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重庆大学3个学生斩获创新大赛全球金奖

发布时间:20-03-22

吴佳怡调试机器人。

刘永兵调试机器人。

刘永兵、王移红、吴佳怡(左一、左二、左三)在比赛现场。

  “站着不要动,保持镇定。”12月11日,2019Innovate FPGA创新大赛全球总决赛举行颁奖仪式,当得知团队拿到了大赛唯一金奖时,重庆大学微电子与通信工程学院研三学生刘永兵忍住激动,提醒小伙伴吴佳怡、王移红保持镇定。

  嫌捡球麻烦

  他想发明捡拾羽毛球机器人

  Innovate FPGA全球创新设计大赛是由Intel、Analog Devices、ISSI等业界龙头企业联合举办的FPGA应用研究领域全球性顶级大赛,至今已经连续举办15年。今年大赛的全球总决赛与19th FPT国际学术会议合办,后者被公认为是亚太地区在可编程技术和可重构器件与计算机系统的顶级国际会议。

  本次比赛,全球共有来自四个赛区的846支队伍报名参赛,设置金奖1个、银奖1个、铜奖1个、铁奖3个。去年重庆大学参赛团队曾在Innovate FPGA全球创新大赛中获得大中华区一等奖、全球三等奖的好成绩。

  大赛经预赛、分区决赛等层层选拔出12支队伍进入全球总决赛。在重庆大学微电子与通信工程学院老师何伟和林英撑指导下,该院研三学生刘永兵、研二学生王移红、研一学生吴佳怡三人,结合SoC、FPGA、图像处理技术、数据融合技术及机电一体化技术制作的羽毛球智能捡球机器人,不仅快速捡球,还能使羽毛球的无损率保持在90%,从而获得评委一致好评,最终获得2019 Innovate FPGA创新大赛全球总冠军。

  然而,让人意想不到的是,这个获得总冠军的作品竟诞生于一个“小麻烦”。刘永兵是个羽毛球爱好者,在长时间的羽毛球训练中,他发现捡羽毛球是一件非常麻烦的事。2018年10月,他提出设计一个捡拾羽毛球的机器人。“我查资料、查专利,发现网球、乒乓球都有捡球机器人,就是羽毛球没有捡球机器人。羽毛球不能单纯靠抓,一顿乱抓就把羽毛球给损坏了。”于是,他和队友们就准备利用实验室的优势技术,再结合所学,设计一种能够自动捡拾羽毛球的机器人。

  想法敲定了,他们马上行动起来。在充分考虑了机器人的成本、体积、实用性、易用性和娱乐性,以及后续固件升级对功能的拓展等问题后,他们的“PickingRobot”2018年立项了。

  “最关键的时候,

  我两个月没出过校门”

  立项后,“机器人怎么知道羽毛球在哪里”成了他们要解决的首要问题。“我们用激光雷达和单目摄像头来充当机器人的‘眼睛’。”在刚开始的时候,因为速度太快,机器人根本找不到羽毛球,“就在那里乱摆,就是不捡球。后来才发现,原来是机器人的行驶速度快了,调慢一点,就不会乱摆了。”

  找到羽毛球,怎么把羽毛球捡起来?“如果用爪子抓,再轻都会损伤羽毛,羽毛损伤,就是废球了。而且如果捡拾的角度不对,也会损伤羽毛球。”在一次周会上,刘永兵把问题抛了出来。最后,指导老师林英撑出主意,“可以用风,把球头转过来。”

  “当激光雷达和摄像头‘看到’羽毛球,并对羽毛球定位后,机器人走到羽毛球旁边,捡球装置下降,风扇再把羽毛球吹顺,让球头对准机器人,捡球飞轮就可以把球投进去了。”吴佳怡说。

  虽说听队员描述起来,整个过程很顺畅,但在实际开发过程中却不是那么简单。在一年的开发过程中,三个队员一门心思都放在捡球机器人上。“项目最关键的时候,我甚至两个月没出过校门。”刘永兵说。“烧了不少东西,雷达、电机都烧坏过。”说起学生们的研发过程,何伟老师笑了起来。

  经过不断的试验、改进,捡球装置终于在第五套方案上验证成功,机械方案在第七个版本实现了全部的动作,定位程序在四个大版本上趋于稳定,硬件设计在第三个版本上能够稳定工作。今年5月,羽毛球捡球机器人正式问世。

  总决赛地毯太软

  机器人差点“沦陷”

  在平坦的硬质地面,机器人能够在0.2秒的时间锁定羽毛球,随机统计中,也能在一分钟捡20-30个羽毛球。今年11月,他们在2019Innovate FPGA创新大赛区域决赛中拿了一等奖。

  而正当大家兴致勃勃准备在2019Innovate FPGA创新大赛全球总决赛拿大奖时,现场环境给大家开了一个大玩笑。

  12月10日,他们来到天津参加在2019Innovate FPGA创新大赛全球总决赛。演讲环节一切正常,可到了展示环节,“我们傻眼了,地面是地毯,而且正式演示的地毯,比我们在演讲环节的地毯还要软,这样机器人的雷达、车轮、捡球飞轮就陷在了地毯厚厚的毛里。识别不准,有些球都不捡了。虽然现场调试了一个多小时,但最终的演示结果很不完美,我还听到一位外国评委用英语说了‘糟糕’,当时觉得获奖无望了。”

  “第二天,我们展示的时候,一位国内的博士来给我们说,我们的捡球机器人是最硬核的。我当时想,他应该是安慰我们的,后来说这话的人越来越多,我们又重燃了希望。”

  重庆晨报·上游新闻记者 罗薛梅 

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