2015年6月29日中文  |  English

东北农业大学

走在“挑战”的路上

我校四项作品在第十四届全国“挑战杯”竞赛中获奖

写在前面:

2015年全国两会上,李克强总理在政府工作报告中指出要把“大众创业、万众创新”打造成推动中国经济继续前行的“双引擎”之一。刚刚闭幕的十八届五中全会提出的五大发展理念“创新”排在第一位。在这样的背景下,11月16日,以“挑战青春,万众创新” 为主题,共青团中央、中国科协、教育部、全国学联和广东省人民政府共同主办的第十四届挑战杯拉开了帷幕。

挑战杯被誉为中国大学生科技创新创业的“奥林匹克”盛会,是全国最具代表性、权威性、示范性、导向性的大学生竞赛。在2015年第十四届挑战杯竞赛中,全国2000多所高校200多万大学生的作品经过省级比赛、全国复审,最终318所高校的783件作品进入决赛。

我校四项作品:高速水稻钵苗移栽机的创新设计、深施型液态变量施肥机具的研制与开发、基于苗带追踪与对靶喷施的多垄智能除草机器人、面向典型农产品的轻简型智能果蔬分选分装系统的研制进入决赛,其中前三项作品进入第十四届挑战杯终审决赛,与清华、北大、上海交大、南京理工等国内名校同台竞技,角逐更高的奖项。

高速水稻钵苗移栽机

深施型液态变量施肥机具

基于苗带追踪与对靶喷施的多垄智能除草机器人

面向典型农产品的轻简型智能果蔬分选分装系统

“挑战”从传统技术到概念创新

高速水稻钵苗移栽机的创新设计、深施型液态变量施肥机具的研制与开发、基于苗带追踪与对靶喷施的多垄智能除草机器人,指导教师分别是我校的赵匀教授、王金武教授和权龙哲副教授。

高速水稻钵苗移栽机的创新设计项目,解决了移栽机构多目标、多参数、强耦合性复杂的优化问题,用一个回转机构完成取苗、输送和栽植三个动作,攻克了回转式钵苗移栽机的世界性难题。深施型液态变量施肥机具可以根据不同地域作物田间空间分布状况,精准定量的将液态肥深施于作物根部附近土壤层中,一次性完成扎穴、精准深施肥、除草和培土等多项作业。这两个作品的学生团队是由硕士和博士组成,作品技术相对成熟,并且已经逐步应用在生产实践中,正在向产业化方向迈进。

只有权龙哲的团队,6位负责项目的学生都是工程学院大二的本科学生,真正接受挑战杯训练的时间还不足一年,接手项目的时候刚上大一。权龙哲说挑战杯正在向重视概念创新方向转型,这个机器人是智能化、自动化、机械化的集合,机器人具有视觉导航、靶向追踪、定向喷洒、机械手臂电极除草等功能,在田地的行进过程中可以智能定位杂草,喷洒农药或用电击除草。

“精准作业是未来农业发展的趋势,赵匀老师和王金武老师的作品都是这样的理念,我们的项目能进入决赛,评委看中的是它的应用前景和技术含量。”权龙哲说。

“挑战”一直在进行

从校赛到省赛再到决赛,权龙哲的团队一直在不断的追求着技术创新和每个细节的完善,他们一直没有停止过,不仅仅为了比赛,更是为了在科研道路上的不断探索与创新。

7月,挑战杯省赛成绩公布,同学们接到了进入决赛的通知小小的雀跃了一下,马上着手对机器人进行了全面改造升级。整个项目从购买原材料、焊接、编写程序到测试,只有4个月的时间,而且都由6名同学独立完成。

参加省赛的机器人

大赛的日子即将来临,三个团队即将赶赴赛场。由于赵匀和王金武项目的展示机械体积过于庞大,无法在赛场展示,两个团队的学生只需带核心技术部件到赛场展示。权龙哲的团队则需要将近一吨重的机器人分解、托运再到赛场组装,为了给自己充分的时间组装机器人,以最好的状态迎接答辩,同学们提前四天赶赴广州,筹备机器人的组装工作。

12日晚同学们收拾好行李准备去火车站

“挑战”无处不在

16日,项目团队的任务仍然是布展。

上午9:00权龙哲赶赴广州,飞机起飞前他拨通了王建森的电话:“分配展区的时候一定要占据有利地形,要地方大的,容易让专家看到的,跟志愿者沟通,态度既要客气也得坚决……”权龙哲参加过5届挑战杯,每个细节都了然于心,“学生们是第一次参加挑战杯,没有经验。每个细节都得跟他们说清楚。”

下午13:30飞机抵达广州,到科学中心还需要两个多小时的车程。路上,权龙哲严肃而又无奈的说:“肯定是还没调试好,要不他们早打来电话跟我吹牛了。”

16:00,来到布展场地,果然不出所料,现场问题频发,同学们一个个都皱着眉头焦虑的忙碌着。

机器人功能展示需要行进8米的距离,但分配的展区只有5米,随行的校团委副书记吴立全与相邻展区的其他高校商量希望能多占些空间,他们只是甩下一句:“一人一半!”与工作人员协调,结论是只能搬到一个偏僻的角落,为了留在展区的中心地带,团队决定先调试机器人,之后再沟通协调展区的问题。

调试机器人的时候一个喷水阀烧坏了,一个直流电机驱动器也烧坏了,喷水阀有备用,而直流电机驱动器没有备用。驱动器的作用是控制水阀喷水的力度形成喷洒雾化的效果,而雾化效果是项目展示的关键,团队面临两个选择,要么找到新的驱动器,要么重新编程绕开驱动程序手动调节水阀。

团队调试机器人

在人生地不熟的广州要买到如此专业的电子元件谈何容易,2名同学下午就到市区里寻找,直到晚上仍然一无所获。17:30留在展区的同学开始手动调节水阀,让喷水量与车的行进速度匹配。调试一直进行着,同学们没有心情吃饭,直到饿的受不了。

团队在夜幕中吃盒饭

谈到为什么机器人在实验室里运行的很好,一搬到赛场就问题频发,王建森说:“机器人里智能化部件多,经过物流的颠簸容易损坏。”而权龙哲说:“是我们的技术不成熟,功夫不到家,电路板设计粗糙,隐患多……”

20:30科学中心即将闭馆,机器人调试仍没有进展,团队不甘心的离开了展区,一路上大家话很少,权龙哲自言自语到:“我觉得他们能把机器调试好……”

17日,项目团队的任务是布展和向观摩群众展示作品。

17日,早上7:00权龙哲刚睁开眼睛就拨通了王建森的电话:“赶紧安排同学去买元件,赶上早高峰得什么时候才能回来?”“不能对付,必须把机器人恢复到实验室状态!”“打车去,18日正式答辩,你们只有今天一天调试时间。”

权龙哲说:“为了让这个项目来到决赛,实验室所有的资源都用上了,整个团队都付出了很多心血和精力,无论遇到什么困难都不可以放弃,谁也不许喊累,我们必须往前走。”

上午8:00,参赛的三个项目组全部来到布展现场。赵匀团队项目的机械部件在运输途中产生了偏差,队员们正抓紧时间调试机器;王金武团队遇到了展区电压供应不足的问题,正在找赛会工作人员协调。

赵匀团队在调试机器

王金武团队在调试机器

在权龙哲团队展区周围,清华大学的新型齿轮齿条式发动机、上海理工大学的“智能一体化消防巡检控制系统”、南京航空航天大学的无人机、复旦大学的自行车双线变速器都在紧张的进行调试。机器人、纳米材料、裸视3d技术、旋翼飞艇、3d打印……科技作品种类繁多、概念新颖、技术高超,清华大学、北京大学、上海交大、南京理工……高手云集、强强相抗。

展区中观摩人员越来越多,有教师、有领导、有评委……赛场里的气氛越来越紧张。别人的发动机轰鸣着,无人机飞翔着、作品视频播放着,权龙哲团队的机器人仍然没有动起来。

驱动器仍然没有买到,负责驱动器机构的李星辉闷闷不语的调整着电路。经过排查,驱动器被烧坏的原因很有可能是他接反了一根电极。由于自己的马虎,导致整个团队陷入困境,并有可能葬送整个项目成果,这是谁都不愿意看到的。

权龙哲一边帮同学们调试,一边不忘记教育队员们:“你们总是很乐观,在实验室成功一次就认为成功了,认为偶然发生的问题都不算问题,这都是侥幸心理。我早就预言过,在实验室里出现过一次的问题,一定会毫无例外的在赛场上组团出现……”

权龙哲团队在调试机器

10:00,上一个问题还没解决,喷水阀的追踪功能又失灵了,这是整个项目最具特色的功能,同学们马上面向整个系统排查原因,务必要解决故障。

11:30,追踪功能故障仍然没有解决,程序串口又失灵了。校团委的工作人员买来了盒饭,大家一点吃的心情也没有。

12:00,从光电门、驱动器、线路连接、单片机接口到控制程序,经过2个小时的排查,故障原因终于找到了:电池电量不足。“绕了一大圈,考虑了所有可能性,最终原因居然是个低级错误。”同学们苦笑道。不断出现的故障就像是命运在与他们开玩笑,而这些“玩笑”也在严肃的告诉着学生们:一丁点马虎都会成为通往成功路上的一只拦路虎。

12:30,同学们草草的吃了一口午饭后马上投入工作,留给同学们让机器人正常运转起来的时间只剩半天。

驱动器最终没有买到,团队决定把机械展臂系统中的驱动器移植到喷洒系统中,团队冒着整个系统失灵的风险成功的移植了驱动器。紧张的移植过程中,周围的“邻居”又因为机器人体积过大,“霸占”了过多的地盘与团队多次交涉。

15:30,好运气终于肯垂青煎熬了两天的年轻人们,经过协商,工作人员同意团队的展区与广东工业大学的展区互换,机器人可以转移到临近过道的中心区域,8米长的展示空间得以满足。同学们将地毯铺好,机器人转移过来,铺设好模拟秧苗和杂草,迅速的进行着调试。

16:00,整体调试完毕,机器人开始进行第一次移动测试,测试发现喷水阀喷洒不精准,需要对车的速度和喷洒系统进行调试,又经过7次移动测试后,喷洒系统调试过关。

16:20,对机械手臂系统进行移动测试……

随着各个系统调试成功,同学们的脸上渐渐有了笑容。

机器人整体测试开始

同学们的脸上有了笑容

16:30,第10次测试后,机器人全部系统调试成功。

同学们坐下来,讨论第二天的答辩策略,为了追求最好的展示效果,团队计划将喷洒和机械手运作一次性展示给评委。

权龙哲说,不期待能获得大奖,只要能把实验室里的水平发挥出来就可以,“我们的下一个目标是让作品的可靠性达到工业级标准,我们的机器人在模拟的环境中都问题百出,更不用说拿到田间地头去工作了。”

晚上,同学们终于可以早点回去,早点睡觉,迎接明天的挑战。

“挑战”让我们不断成长

18日-19日,是封闭评审答辩阶段,每个展区现场只允许2名参赛队员在场,指导教师、观摩人员一律谢绝入场。

权龙哲说:“这就像高考一样,孩子进去考试了,只能靠自己,当家长的只能在外面翘首祈盼和默默的祝愿。”

比赛现场外的等待

赛场里的每一支团队都要向评委展示作品并接受现场问辩,问辩结束后团队仍需原地等待,评委如果对项目有不明确的问题会再次进行问辩。

18日上午,赵匀团队的博士生周脉乐向评委解答了项目同类产品的效率和移栽质量问题。王金武团队的硕士生唐汉向评委解答了机器扎穴、深施肥的细节和项目推广等情况。权龙哲团队的机器人也成功的完成了展示。

“我们发挥的不错!”完成了上午的问辩,王建森兴奋的向权龙哲汇报情况。原计划机器人将同时演示喷洒和机械手运作,而第一次演示的时候控制机械手的串口没有插,机械手没有动,王建森随机应变对评委说:“下面我们展示的是机器人另一种除草方式——机械手臂电击除草。”看过演示后,评委质疑机器人定位除草有固定程序而非智能判断,同学们把杂草放在机械手下面随意移动,机械手也随着杂草的移动摆动起来,评委点了点头。

下午,一些评委回到现场再一次对机器人提出了专业的问题,“一个评委提出了机械视觉的不可靠性问题,还有一个评委比较关心机器人的电池续航能力,他们的问题都很有针对性。”王建森说。

19日下午,2天的封闭评审答辩结束了,队员们将作品拆卸装箱,准备发回学校,紧绷的神经一下子松弛下来,同学们一个个都蔫了,“感觉好累,就想赶紧回宾馆睡觉”。

剩下的时间就是等待成绩的出炉,权龙哲说:“经过这次历练,他们就知道做事要认真、严谨、追求完美,他们会成长一大截。”

同学们等待物流把作品运走

最终,我校高速水稻钵苗移栽机的创新设计、深施型液态变量施肥机具的研制与开发、基于苗带追踪与对靶喷施的多垄智能除草机器人获得二等奖,面向典型农产品的轻简型智能果蔬分选分装系统获得三等奖,我校总成绩黑龙江省排名第二,这也是我校在历次挑战杯获得奖项最多的一次,取得了东农挑战杯史上又一次好成绩。

兴奋的同学们一起吃了一顿火锅。

记者手记:

在与权龙哲的交谈中我得知,他的另一个项目《面向典型农产品的轻简型智能果蔬分选分装系统的研制》也进入了挑战杯决赛,遗憾的是这个项目得到的名次是“拟获三等奖”,无缘来到终审现场,而负责项目的同学都是大三和大四的本科学生,两年一届的挑战杯模式,宣告了他们本科阶段没有机会再进入决赛的现场。对于一些同学来说,他们一辈子只有一次参加挑战杯的机会,他们对参赛的机会看得很重。但这些同学仍然将项目的所有技术和细节耐心、细致的传授给学弟学妹们,他们希望将技术传承下去,将希望传承下去,将挑战和创新精神传承下去。

那个分装系统我见过,它也是一个机器人,能自动识别西红柿、黄瓜等果蔬,再用一个机械手将果蔬抓到合适的包装箱中,机器人调试的过程也错误频出、故障不断,有时抓不住蔬菜,有时候直接把蔬菜扔到盒子外面……权龙哲说,这个项目的亮点是概念上的创新。

本届挑战杯从初赛到决赛持续了1年的时间,我全程跟踪了他们的备赛过程,作为一名记者,我不仅为他们的科研创新成果所惊叹,更为他们的创新精神和团队精神所感动,一次一次的失败和打击,他们始终不曾放弃,这正是一个科研工作者不断挑战自我的精神所在!东农的挑战杯之旅正像这个机器人,虽然历经挑战,但终将从一个概念变成一个现实。

(霍晨光摄影报道)

发布机构:新闻中心 | 责任编辑:霍晨光 | 发布时间:2015-11-23 15:36 | 浏览人次

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