全国二等奖!华师机器人闪耀赛场!

原标题:全国二等奖!华师机器人闪耀赛场!

来源:晚安华师

在没有机械专业的华师

有一群人自主研发机器人

在国内各个赛场征战不到两年

获得全国大学生光电设计竞赛国家级一等奖

ROBOMASTER对抗赛全国二等奖

他们就是光电学院的PIONEER

在308所高校对决中有骄人成绩

全国二等奖!华师机器人闪耀赛场!

8月5日11时58分,距离比赛结束只剩最后两分钟,华南师范大学PIONEER战队的队员们紧紧盯着将要读完的进度条。在确认近一年精心准备的参赛结果上传完毕之后,他们终于可以歇下一口气,关闭移动设备的热点。

“这是光电同学目前参与难度最大的比赛,参赛门槛很高”,信息光电子科技学院老师张准说。全国大学生机器人大赛ROBOMASTER机甲大师赛是由共青团中央、全国学联、深圳市人民政府联合主办,DJI大疆创新发起并承办的机器人赛事。要想参加比赛,每支队伍首先要做出符合要求的机器人。

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作为全球性射击对抗类的机器人比赛,全国大学生机器人大赛ROBOMASTER机甲大师赛从2013年至今吸引了众多爱好机器人的大学生参加,2020赛季,全球共308所高校参赛。

比赛中,各个队伍需要控制设计好的机器人,在一座“荒岛战场”上,为了打倒对方“基地”,“工程车”首先冲锋登上“资源岛”抢回弹丸。“步兵”和“英雄”蓄势待发,弹丸上膛之后,主动攻击敌方的机器人与“基地”。“哨兵”和无人机则拥有制空权,在空中对敌方进行打击。

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在今年的大战中,这支成立不到两年的队伍,独立设计出了6台机器人,取得了对抗赛二等奖、步兵机器人三等奖、工程机器人三等奖、算法组三等奖和运营方向一等奖的傲人成绩。

从“参照”到“创造”

在一个没有机械相关专业的大学,开创者这条路并不好走。用队长魏嘉浩的话说,“初建的PIONEER,像刚创业的年轻人一样,没钱,没技术,难。”

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要独立制作对抗型机器人,光是零件加工这一块,就让战队吃了不少亏,走了许多弯路。很多理工科学校有加工中心,精准、高效、省钱。“我们没有这样的条件,战队加工零件只能找淘宝。”要螺纹孔送来了平滑孔,孔距4厘米送来的偏大……出错,退回、沟通、寄过来,一次一次,时间、金钱和耐心都被消磨了。他们尝试过数十个加工商,失败、比较、筛选,才慢慢稳定了几个加工源,同时也学会自己切割管材、打孔、焊接一些简单的配件等基础加工操作。

零件加工淌了不少浑水,机械相关理论知识缺乏,许多东西都需要自学。“我们就靠着一些常识,去测试机器人的结构强度、压力等参数,不行就换材料,换设计方案,这样就比较烧钱,还费时间。”机械组组长欧阳文泷说。机器人的各项功能,从基本的行走转向,到取弹、装弹、输送弹丸、射击等,都需要电控组写编程才能实现,但电控组的队员们只设计过“感应地面路线自动行驶的智能车”,课堂上学到的编程知识也有限。视觉组负责的自动瞄准系统的算法设计,队员们对此更是一片空白。

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为了解决机器人研发中的一个个难关,战队的成员们在课堂中学习理论知识,并利用课外时间从网络上寻找资源,一步步地向前摸索。欧阳文泷开玩笑说道,“B站大学、知乎大学还有CSDN大学,是我们在课外学习中的三所大学。”

此外,得益于ROBOMASTER机甲大师队伍的开源传统,即有些队伍会将自己机器人制作的文件公布在官网上,队员们靠着网站视频、论坛、开源文件一点点摸索。自己不知从何下手,最好的办法就是模仿,利用别人的开源图纸加工零件,机械组尝试组装、电控组尝试编程调车。在模仿的过程中,他们也会思考他人设计的不足,不断积累设计经验。

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以往,大部分队伍的英雄机器人是用摩擦轮或者推动的方式把弹丸输送到枪管,机械组觉得不够精准。经过思考,他们决定采用拨叉的方式提高输送弹丸的精准度。在2019年深圳的全国总决赛现场,欧阳文泷发现,至少两个学校使用了他们战队开源的英雄机器人供弹设计方案。“用了我们设计方案的队伍都夸赞这个装置很好用,这是我最大的惊喜!”欧阳文泷自豪地说道。

不仅如此,模块化设计的思想是战队这一赛季的一大收获。起初,每一台机器人都应用着不同的零件。当队员们想要创造一台新的机器人的时候,往往需要对每一个零件都进行细致入微的再设计。不仅每次加工零件的成本高昂且难以控制,新设计的零件也不一定能像其他原先已通过测试的零件那样表现优良。

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“现在通过模块化的设计,机器人云台上有近60%的零件可以互通!”战队成员骄傲地介绍道。在减轻机械设计工作量的同时,加工零件的成本也得到降低,并且对于机器人的维护也变得更加便利。“如果赛场上一台机器人的零件临时出现问题,能立马从其他机器人那里调换”,在分秒必争的比赛中,模块化设计发挥着非同小可的作用。

从看着别人的图纸做机器人,到自己设计出第一台英雄机器人,再到对机器人设计的不断思考与创新,这是从无到有、从有到优的飞跃。而这些都体现着华师学子艰苦奋斗,勇于创新的精神,正是这种精神和力量让团队渐渐立住了脚跟。

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关关难过,关关能过

跨过技术的难关,资金与人手的欠缺给战队带来了新的问题。

“我们的经费可能不及其他学校的一半”,欧阳文泷说道。于是,队伍一方面通过申请项目、参加比赛获取部分资金补助,另一方面不断节流,调整自身的零件成本。

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对于大多数学校来说,“哨兵机器人”顶部的支撑轮都是用于提供动力的主动轮,而主动轮的制作需要用到“包胶”的工艺。这意味着,每制作一个主动轮的轮胎,都至少需要花上百元。

“我们在想,有没有更为省钱又能满足需求的办法”,他们抱着试一试的态度,将主动轮换作了不用提供动力的从动轮,发现这能使机器人对轮胎的要求大大降低。最终,队员们通过淘宝,找到了包覆机上所运用的硅胶轮作为从动轮,将原本百余元的成本压缩到了十元以内。

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核心成员人数较少也给他们带来了不少困扰。“队伍的核心成员在20人以上更加合适,而我们只有10位左右”,欧阳文泷表示,在队伍中,他既是副队长又是机械组组长,同时负责报销、流程等事宜。人员的缺失,让不少人以一人之力承担着几个人的任务。

电控组的任务是通过编写程序命令,同时撰写“裁判系统”监测机器人运动的状态。作为联系机械组和算法组的桥梁,只有当电控组的程序能够正确的运行时,才能够保证机器人在规则的范围内自如的运动。在今年,这份十足重要的任务仅仅由组长谢培佳一人肩负,他一个人完成了五台主要的机器人的程序书写。

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碍于今年的疫情,许多原本的计划在无法返校的情况下难以执行,比赛是否能顺利进行也成为了一个未知数。“在家里编写出来的程序和设计基本只能在线上进行仿真”,但这些新机器人到底能不能达到要求,在现场测试之前谁也不能下定论。

7月14日,大多数战队成员申请返校。次日,官方就宣布了“线上赛”的公告:不再是到线下实地“战斗”,而是通过提交机器人研发视频、研发报告和招商报告等,接着进行线上答辩,再由裁判评定给分。资料上传的截止时间在8月5日,对于时隔半年刚刚返校的PIONEER战队来说,他们需要把原本需要半年完成的工作,在1个月内全部解决。

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时间有限而任务艰巨,加班加点地工作成为队伍的常态。实验室狭小的测试场地旁,铺着一床白色的被褥。“这是之前的师兄们留下来的”,算法组组长黄德豪笑着说,“不只这里有,隔壁的办公室还有很多的师兄留下来的躺椅,有时候做得累了就会去那儿休息。”

靠着成员们的打拼,战队最终顺利地参加了比赛。近日,他们收到了由ROBOMASTER组委会寄来的“一箱”奖状,这是对战队最好的肯定与认可。

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从机甲战队到创新团队

“比起战队,他们现在更接近一个学生创新团队。”指导老师张准对队伍的发展非常认可。征战ROBOMASTER比赛只是团队在做的事情之一,他们已经尝试着将研发的成果,应用到更多的地方。

在比赛之外,PIONEER战队核心成员所完成的“攀行者——通信基站爬杆机器人”项目,创新地实现了利用机器人爬杆检查基站的功能,使得对基站的检查工作由人工转向了机器自动进行。因此,这个项目在上千支队伍参加的第八届全国大学生光电设计竞赛中,荣获国家级一等奖,并最终在总决赛中夺得银奖。同时,在结束的第十五届全国大学生智能汽车竞赛里,战队在室外光电ROS组里取得国家级三等奖。

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不同于“只为了完成某一个比赛,结束之后就解散”的比赛队伍,他们正逐渐成长为学校的一个创新平台,为工科学生带来许多实践与培养创新思维的机会。这在其他师范类院校里是稀有的。

“最开始,我就不是单纯为了比赛而比赛的。”谈及组队的初衷,魏嘉浩坦诚地说,“我希望通过这个比赛,去孵化一个有关机器人设计的平台。”在他看来,机器人相关的技能不是自己掌握就足够了,只有新队员的学习进度跟上来,队伍才能得到持续发展。

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在ROBOMASTER官方提供的ones的管理系统上,清晰地记录着战队一年来的时间规划。从二月一直到四月的工作中,各组的重点一直是“线上培训”。现在,许多19级的同学也开始在机器人的研发制作中贡献属于自己的力量。

除了朋辈教育,不少队伍成员会在ones系统上留下自己的学习博客。博客既有严谨复杂的工科知识,也有一些轻松愉快的加工经验分享。这些学习博客既是对自己学习工作的记录,也方便了与其他同期成员的交流。

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“这些记录都是十分宝贵的资源,是我们想要有的沉淀。”魏嘉浩说道。待资料逐渐完善后,变成一张细密的网,覆盖机器人设计的方方面面。“先驱者”们在这开辟起来的道路,为后来者提供便利。

每一步都算数

在辛勤耕耘之后,体验到的不仅是赛场上的高光时刻,战队成员们在赛外也收获颇丰。

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“在战队的经历,不仅让我明确了未来的方向,这对我跨专业申请研究生也有很大帮助。”欧阳文泷在过去的两个赛季中承担了机械设计中大部分的工作,由此发现了自己更加青睐的研究方向。他成功申请香港科技大学航空工程专业的研究生,将在机械设计与制造相关的领域继续进修。

无论是成员还是队伍,在机器人设计的路途中,道阻且长。“我们第一年的目标,是能上赛场;第二年的目标是‘有没有’,在设计机器人上先考虑保底方案;我们第三年的目标是‘好不好’,就是要在性能上也同样做好。”战队的项目管理汤兴宇道。相比于其他拥有六七年参赛经历的队伍,刚刚结束第二个赛季的PIONEER无疑是一支年轻的队伍。明年ROBOMASTER的广东省省赛将在华南师范大学举办,PIONEER将作为东道主出战。预祝他们在赛场上大放异彩。

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“希望这个团队可以培育出更多的创新型人才”,这是学院对他们的期待。从战队到创新团队,从开创者到领路人,因为他们,华师增添了一抹属于“机器人”的色彩。

一路走来

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