近日，由共青團(tuán)中央負(fù)責(zé)發(fā)起組織，中國(guó)青少年科技創(chuàng)新獎(jiǎng)勵(lì)基金支持的2014年大學(xué)生“小平科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”評(píng)選揭曉，我校自動(dòng)化學(xué)院智能地面移動(dòng)機(jī)器人創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)入選大學(xué)生“小平科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”，獲得中國(guó)青少年科技創(chuàng)新獎(jiǎng)勵(lì)基金資助。

    推開北京理工大學(xué)自動(dòng)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(gè)大男孩“兩耳不聞窗外事，一心只畫設(shè)計(jì)圖”。這里，就是北理工智能地面移動(dòng)機(jī)器人創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)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(duì)成員們齊心協(xié)力，眾志成城，秉承踏實(shí)肯干的科研作風(fēng)，在團(tuán)隊(duì)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(tái)，開展創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)。

    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(dòng)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(jí)的同學(xué)盡快參與項(xiàng)目，團(tuán)隊(duì)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(duì)”由博士生帶領(lǐng)，研究生為主力的基本模式，使團(tuán)隊(duì)中的隊(duì)員都能逐步參與到創(chuàng)新實(shí)踐中，這樣的跨年級(jí)人員梯隊(duì)培養(yǎng)機(jī)制也為團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新成果的延續(xù)鋪就了堅(jiān)實(shí)的道路。

    北京理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院“組合導(dǎo)航與智能導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)室”為團(tuán)隊(duì)提供了優(yōu)越的科研條件。一個(gè)全天候?qū)?nèi)開放的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，一個(gè)寬敞的智能車實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，專門構(gòu)建的兩棲蛙板機(jī)器人水陸實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)儀器、器材齊備應(yīng)有盡有。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室還與多個(gè)企業(yè)和研究所建立了長(zhǎng)期穩(wěn)定的合作關(guān)系，為團(tuán)隊(duì)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(dòng)機(jī)器人創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)攻克了一個(gè)又一個(gè)難關(guān)，在科研創(chuàng)新的道路上不斷前行。

    在兩個(gè)基礎(chǔ)研究項(xiàng)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(duì)員們回憶起的時(shí)候，昨天一起奮斗的場(chǎng)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(dòng)形式——一種雙擺臂的運(yùn)動(dòng)形式，并通過這種運(yùn)動(dòng)形式實(shí)現(xiàn)了世界上首例水陸兩棲運(yùn)動(dòng)形式統(tǒng)一的兩棲機(jī)器人。機(jī)器人通過兩臂開合時(shí)輪子與地面產(chǎn)生的摩擦力前進(jìn)，運(yùn)動(dòng)靈活敏捷，水陸均可驅(qū)動(dòng)；實(shí)現(xiàn)了紅外測(cè)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(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，也可作為血液中微納米機(jī)器人運(yùn)動(dòng)原型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
   
    在2011年第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)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?cè)谧鲞@個(gè)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(jì)、加工與制作，運(yùn)動(dòng)的仿真，算法的設(shè)計(jì)，調(diào)試等等。因?yàn)殡姍C(jī)出了問題，我們?cè)诒荣惽耙恢懿庞辛苏{(diào)試時(shí)間。“確實(shí)，與其他參賽作品不同，該機(jī)器人是團(tuán)隊(duì)的原創(chuàng)，在很多方面都需要自己去探索，甚至包括運(yùn)動(dòng)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(píng)委的掌聲，獲得了一等獎(jiǎng)。

    兩年后，在智能蛙板機(jī)器人的基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)對(duì)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(dòng)形式轉(zhuǎn)變?yōu)樗憙蓷y(tǒng)一的運(yùn)動(dòng)形式，在很大程度上提高了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)能力和工作范圍。團(tuán)隊(duì)也參加了2013年第十三屆“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽，并獲得了評(píng)委的一致好評(píng)，再次取得了一等獎(jiǎng)的佳績(jī)。

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(duì)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(hào)干擾……；同時(shí)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(gè)過程都需要團(tuán)隊(duì)成員們親力親為。在這期間，團(tuán)隊(duì)成員夜以繼日的奮斗在實(shí)驗(yàn)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(shí)間就學(xué)習(xí)、討論，時(shí)間的積累，沉淀的不僅是厚厚的知識(shí)更是濃濃的友情。在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)與要求下，團(tuán)隊(duì)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(shí)際行動(dòng)和100%的精力去實(shí)現(xiàn)自己的挑戰(zhàn)杯之夢(mèng)。

 
圖4  蛙板機(jī)器人調(diào)試過程

 
圖5  蛙板機(jī)器人水下實(shí)驗(yàn)

    成員張劍青驕傲地說：“在這個(gè)過程中，我們都成長(zhǎng)了不少。我們的團(tuán)隊(duì)意識(shí)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(huì)！”，一年的艱苦過程，團(tuán)隊(duì)成員間相互學(xué)習(xí)、相互討論，每個(gè)成員都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

圖6  第13屆挑戰(zhàn)杯現(xiàn)場(chǎng)（左），團(tuán)隊(duì)成員接受電視臺(tái)采訪（右）

    雖然已經(jīng)斬獲兩次挑戰(zhàn)杯一等獎(jiǎng)，但是蛙板機(jī)器人的研究還在繼續(xù)。研制期間，團(tuán)隊(duì)多次受邀參加國(guó)際性展覽會(huì)，并獲得了專家們的一致好評(píng)。有幾家船舶公司與某科研公司向團(tuán)隊(duì)表達(dá)了強(qiáng)烈的合作意向，團(tuán)隊(duì)欣然接受。接下來，團(tuán)隊(duì)將對(duì)其運(yùn)動(dòng)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(guó)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(guó)智能車未來挑戰(zhàn)賽精彩畫面

    該車就是來自本團(tuán)隊(duì)的“波特號(hào)”智能車。2012年，團(tuán)隊(duì)在未來挑戰(zhàn)賽的舞臺(tái)上的首次亮相，取得了第六名的好成績(jī)。作為后來者，團(tuán)隊(duì)成員用頑強(qiáng)的斗志克服了在技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)以及參賽規(guī)則上的欠缺。

    “快比賽時(shí)他們?cè)诹监l(xiāng)校區(qū)調(diào)試了一兩個(gè)月，回來的時(shí)候我看到楊老師的胡子頭發(fā)都長(zhǎng)的很長(zhǎng)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(shí)，這中間團(tuán)隊(duì)成員吃了不少苦，但是在科學(xué)面前團(tuán)隊(duì)成員無怨無悔，我們追求的是更高、更強(qiáng)。我們來年還會(huì)繼續(xù)戰(zhàn)斗的！”賽后隊(duì)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(duì)成員放棄寒暑假、國(guó)慶假期以及雙休日，一直奮戰(zhàn)在實(shí)驗(yàn)室，累了互相鼓勵(lì)，困了輪流休息，一點(diǎn)點(diǎn)地攻克面前的難題。2013年全國(guó)智能車未來挑戰(zhàn)賽， IN2BOT智能車隊(duì)第二次如約參賽。這次團(tuán)隊(duì)派出的“特立獨(dú)行號(hào)”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(jī)，并在中韓對(duì)抗賽中戰(zhàn)勝了韓國(guó)首爾大學(xué)車隊(duì)，完成了預(yù)期的任務(wù)，也算是對(duì)團(tuán)隊(duì)一年來的工作的一個(gè)認(rèn)可。

圖8  2013年中國(guó)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(duì)員王新宇說道。相比于“波特號(hào)”智能車，團(tuán)隊(duì)成員在保留原有可靠性能的基礎(chǔ)上，對(duì)“特立獨(dú)行號(hào)”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(duì)成員由以前的蓄電池驅(qū)動(dòng)改進(jìn)為了燃油驅(qū)動(dòng)，使得車輛的行駛距離大大延長(zhǎng)，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(gè)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(duì)成員沒有一點(diǎn)休息時(shí)間。為了適應(yīng)比賽賽道，在沒比賽的時(shí)候團(tuán)隊(duì)成員基本整天都在調(diào)車。比賽日的時(shí)候，也是每天凌晨?jī)扇c(diǎn)就起床，到現(xiàn)場(chǎng)摸黑進(jìn)行調(diào)試，生怕耽擱了寶貴的時(shí)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(gè)難忘的經(jīng)歷。”作為比賽選手，閆光對(duì)此深有體會(huì)。

    兩年兩輛車，團(tuán)隊(duì)成員正一步一個(gè)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(duì)成員還會(huì)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(dòng)機(jī)器人創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在科學(xué)研究、科技競(jìng)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(jī)，不僅在國(guó)內(nèi)外期刊或會(huì)議上發(fā)表了一些高水平的論文，而且在各項(xiàng)創(chuàng)新大賽上都屢獲佳績(jī)，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(guó)挑戰(zhàn)杯學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)；IN2BOT智能車分別獲得了2012和2013年中國(guó)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(shí)的美麗，可當(dāng)初她的芽?jī)海瑓s浸透了奮斗的淚水，灑滿了犧牲的淚泉。在這個(gè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)中，付出的是時(shí)間和汗水，收獲的卻是志同道合的隊(duì)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(dòng)我們的，不是那些獎(jiǎng)項(xiàng)，而是那些創(chuàng)新的思路和過程中的堅(jiān)持。千里之行始于足下，我們，在路上！