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两项世界冠军!智胜机器人世界杯!

“我们是世界冠军!”

在得知获得2022年机器人世界杯(RoboCup)救援机器人的两项世界冠军之后,国防科技大学智能科学学院NuBot机器人团队成员发出了这样的呐喊。这是学校在该赛事上取得的最好成绩,也实现了我国在这些项目上的突破。


NuBot救援机器人

RoboCup (Robot World Cup)机器人世界杯是全球范围内级别最高、规模最大、影响最广泛的机器人赛事。

受新冠疫情影响,今年的RoboCup救援机器人比赛采用线上+线下的参赛模式,分为操控性(MAN Maneuvering)项目、运动性(MOB Mobility)项目、机械臂灵巧操作(DEX Dexterity)项目、探索与建图(EXP Exploration and Mapping)项目、搜索与探测(SAI Search and Inspect)项目等5个大项共28个小项。

机械臂灵巧操作DEX项目比赛场景

探索与建图EXP项目比赛场景

国防科技大学NuBot参加了机械臂灵巧操作DEX、搜索与探测SAI、探索与建图EXP三个项目,成功斩获探索与建图EXP、搜索与探测SAI两项世界冠军以及机械臂灵巧操作DEX项目亚军,成为了本届赛事冠军数量并列第一、冠亚军数量第一的队伍。

比赛结果

让我们一起来看看NuBot的夺冠之路。

5月份赛题发布,团队开始进入紧张的备赛阶段。

搭建比赛场地、改进救援机器人机械结构、设计新型机械臂、优化算法、练习操作……NuBot团队积极备战,队员们始终记得卢惠民教授的话:“做研究、做工程就要扑下身子解决实际问题,不要眼高手低。”

他们从理论推导、仿真验证,到实物调试、现场测试,一步一个脚印,为比赛打下坚实基础,而且他们不怕苦、不怕脏、不怕累,在机械工、电工、程序员以及木匠和钳工等角色间来回切换,从系统各个方面提升机器人的性能。

机器人实现1.5m远端提重5.11kg及2.4m高台探测

机械臂视觉引导精细化操作

团结协作是成功的基石,重点攻关是胜利的保障。

机器人底盘的设计者——博士生陈柏良每年都会对机器人的底盘进行优化,使目前该自重仅45kg的底盘能实现载重65kg的情况下攀爬45度斜坡,并与硕士生潘海南一起开发基于强化学习的摆臂自主规划算法,让机器人能够自主翻越楼梯、梅花桩等复杂障碍。

博士生程创在过去的一年里不断迭代设计多款机械臂,形成了一套自重低、臂展长、负载高的机械臂设计方法,实现了自重仅5kg的机械臂远端(1.5m处)提重5.11kg(小项第一),并与硕士生曾瑞涵一起开发了机械臂避奇异逆解遥操作算法以及机械臂末端稳定控制算法,为实现搜索与探测SAI项目冠军、机械臂灵巧操作DEX项目亚军提供了关键支撑。

搜索与探测SAI项目比赛场景

机器人通过窄桥

基于数字孪生的人机交互界面

博士生施成浩将其在顶级国际会议中发表的最新科研成果应用在此次比赛中,实现了机器人在不平稳地形下的快速高精度建图,13分钟就建立了大型试验场地的全局地图,是NuBot能够蝉联探索与建图EXP项目冠军的重要保障。

博士生邓文邦、朱腾达则负责机器人的通信系统和能源系统,保证了机器人稳定高效运转,同时邓文邦作为此次比赛的队长,还负责比赛的组织与直播解说,现场用流利的英文同组委会专家进行交流。

2021级学员王能、龚舜杰等担任此次比赛的操作手,他们利用课余时间全身心投入操作训练,并不断在训练中优化人机交互系统、感知系统布局,使机器人的操作性能有了显著提升,实现了超视距下快速插孔、垒木桩等精细化操作。23min内成功搜寻并观测到46个亚毫米级目标物,获得了遥遥领先的184分,打破了赛事纪录。

建图效果

大范围场景快速高精度建图(半开放环境)

大范围场景快速高精度建图(室内环境)

在蛰伏的两年时间里,NuBot的队员们从未减缓进步的脚步,期间研制3套新型履带式自适应越障底盘,5套机载机械臂系统,3套具有导航功能的感知建图模块。他们反复尝试实验多种机械结构与新型材料,结合机器人领域最新的研究成果在建图导航、越障搜救、机械臂控制上寻求突破,并设计出更高效更友好的人机交互系统。

建队以来,这个年轻的团队共研制7代特种机器人系统,从最初的测试原型机到现在趋近成熟、性能卓越的系统,历年的摸索,逐年的积累,代代的传承,贯穿始终的创新,形成了兼具系统思维与工程实践能力的创新训练模式,也正是这些努力与坚持、奋斗与拼搏,使得NuBot一步一个脚印地向世界强队靠拢。

赛前调试机器人

赛前维护机器人

团队主要成员合影

NuBot团队在此次比赛中取得两项冠军一项亚军的好成绩,标志该团队进入世界第一梯队,在特种机器人领域形成一定的局部优势,整体实力大大增强,进入了新的发展阶段。

“喜悦之后,认清形势,丢掉追赶者的身份,下一步的提升与创新将变得更加具有挑战。”NuBot团队导师、智能科学学院教授卢惠民说。