在人工智能、云计算、大数据等技术的兴起下,我国当前已经成为全球最大的智能机器人消费市场,有着得天独厚的基础优势。推动智能机器人技术和产业快速发展更是被纳入《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》和《中国制造2025》等规划。2017年,科技部推出了为期五年的"智能机器人"重点专项计划,几年来已经为众多相关项目提供了资助。郑州大学很早就开始引导学生在智能机器人领域的研究。2009年,为了进一步提高学生的科学研究、创新创业能力,学校信息工程学院成立了智能机器人创新训练基地(以下简称"基地"),面向全校本科生选拔优秀科创人才。
基地全年开放,为学生开展科创项目提供场地、设备、培训课程及研发资金,并为参加科技竞赛的学生提供参赛费。每年有来自全校10余个理工科院(系)的150名学生在此学习、训练、实践和参加竞赛。基地现设有水下机器人实验室、服务机器人实验室、双足机器人实验室、仿真机器人实验室和竞技机器人实验室,获得国家级以上科技竞赛一等奖、金奖100余项,拥有国家专利60余项,完成国家级、省部级和校级创新创业项目200余项,培养出一大批获得"宝钢教育奖"优秀学生特等奖、"河南省最美大学生"、全国"十佳创新之星——iCAN创业之星"等荣誉的优秀学子,已成为郑州大学本科生科技创新工作的一面旗帜。
团结协作,共创荣誉
基地的科研工作涉及电子信息、自动控制、机械工程、传感器与测试技术、计算机硬件及软件、人工智能等多个学科,因此,学科交叉、知识融合、技术集成是这里日常工作的一大特征。这一特征要求每位成员都要不断提高自身的综合素质,努力成长为一专多长的复合型人才。为了解决一个难题,需要来自各个专业的成员运用各自所学相互配合、共同钻研,在这种交流与碰撞中,成员们难免会遇到各种各样的问题。由于基地历来就有良好的沟通合作机制,同时注重成员的综合能力培养,所以成员之间相互信任、相互帮助,整个团队拧成一股绳,在困难面前能够充分发挥集体的智慧和力量,攻克一个又一个技术难关。
双足机器人实验室包括体操组、NAO机器人组、篮球组、交叉窄足组4个组别。2019年4月17日,实验室成员代表学校参加了RoboCup机器人世界杯中国赛足球机器人—标准平台组的比赛,这是郑州大学首次参加该项目的比赛。根据比赛规则,赛场上每个机器人队员的"大脑"都需要与身体各个关节、其他4个机器人队员以及裁判机器人之间时刻保持通信畅通,否则就会被红牌罚下。针对这个问题,2016级的王政乔和成员们用一个月的时间开发了一个适用于NAO机器人的多线程通信技术,为赛场上机器人之间的信息畅通提供了稳定保障。之后,实验室成员优化了NAO机器人的视觉识别系统,有效提升了机器人的识别能力。最终,郑州大学获得了季军的好成绩,在此项比赛中实现了零的突破。
竞技机器人实验室设计的"神象"擂台机器人,在比赛中可以利用机身上的传感器采集并记录周围环境的状态,实现自主调节和控制,迅速而精准地攻击对方机器人。在设计实验时,经常出现机器人无法在规定距离内检测到对方机器人的问题。这时,成员们就需要从机械设计、传感器状态、通信系统、编程算法等方面来检测并查找出问题所在,过程繁琐,工作量巨大,但成员们分工协作、耐心排查,及时发现并解决了问题。最终,"神象"系列机器人在2017年、2018年连续两年斩获中国机器人大赛一等奖。
传承创新,人才辈出
已经走过11年历程的智能机器人创新训练基地,在持续不断的技术传承和经验积累中发展壮大,如今已经成为培养青年科技人才的摇篮。
一批又一批莘莘学子"站在巨人的肩膀上"开拓创新、奋勇前行,取得了一个又一个耀眼的成绩:"第十四届中国大学生年度人物",第12届中国青少年科技创新奖、2020年宝钢优秀学生特等奖获得者王凯甬、2018年度"宝钢教育奖"优秀学生特等奖获得者曹朝阳、2017年度"宝钢教育奖"优秀学生特等奖获得者赵健壮、第一届"河南省最美大学生"闫畅、郑州市易酷航空科技有限公司总经理段向南……这些优秀的郑大学子都曾在智能机器人创新基地进行过学习、科研和实践,他们所参加的每一次比赛、捧回的每一座奖杯,都是基地人才培养质量的有力证明。
基地的5个实验室每年面向大一学生招新,为实验室增添新生力量。换届时,学长学姐会将已经完成的程序、往年的比赛视频等资料交接给学弟学妹,并将编程技巧、参赛要点、团队协作等经验传授给他们。
服务机器人实验室建于2013年,由2013级学生组成的第一批团队完成基础建设工作, 2015级学生组成的第二批团队在此基础上开发出了手语识别和语音交互等机器人应用程序, 2016级学生组成的第三批团队将该应用程序从Windows操作系统移植到了Ubuntu系统中,不仅实现了自主导航功能,而且还为机器人加入了人脸识别、物体识别等新的应用程序。在参加2018中国机器人大赛家庭服务机器人非限定项目时,15位评委中的13位都给郑州大学服务机器人打出了最高分,郑州大学代表队以压倒性的优势获得了该项目的冠军;在2019亚太机器人世界杯天津国际邀请赛中,郑州大学服务机器人更是战胜了来自日本的上届冠军队,成为了新一届的冠军。
严肃活泼,苦中作乐
每个实验室都对成员进行了分组,如机械组、控制组、视觉组等组别,这些组别之间既有分工又有合作,建立了畅通高效的协同机制。在各个实验室、各个组别之间频繁的互动互助中,整个基地形成了一种既紧张又有序、既严肃又活泼的良好氛围。
在双足机器人实验室,成员们每周都会抽出时间进行一次集体学习,共同探讨关于机械设计和控制通信的科研难题。2017级的陆淼想要参加2018年iCAN国际创新创业大赛,但是始终无法攻克汽车防落水装置项目的控制系统编程难题。得知此事,擅长编程的王政乔给她提供了帮助。陆淼说:"学长帮我解决了项目中最关键的难题,整个实验室都是如此,不管谁遇到困难,其他成员都会及时给予帮助。"最终,陆淼的汽车防落水装置项目获得了2018年第十二届iCAN国际创新创业大赛中国总决赛三等奖。
5个实验室既相互独立,又保持着密切的交流。双足实验室和仿真实验室都有篮球机器人项目,不同的是,双足实验室是制作实物篮球机器人,仿真实验室是在电脑上模拟仿真机器人篮球赛。两个实验室的成员时常就姿态控制和通信机制等方面的技术细节进行探讨。当某个实验室暂时缺少材料和工具的时候,就会向其他实验室借用杜邦线、线圈、螺丝刀等工具。各个实验室既有明确分工,又是一个不可分割的整体。
未来,智能机器人创新基地的成员们将继续秉承"求是 担当"的校训精神,在机器人研制与开发的道路上凝心聚力,锐意创新,用郑大"智造"为学校一流大学建设增光添彩、为建设世界科技强国贡献青春智慧和力量!
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本文部分素材来源:郑州大学党委宣传部、科技部、郑州大学校团委、天聚机器人、郑州大学学生工作网、