千万人因患有黄斑裂孔而致盲,且低龄化、大众化趋势明显。而针对该疾病的内界膜撕除手术则面临手术对象脆弱、医生手臂自然抖动、无法准确判断手术镊与眼底接触力大小等难点。

  该手术机器人能够高精度、高稳定与高安全性地完成内界膜撕除手术任务,填补国内相关领域空白。团队与西安市第一医院眼科合作开展的多例动物实验表明,在该机器人辅助下,医生的手术操作精度明显提升,手术机器人达到预期设计要求。

  “最初报名参赛时预想到会有很多问题,但我们已有机器人设计、控制算法以及力传感的有关技术积累,大家有信心挑战一把。”团队骨干成员、博士生刘洪成回忆,研发过程并非一帆风顺,仅控制算法一个技术难点,不断尝试、优化方案,前后就经历了一年多时间。

  以赛促学,实践育人导向将对学生素质的培养起到怎样的“催化”作用?“理论方法研究和工程实践应用之间确实是有较大的差距”,翟晶晶团队指导老师武星具体解释,“实验室环境理想、干扰因素较少,而在工业现场常因地面不平打滑、传感器测量误差、载荷重心偏移等影响,多机器人系统预定对接精度没办法保证。要想研制出更稳定可靠的工程化多机器人系统,需要创造性地将多种方法技术与工程经验加以融合,这对学生的创新性思维、科研探索能力、工程实践能力等都是重要的考验”。

  广泛参与,同样是本届大赛的重要导向。大赛鼓励多种类机器人项目作品参赛,设计多元赛道,划分多个领域,满足多种学科背景、不同学历层次学生的参赛需求。不仅如此,大赛打破原有赛制壁垒,降低比赛门槛,扩大省份和地域覆盖,吸引102所西部地区高校和90所高职院校学生积极参赛。

  今年是新疆大学第一次组队参加国家级的大学生机器人大赛。鲁炎昆和另外7名本科生组建的跨专业团队带来了植被修复机器人的项目。该项目利用生物修复和化学修复相结合的方法,可一次性完成植被修复环节的各个工作,对恶性土壤进行植被修复。除机械结构创新外,这款机器人还配有GPS定位系统,可通过遥控控制机器人的速度和方向。

  鲁炎昆介绍,项目设计的初衷正是基于我国北方部分地区,尤其是西北部存在严重或中度干旱、土壤酸碱度失衡、营养过度流失等ECO恶化问题。如今,该项目已经同内地农业科技公司达成了初步合作意向。在本届比赛中,该项目荣获特等奖。

  “对西部大学生来说,本届比赛无疑意味着重要的机遇,能够站在舞台上和其他高校学生同场竞技,本身就是一种肯定。”在该团队指导老师李建军看来,“参加全国性机器人大赛不仅有利于学校厚植学科建设、增强专业力量,同时也进一步开阔学生视野、激发学生兴趣,鼓励学生将理论知识更好应用于实践中”。

  对日照职业技术学院的参赛师生而言,首次参加全国大学生机器人大赛就闯入决赛并荣获二等奖,也是一次从0到1的过程。“能够同其他本科学生特别是985高校学生站在同一个舞台上比拼,这极大帮他们重拾信心,精神鼓舞的意义远大于最终成绩。”团队指导老师张国玉说。

  该校参赛项目是基于高精度数据采集及模型一体化修饰领域机器人。项目聚焦测绘领域,紧贴国家发展的策略,助力国家实景三维中国建设的开展,致力于实现测绘软件国产化。团队首创空地一体联合建模技术,通过自主研发的采集设备采集立面投影再配合无人机采集到的正射投影图,同时利用自主研发的处理系统来进行内业处理,使得测绘数据得以融通,经实地应用证明作业效率提升50%以上。

  令张国玉颇感欣慰的是参赛队员的成长。两年前,参赛队员杨梦媛还只是一名专业“小白”,通过刻苦付出,这名高职生逐渐成长为具有一定科研能力、独挑大梁的项目负责人,带着学弟学妹一同做科研,“这正是技能技术的一份传承”。

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