“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：機車學院 宣傳部實習記者 林麗華 攝影：機械學院
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生們自主設計并研發(fā)成功了這輛重達一噸、集成了諸多高新技術的“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,、企業(yè)的無人智能技術快速發(fā)展并轉(zhuǎn)向?qū)崙?zhàn)化，本次比賽有來自中國科學院,、中國兵器工業(yè)集團,、北京理工大學、國防科技大學等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@是一輛由北理工學生自主設計和研發(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,，無人賽車隊也是學校的一個年輕學生科技創(chuàng)新團隊。該團隊成立于2015年年底,，由近30名來自不同的學院和專業(yè)的學生組成,，其中60%以上是研究生?！孛婧侥浮臉嬒?、整車設計和裝配、落地調(diào)試等,，都是由學生們獨立完成的,。”無人賽車隊的指導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鍵創(chuàng)新技術,，即無人機-車-機器人的一體化設計與控制技術,，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,，以及超大功率密度電池組驅(qū)動技術?！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用范圍，提高了無人平臺的機動性,，讓人耳目一新,。”無人賽車隊的領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，就是無人偵察機-小型機器人-母體車輛平臺的一體化設計與控制,。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，而完成任務后,，這些小無人機和小機器人可以返回母體車輛充電,。“這就是‘航母’概念之所在,！”負責控制系統(tǒng)設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,，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,，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,。”無人賽車隊的機械系統(tǒng)設計師博士生趙越介紹,。
在北理工學生開放的創(chuàng)新思維和過硬的技術水平下,，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域的頂尖技術，當它們被大膽而科學的集成到一起時,，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,，學生團隊也有參賽資格,。雖然很早就有了“地面航母”的設計概念，但是5月初才真正開始設計,。在接下來100天的時間里,，大家突破重重技術難關，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?。我們初衷很簡單，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,?！败囕v設計、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的‘航母’,，最難的并非是技術問題，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、決不放棄的精神問題,?！辈┦可呖≡诠芾碓燔噲F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,、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生科技創(chuàng)新工作的重要目的,，希望北理工的學子能夠全面成長,，成為有擔當、有品格的人才,?！敝笇Ы處熀o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院、不同專業(yè)的本科生,、研究生,，形成了本科生開展工程設計、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,。 機械學院副書記,、副院長范文輝這樣總結道：“在學院的打造下，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,、體系化的車類學生科技創(chuàng)新團隊,，能夠讓越來越多的學生受益于科技創(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,，這得益于學校在學生科技創(chuàng)新方面的投入與支持,，特別是機械與車輛學院多年來堅持以“車”布局和敢于“大手筆”育人。
北京理工大學作為國內(nèi)一流理工科大學,，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，需要抓好學習興趣和主動性提升,，科學學習和指導模式設計,，高水平、體系化的平臺條件保障等若干關鍵環(huán)節(jié),。
另一個方面,，與掌握知識、習得技術同樣重要的是精神的磨礪和思想的獨立,，前者讓學生不胡干蠻干,，后者使學生最終成為敢想敢干之人，從而為成為行業(yè)領軍人才奠定堅實的基礎,。
“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,，建設中國特色世界一流理工大學，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)新造好車的學生,，更是值得我們深思與借鑒的,。
