沙漠机器人探秘
21.03.2016 11:46
本文来源: 宁夏新闻网
3月18日，宁夏大学的研究人员正在调整沙漠机器人的太阳能电池板。记者 王鼎 摄
3月10日，宁夏日报刊发的《我区研发出国内首个沙漠机器人》一文，引起社会广泛关注。沙漠机器人由哪些部件组成？它如何执行命令？能检测多少类数据？带着这些疑问，3月18日，记者探访了沙漠机器人的“诞生地”——宁夏大学物理电气信息学院，为读者揭开沙漠机器人的神秘面纱。
从接收指令到执行任务只需两秒
“其实，沙漠机器人相关工作过程很简单，只需发送命令、接受命令、采集数据、传送数据四步。”宁夏大学物理电气信息学院教授杨泽林介绍道。
“机器人工作的第一步，是接收由控制中心发出的命令。”在杨泽林带领下，记者来到位于物理电气信息学院4楼的控制中心。一台计算机，一根天线，一台信号收发器，一台服务器，这些看似简单的装备构成了机器人控制中心。
打开控制系统，寻找机器人测试指令，单击“握手”。9时36分18秒，物理电气信息学院副教授秦飞舟向位于楼下草坪上的机器人下达了命令。
命令刚一发出，信号收发器便发出了“嘟”的声音。“这说明机器人收到了测试指令，控制中心已和它成功‘握手’。现在一切准备就绪，可以开始工作了。”秦飞舟说。
随即，秦飞舟在计算机上点击“采集”。两秒后，机器人发回了采集到的第一条数据——气压：880毫帕。
“机器人的反应简直神速！”记者惊叹道。
“其实在短短的两秒内，控制中心和机器人便完成了诸多动作，即计算机发出命令，天线和信号收发器向机器人传输信号，机器人接收命令并开始工作。”秦飞舟告诉记者，当机器人完成任务后，会通过其携带的天线向控制中心发回采集数据，并保存在服务器中。
工作两小时即可采集上千组数据
9时36分24秒，工作了仅6秒后，机器人发回了第一组采集数据——局部气压：881毫帕，风力：1米/秒，温度：12.4摄氏度，风向：正北偏180度。
“它可采集局部气压、风向、风力、温度、沙粒运动等8类数据，按每6秒采集一组数据计算，其每小时可采集600组数据，比人工采集效率提高上百倍。”秦飞舟笑着说。
“假设机器人在中卫执行任务，我们能在距离机器人200多公里外的银川控制它吗？”记者问。
“完全可以，只要有互联网的地方，控制中心都能控制机器人。当机器人在沙漠里远距离作业时，就需在作业地点25公里范围内设置一座发射塔，由发射塔接收控制中心发来的信号，对机器人进行操控。”秦飞舟回答。
机器人是如何行走的？它通过什么方式采集数据？
“风速传感器、温湿度传感器、GPS天线、电子陀螺仪……机器人身上共有20多个‘器官’，由这些器官负责相关数据的采集工作。为确保数据准确，每个传感器的材质、性能及精准度都经过了严格筛选。研发过程中，我们曾发现沙尘参量传感器存在精度低、误差大等缺点，为此，我们对其进行了多次校正，直到将误差控制在最小范围内。”杨泽林介绍。
为保障机器人有足够的能量，杨泽林和团队为机器人安装了两块太阳能电池板。“如果机器人的电量低于20%，它会自动停止作业，并打开电池板补充能量。考虑到太阳能电池板功率偏低，我们又给机器人安装了风力发电机，这样，即使遇到极度恶劣的天气，机器人照样能工作。“杨泽林说。
太阳能电池板就像机器人的两个翅膀，记者轻触了一下电池板，机器人立即自动收起了电池板。
“一旦遇到外界干扰，机器人会自动收起‘翅膀’，开启自我保护模式。”看到记者惊讶的表情，杨泽林解释道。
杨泽林(左)和团队成员分析沙漠机器人采集的数据。
智能系统让机器人“耳聪目明”
“具备定位、导航、避障等功能的机器人才称得上人类的好助手。”在控制中心，秦飞舟输入“向前5米”的命令，机器人开始移动。“机器人不仅能前后行走，还能转弯……咦？屏幕显示机器人停止工作了，说明前面有障碍物。”透过窗户，记者看到，楼下的机器人被一棵小树挡住了去路。随后，秦飞舟输入“向后1米，右前转30度”的指令。后退、转身，机器人用一个完美的避让动作，成功避开了小树。
“如果机器人遇到了障碍，其超声雷达会向机器人发出停止作业的命令。此外，机器人的身下还安装了一个沙埋传感器，一旦被沙子埋住，机器人会自动朝后退1米。因此在沙漠中，我们不必在机器人身上安装摄像头，仅凭控制中心收到的数据，就能判断它在行走过程中是否遇到了麻烦。”杨泽林说。
首次在腾格里沙漠25公里腹地实现5公里见方的沙漠信息传感网络；机器人的元器件可承受零下25摄氏度至零上80摄氏度的极限生存环境；具有沙埋深度探测器、电源供电控制系统……从研发到收官，沙漠机器人的诞生结下了累累硕果——机器人具备续航1小时、爬坡20度、运动速度100米/小时等能力，各研发单位累计申请专利23项，发表期刊论文43篇，培养硕士12名、博士7名。
采访临近结束，杨泽林用这样一段话总结了沙漠机器人的研发价值：“沙漠腹地昼夜温差大、太阳辐射强、风沙大，沙漠机器人在代替人类作业的基础上，成功避免了极端天气的影响，对我们研究荒漠化、沙尘暴的起因及有效预防沙尘暴具有重要的现实意义。”(记者 姜璐)
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21.03.2016 11:46
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