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平均岁数15岁!这群青少年打造了一台投篮机器人

发布于:2024-02-24 10:25:51  来源:智能制造  点击量:14次

  11月19日,为期8天的“首届徐家汇篮球嘉年华”在徐家汇商圈闭幕,现场进行了一场精彩的人机PK赛。

  投篮机器人作为参赛选手和真人选手同场PK,最后以2:1的成绩险胜。这台投篮机器人出炉的背后是一支平均岁数仅为15岁的FRC机器人竞赛队伍,他们有自己的番号“8814”,目前有25名成员,是全国首支也是唯一一支社区型队伍。

  “加油!加油!”迷你篮球场上,左边是机器人选手FORNAX-A,它抛出了一个精准的三分球,一旁,五位来自“8814” FRC队伍的小助手正在为它捡球、喂球。FORNAX-A的水准发挥得很稳定,连场十投九中。

  拿到奖状,走出赛场,来到附近的FRC ROBOT展台,那里还有一个码子更大的投篮种子选手J1118+480。它们分别曾参加过多场比赛,还上过央视、顶级科学家论坛,都是明星选手。

  此次人机PK赛中,负责捡球和喂球的是姜雯月、胡帷霄、叶皓轩、谷赟昊和岳辰泉,他们都是六年级和七年级学生。负责操控的是队长肖靖宇,他是2007年出生的高一学生,他和记者说,投篮机器人配备视觉摄像头,只要在篮筐外面贴一圈反光条,它就能捕捉到篮筐,算出自己距离反光条的位置,立即判断球要打多快才能打中目标。“这次在徐家汇嘉年华的比赛,机器人不用移动位置,属于定点投篮,但在真实的赛场上,它捡到球后在任意位置都要投射,根据算法算出距离和角度,调整飞轮的转速。而且它的头可以像云台一样转,从始至终保持紧盯着篮筐的状态。”

  机器人选手J1118+480的轮子采用的是“四轮八驱”,即每个轮子可以原地360°旋转,不管是直走还是横走,车身看不到大的移动,实现零转弯半径。

  “这种设计在工业领域里有很多应用,因为转弯灵活,这种轮子也被称为惰轮。我们在设计搭建机器人的过程中,提前10年接触到了工业领域的前沿知识,而非仅仅是拼搭一个乐高机器人。”肖靖宇表示,一台机器人的出炉过程也是收获无数知识的过程,不仅要掌握基本的物理、数学等理工科知识,还大幅度的提升了自己的领导力、社交能力。“我现在是高一,因为亲手实践过,在学校上类似的课就很轻松。刚创建队伍的时候,我还是一张白纸,2年里也带了许多队员,领导力也有了显著提升。”

  机器人的设计研发需要从零开始,期间面临很多技术难题。肖靖宇回忆说,比如最早队员们DIY让操作手操控来机器人,后来发现上赛场必须要实现机器人的智能化。大家就集中精力研究机器人的视觉识别系统,光是算法研究就用了好几个月。

  肖靖宇谈起第一台投篮机器人的来历,去年,队员们花了80多天时间,每周五放学,就赶往工作室,整个周末都在那里。“工作室有行军床,我们每天要干到深夜十一二点。第二台机器是今年6月中旬到7月底的时候,我们为备战中国季后赛设计制作的,当时学校放假,我们一周就回家一次,其余时间全部扑在工作室,每天忙到深更半夜。”

  肖靖宇所在的“8814”FRC队伍是由一群热爱机器人比赛的青少年组成,他们参加的是14至18岁赛段,全球水平最高、具有最具有观赏性和挑战性的全球青少年顶级机器人赛事FRC(FIRST RoboticsCompetition)。

  这支队伍成立于2年前,是国内唯一的社区型机器人队伍,目前共有25名队员,平均岁数为15岁,来自WLSA、耀华、光剑等14所上海学校。

  据了解,FRC是由美国非盈利性机构FRST主办,面向全球高中生的一项工业级机器人竞赛,迄今已举办了32届,共有9316支队伍注册参赛,遍及全球20多个国家和地区。FRC机器人竞赛每年的题目、规则、场地道具都不相同,参赛队伍每个赛季都会重新设计机器人以满足比赛要求。该竞赛体系的机器人所涉及技术主要面向三个方面一3D设计、电气控制程序和视觉及相关算法。参赛队伍常常要在开题后的8周内完成一整台机器人的方案设计、样机测试、详细3D设计、零件加工采购、机器人组装、程序设计测试及机器人操控训练。参赛队伍一定要通过区域赛获取通往世锦赛的门票,去角逐机器人世界冠军。

  2021年,第一次从妈妈的北京朋友那里听说了FRC后,当时还在读初二的肖靖宇决心和双胞胎弟弟肖靖龙创立队伍。两人找了五六名同学,在家长们的支持下,初创队伍。到今年3月份,队伍规模扩大到十二三名队员,之后进一步招新,扩容到了现在的25人。

  “我们有自己的公众号,媒体组负责公众号运营,在B站、视频号等都开设了视频账号。运营组则负责队伍日常管理、周边设计、队伍外联、比赛行程等。商业组负责商业计划书、路演、队伍推广活动等。我们还有专门的小组负责赛事信息、比赛及对手信息收集、数据处理等。”肖靖宇指着展台上的徽章、队服等周边,解释给记者听。

  今年7月份,8814队伍还做了一期FRC创客营,吸纳了一批新鲜血液。肖靖宇表示,FRC适合的是14岁到18岁的青少年,老队员毕业后会退出,这在某种程度上预示着需要招募更多预备队员。“哪怕我高中毕业了,队伍还能传承下去。”

  “别以为这是学生们组装的乐高机器人在扮家家。从某一种意义上说,我们这支FRC队伍更像是一个学生初创公司。”该队伍资深FRC导师郭老师和记者说,队员们不仅要出去拉赞助,帮助机器人有更多更先进的装备,更有完整的部门分工,25名成员在队长领导下,9个小组成员各施其职。比如,设计组要负责机器人设计等,搭建组负责零件加工、3D打印、机器人装配等,程电组要负责电气设计、传感器选型及应用、视觉算法、机器人程序设计、程序测试等。

  在肖靖宇看来,组一支队伍就像组一个公司一样,这两年的创业经历意义非凡,也让他学会了如何用人所长。“比赛本身是需要分工才能完成的,极其需要团队精神。队员们按照自己的兴趣爱好参加多个小组,比如九年级以下的预备队员则学习一套装配、机械理论基础课程,参与搭建、修理机器等简单的事。九年级以上队员则学习3D建模、程序编写等高阶课程,参与实战,为参赛做准备。”