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从小白到大佬学长和“扑火神兵”的成长大数据……

发布日期:2022-05-13 15:03   来源:未知   阅读:

  由我校计算机与信息学院讲师林耀海、副教授杨长才指导,学生郑政权、洪嘉伟、张志阳、王云坤组成的“六足扑火神兵”团队,凭借作品《基于物联网技术的六足消防机器人》在“华为杯”全国大学生物联网设计竞赛全国总决赛中斩获二等奖。

  “我们想将所学技能与消防安全相结合,为消防事业贡献一份力量。”团队队长、2019级机械设计制造及其自动化的郑政权如是说。因此,团队成员着手分析历年火灾情况记录。他们发现,化工厂等不便于进入的火灾现场往往存在着许多易燃有机高分子材料,燃烧时会释放出大量有毒气体,在消防行动救援中往往会造成重大的消防人员伤亡。“我们设计的初衷便是以机器替代人力,利用人工智能代替消防官兵进入危险场所。”团队队员、2018级电子信息工程专业的洪嘉伟坦言。

  有了初步想法后,团队便开始搜寻大量机器人的火灾场景实验影像资料,寻求突破点。在查找资料的过程中,团队成员意识到,由于当今市场上的消防机器人多是履带与车轮式,其存在着无法适应高温环境及察觉不到细碎障碍物等缺点,致使灭火功效不佳。“传统的履带式机器人无法在复杂的地形进行灵活作业,难以正常工作。”团队成员、2019级计算机科学与技术专业的王云坤说道。因此,他们急需找到一种新型机器人代替工作。郑政权深入调研,发现并收集了“六足机器人”相关视频:“相较于履带机器人,‘六足机器人’具有更高的灵活性和效率性,它能够缩短火灾的侦查时间,从而防止火势蔓延及失控。”因此,在指导老师的建议下,队员们尝试应用“六足机器人”,并将项目定位至“智慧消防”。

  为进一步实现“智慧消防”,该团队结合物联网技术与六足机器人优势打造出“六足扑火神兵”。“六足扑火神兵”以六足为底盘,不仅能以所安装的高清摄像头为载体实现实时图像采集,还能利用五路火焰传感器及超声波测距进行信息反馈。“我们会运用前端控制模块对现场信息进行识别并发出控制指令,然后使用气泵消防装置来达到灭火的目的。”洪嘉伟补充道。此外,六足消防机器人可以有效适应地形复杂、条件危险的工作环境,最大效度地代替消防员开展灭火救援作业,有效助力“智慧消防”。

  科研之路向来不是一帆风顺的,从发现问题到解决问题,团队不断进行方案的整改与完善。据洪嘉伟介绍,在华东赛区的入围赛准备初期,由于团队队员们缺乏实操经验,在进行算法编程的过程中,他们常常陷入寻求不到最优解的瓶颈。“挫折让大家几近崩溃,但我们会通过相互鼓励来缓解压力。”郑政权回忆道。

  在入围赛前的最后阶段,准备时间已然迫在眉睫,但团队却遭受疫情的打击,队员们不得不在家与坚持留校的负责机器人硬件测试、代码调优的洪嘉伟进行远程协作。云办公产生了沟通上易陷入误区、工作效率低等问题,无疑让经验不足的他们雪上加霜。在此期间,团队便不断寻求改进方法,优化项目。从资料查找、项目设计到作品调试,团队成员都默契地打好配合战,突破技术层面的盲区,超前完成项目实战。郑政权感慨道:“众人拾柴火焰高,通过高效的协作和沟通才能激发出合作精神。”

  入围华东赛区的总决赛后,团队利用实验室的设备工具搭建场景迷宫,并模拟复杂的火场地形,反复进行机器人的灭火效果测试。“其中最为困难的是硬件代码结果的设想常常与实际不符。”团队队员,2019级电子信息工程专业的张志阳如是说。在模拟火灾的过程中,由于温度传感器易受外界因素影响,机器人感受环境温度的效果并不佳。为达到预想结果,团队队员们向指导老师们寻求帮助,不断整改编程算法问题。在林耀海、杨长才的带领下,团队队员们发挥各自所长,不断进行功能调试,完善作品,最终取得华东赛区一等奖,成功晋级国赛。

  进入国赛后,队员们没有因此而松懈,而是夜以继日地对项目进行分析完善。郑政权透露道:“为更精准地定位火焰的位置,我们给机器人添加了立体视觉和温度采集模块。”此外,据郑政权所述,团队成员经常会调试设备,并不断优化代码及调整参数等,以确保项目的整体功能得以实现。通过团队的不懈努力,项目日臻完善,完成了由雏形项目到系统化项目的转变。

  据了解,为响应国家发布的消防信息化政策号召,团队结合物联网技术对传统消防机器人进行创新。林耀海表示:“六足消防机器人的意义除了在于灭火,更能勘测火灾环境,进一步实现‘智能消防’。”

  由于火灾现场环境是动态变化的,传统消防机器人不能够在地形复杂的场景自由穿梭。“为解决这一传统弊端,我们决定采用声纳测距与UWB厘米级定位的组合导航技术。”张志阳如是说。经过多次讨论,团队选定以声纳测距躲避障碍为主,超声波测距为辅的设计理念。团队成员先是运用立体视觉和声纳测距实时采集周围环境空间信息,再上传至云端处理环境信息,进而指挥机器人执行指令,使机器人得得到较佳路径、规避障碍。“这种方法可以有效实现无死角避障。”王云坤解释道。

  除此之外,为了提高机器人的工作效率,团队在原有基础上增添了OneNet云平台。六足消防机器人安装OneNet后可进行传感器数据传输,场外消防人员便可实时监控火场环境数据,并且依据情况发布指令给每个机器人,为智能硬件提供完善的物联网解决方案。“机器人接收指令后,便能集群协同作战,实现有效灭火。”洪嘉伟补充道。

  现今,比赛虽已画下句号,但这远不是项目的终点。据郑政权所述,团队所在的“AI与移动机器人”实验室将继续该项目的研究,为实现六足消防机器人替代传统履带式和轮式机器人、促进“传统消防”向“智慧消防”的转变而努力。“和有意思的人干有意义的事,通过这个模型可以做出真正辅助消防员工作的工具,对于我们青年学生而言,这是实现自身价值的最佳机会。”郑政权满怀期待道。