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【兰州理工大学报】来这里,成就你的科创梦想——访全国唯一“ZigBee创新奖”风机塔筒清洗机器人团队

作者:学生记者 王宏泽  来源: 浏览次数: 发布时间:2016-10-12

 

 

    你见过像壁虎一样在墙上攀爬的智能车吗?你相信只需一个手机App就让高空的塔筒一尘不染吗?你能想象出同时清洗成百上千个风机塔筒的场面吗?现在,这已不再颠覆思维,由兰州理工大学3J科技创新协会吴爱梅老师指导,大三同学张涛、宋德江、徐向群研发的“基于ZigBee的风机塔筒清洗机器人”已成功解决了这些问题,并获得“2016 TI杯全国物联网竞赛决赛”一等奖以及唯一的“ZigBee创新奖”。

    张涛说,是3J科技创新协会这样一个平台成就了我的科创梦想,在这里有和我一样热爱科创的小伙伴,有给与我们悉心指导和帮助的老师们。我们知难而进,一路披荆斩棘,获得荣誉的同时,更重要的是收获了可贵的友谊与一颗感恩的心!

 

              全国唯一“ZigBee创新奖”

    2016年8月25日,由教育部高校计算机类专业教学指导委员会主办,全国物联网领域唯一的学科竞赛“2016 TI杯全国物联网竞赛决赛”在西安交通大学火热开赛。6个月的时间里,来自全国300所高校的1500支队伍经过激烈角逐,有66支队伍进入决赛,张涛团队的“基于ZigBee的风机塔筒清洗机器人”项目也在其中。

    张涛介绍,风力发电机在工作时齿轮组会出现漏油现象,油品附着在机筒表面,会吸附空气中的颗粒物破坏机筒表面的油漆腐蚀机身,并对环境造成污染,因此,风力发电机需要定期维护和清洗。他们研发的风机塔筒机器人正是为此而生。机器人在通电后,通过手机或其它网络设备开启wifi模块建立网络联系,然后爬到塔筒上面通过尼龙滚刷对机筒表面进行清洗,便捷环保。

    比赛当天,张涛和他的队友们不到七点就已起床,他们匆匆洗了一把脸,连早餐都没顾得上吃,就开始对仪器进行赛前的最后调试。这是三人第一次参加国家级比赛。队友徐向群说:“比赛的前夜,我们在睡前还一直在讨论,分析比赛的形势,如何应对突发状况等。一整夜我们都感到激动和兴奋,怎么都睡不着。”

    比赛前半段答辩时,风机塔筒清洗机器人凭借“独创的点面吸附法”、“ZigBee智能新模式”、“清洁环保的新能源理念”等诸多亮点让在场评委耳目一新,可是张涛没想到在给专家演示时会出现状况。因为风机塔筒清洗机器人主要爬到风力发电机塔筒进行清洗,可是比赛现场怎么可能提供风力发电机呢?没有风力发电机,他们的机器人就像鸟儿断了翅膀,和地上跑的智能车有什么区别呢?所以当时专家对机器人到底能不能爬壁很怀疑。

    张涛说:“那一刻我的心真是提到嗓子眼上了!”手忙脚乱中他突然看到了角落的一个铁箱子:机器人主要是针对垂直物体进行作业,箱子上也是垂直壁面啊!果然张涛操作机器人轻松爬上铁箱子后,专家评委对机器人的功能给予了极大的肯定。

    一路过关斩将,张涛和他的团队先后获得兰州理工大学物联网设计大赛一等奖、大学生物联网竞赛西北赛区特等奖,并最终在全国总决赛中,斩获全国一等奖及组委会颁发的唯一的“ZigBee创新奖”。

一截塔筒引发的创意

   “天下难事必做于易,天下大事必做于细”。张涛说,早在大一的时候,他就加入了学校的3J科创协会。偶然一次,他发现学校6号楼旁边那条马路挨着的空地里有一截一截的塔筒,看起来像火箭头,每次路过的时候他都会特别留意。后来,他知道这些塔筒是风力发电机的机身,他发现在机筒部位有齿轮组,齿轮组部位经常会发生漏油状况,即使好一点的风力发电机用上两三年后齿轮组的地方就开始漏油,油品附着在机筒表面对环境及风力发电机本身危害性很大。而传统的清洗方式是高空作业,人工清洗,危险系数很大,对作业人员素质要求很高。此时一个奇妙的想法就在张涛脑海里闪过:能不能用机器人代替人工进行高空作业?

    万事开头难。张涛在开始行动的时候就遇到了困难:风机塔筒机器人在高空垂直作业时,为保证和壁面之间稳定接触,要采用吸附方式运动。一般吸附方式有真空吸附和磁吸附两种,真空吸附由于稳定系差,被很多大型企业排除;磁吸附主要有电磁吸附和泳磁吸附两种,电磁吸附就是通过通电的方式产生磁性,电磁体吸附由于稳定系差,功耗大,而且不好控制,断电就会突然掉下来,在实际操作中比较危险;泳磁体吸附方式最常用的是轮船,轮船构造是由很多条形磁体通过面面接触把钢铁表面吸附在一起,通过自身动力克服阻力进行前进,伴随着阻力和功耗增大,在高空作业中显然是不合适的。

   找不到合适的吸附方式就意味着设计方案缺乏可行性,风机塔筒清洗机器人的的设计陷入了死胡同。张涛不甘心就这样放弃,一有时间就跑到工程训练中心设计方案,反复测试,排除,再测试,为了节省时间他甚至将铺盖卷带到了工程训练中心,天知道他在里面做了多少个通宵,他记不清有多少次揉着惺忪的睡眼去签到。

    功夫不负有心人。一次,张涛看到了协会的会长带回来一盒铆钉,他立刻就有了想法:铆钉弧形的部分不就正好满足了吸附效果?使磁体离壁面非常近却又挨不到一起。这就是后来成为国内首创、申请了专利的点面吸附法。它用铆钉将泳磁磁体固定在履带表面,使泳磁体会和壁面之间形成一个弧面,减小了泳磁体和壁面距离,降低了机器人运动过程的阻力和功耗。

    接下来的整个暑假,张涛都呆在工程训练中心做风机塔筒清洗机器人的骨架,对材料进行加工,使用碳纤维管减轻重量,终于设计出风机塔筒清洗机器人的雏形。

志同道合的科创达人

    从一开始的单打独斗,到现在认识志同道合的科创人,张涛的心里满满都是幸福感。大二时他认识了“电控专家”付开磊,两人大有相见恨晚的感觉,后来又认识了宋德江,在他们的共同努力下实现了“基于ZigBee技术”的风机塔筒清洗机器人的智能化:应用ZigBee技术,实现对机器人大面积操作,同时可以以图片、视频的形式将塔筒表面数据信息实时反映到手机APP或其它网络设备上进行集中处理;来自材料学院的徐向群,和张涛一起对机身骨架进行了完善,并融入了清洁环保的新能源理念:机器人清洗过程是在封闭装置中进行的,可以对污水集中回收利用,处理,此外仪器还配有太阳能辅助发电装置,使用过程中可以利用太阳能发电,降低了能耗。

     现在,已经有很多企业老板向张涛抛出了橄榄枝,但都被他婉拒了。张涛希望能利用好在学校的宝贵时间,不断给自己充电,对机器人再做完善,如将原来的滚刷清洗改进成圆筒式刷子,亦或在性能方面更加多样化。

     对兰州理工大学3J科技创新协会来说,风机塔筒清洗机器人的产生不是一个特例。从2006年成立至今,这个协会就产生出“高楼玻璃幕墙清洗机器人”、“大蒜自动播种机”和“城市道路护栏清洗机器人”等优秀科创作品200余件,申请专利作品50余件,团队成员曾先后获得各类国际、国家、省级奖项400余人次,在2015年,3J科创协会被评为全国大学生“小平科技创新团队”。

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