我校全国百强社团E唯协会是一支实力较为雄厚的科技创新队伍。这支队伍的骨干成员陈晓博、张宏德、朱林、凌征成、陈云赛等同学是其中的佼佼者。在协会教练刘文智、李海波等老师的指导下,团队设计创作的“履带式水底爬行ROV”,在今年我校“五四杯”竞赛中获得科技发明制作类一等奖。
创作缘由
联合国发表的《21世纪议程》中指出:“海洋是全球生命支持系统的一个基本组成部分,也是一种有助于实现可持续发展的宝贵财富。”从远古到今天,人类对海洋的开发与利用一刻也没有停止过。水下机器人的设计与制作属于21世纪科技的前沿领域,是在校大学生关注的热点。该项目能够有力的调动学生学习的主动性、积极性和创造性。该项目是多学科交叉运用与设计的产物,涉及到自动控制、机械设计与加工、传感器、水下通讯、图像处理等知识的配合使用。因此,设计制作水下机器人需要团队成员分工合作,共同设计策划、实验、分析并总结,并通过长期的试验与实践来完成该项目。在此过程中能够有力的激发同学们的创新思维和创新意识,将理论知识运用到实践中去,培养实践动手能力,并增强团队意识。
高校及科研院所在开发潜器过程中,均使用室内实验水池环境进行开发。实验水池或水箱在长期实验后,会产生大量污垢,给实验设备以及实验数据采集带来一定影响。传统的实验水池的清洗工作需要将水全部放出,然后用人工方式进行擦洗或用水冲洗,这种传统方式不仅浪费大量人力、物力,又比较费时,造成对水资源的严重浪费。为了满足某些特殊工作的需要,小型智能化的无人工作平台得到了高速的发展,用无人载体代替人工作业也成为目前减轻工作量的最有效手段。该机器人研发的目的就是为了制作一个可以执行多种水下任务的载体。“履带式水底爬行ROV”也可称作“履带式水底爬行机器人”,这种机器人主要为采矿,水体污染过滤清理,管道维护的专业领域设计制作,实现了无人载体的多功能、专业化。机器人可以实现水下自由运行和水底爬行,从而可以开发使其具有水下巡视功能,如海洋输油管道检查,跨江、跨河管道检查,船体检修,船底探查,码头及码头桩基、桥梁、大坝水下部分检查,航道排障,港口作业,钻井平台水下结构检修,水下考古、水下沉船考察,深水网箱渔业养殖等一系列应用。除此之外开发机器人的清洗功能:如泳池、水池、水箱的不换水清洗,解决传统清洗所造成的水资源大量浪费问题。可在水池不排水的情况下清洗池底污垢,节约大量的淡水,并且在清洗过程中不需要人工参与,实现完全自主工作———定时自主下潜,自主清洗,自主上浮归位。该机器人的工作效率高,具有广阔的市场开发前景。
成功源于实践
任何事情都非一蹴而就,成功的之路总是崎岖坎坷,荆棘满途。成功源于实践。E唯队员们在实践环节中积极发现问题、提出问题、解决问题。根据比赛规则,队员们起初设想机器人在水下采用轮式推进器。但是水下机器人的水下运动有六个自由度,运用轮式推进器会导致不易控制,稳定性差、误操作率高、效率低等问题。所以经过队员们的讨论,在刘文智、李海波老师的指导下,最终他们决定用履带式配合推进器实现双动力推进。但是这个方案可以说是对原方案的一个颠覆性的改变,而且履带式推进器结构复杂,需进行大量的调试工作。面对巨大的困难和挑战,队员们从未退缩,他们对待工作以一种一丝不苟的态度。为了按时完成制作工作,队员们牺牲休息与自习时间,全身心的投入到实验室中研究问题。经过队员们的不懈努力,最后履带式这一方案实验成功,于是机器人由轮式改为履带式。困难却又接踵而至,在机器人的水下定位功能上,队员们同样遇到很多问题。机器人的水下定位就是机器人在水下工作时操作员可以对其进行方向控制。但是人在岸上,而机器人在水下,如何使岸上的人知道水下机器人的行走路线就是队员们在这一环节需要首先克服的问题。他们想到,如果能够获得水下的信息,人便可以根据信息控制机器人的行进方向。这样难度又升级到水下信息获取的问题上。经过反复推论,队员们设想在机器人的身上安装三个摄像头,利用三个摄像头的互相协作完成机器人的水下视频信息采集工作,但是在信息的获取过程中,由于机器人水下工作时机体会震动,这将导致摄像头的拍摄工作难以顺利完成。为了克服这一困难,队员们进行了无数次实验,最后他们通过将视频滤波器绑定在摄像头设备上而将这一问题解决,这样机器人就能在环境噪声较大的情况下,保证视频流畅和图像清晰,从而获得质量较高的图像信息,为后期的目标识别和录像功能打下了很好的基础。
水下机器人制作过程中队员们遇到的诸如此类的困难可谓是不胜枚举,但是在每个队员的心中都有“长风破浪会有时,直挂云帆济沧海”的坚定信念。凭借着自信、执着与热爱,他们跨越了一个个障碍,最后使这一项目顺利完成,最终抵达成功的彼岸。
鸣谢恩师,展望未来
在采访的最后,E唯创新团队特别感谢刘文智、李海波两位老师。在机器人制作和五四杯期间,两位教练和队员们一同废寝忘食,甚至有时是连夜赶制。据悉,在两位教练指导下,E唯协会会员先后获得数十项国家级、省级竞赛奖的好成绩。两位老师一直孜孜以求、无私奉献,受到所有队员的爱戴。
E唯的队员们深知,成功只属于过去,倘若没有未来的不懈努力再耀眼的光环也会暗淡。09年“五四杯”竞赛一等奖,已成为这只团队的历史,展望未来,他们还准备参加今年的全国机器人大赛。在实践中增长才干,相信在不久的将来这只团队必将再创辉煌。