科创 | 交大密西根学院2020冬季设计展如约而至 “无人化”智能科技聚焦后疫情时代

Design Expo

12月9日，上海交通大学密西根学院2020冬季设计展在龙宾楼隆重开幕。作为学院的大型品牌教学活动，本次设计展共展出36个项目，涵盖了《工程导论》、《系统设计与实现》等秋季学期大一到大四的多项实验性课程项目。设计展首次加入的线上直播互动安排让学院教师变身线上“主播”，全方位展示密院学子的科创成果。

密院教师变身线上“主播”，带大家逛设计展

2020年，新冠疫情席卷全球，疫情之下，人际接触大幅减少的现实催动了“无人化”设备产业的快速发展。将目光聚集在“无人化”智能科技的密院学子现场展示了充满创意点子的工程设计项目，成为设计展的最大看点。

解决物流的“最后一公里”

电子商务时代催生了一个体量巨大的快递行业。仅在2019年,中国快递公司就处理了630亿件包裹，人均快递量达到45包以上。无人机送货，是解决大量快递运送的办法。借助无人机把小包裹送到顾客手中，可以节省人力，提高效率。大四毕设《自动快递运送无人机基站》小组设计了一个可以安装在物流卡车上的轻便、廉价的无人机运输系统。无人机可在基站起飞和降落，运输包裹，而物流卡车可以一直在路上行驶，不需中途停靠。用户只需要在他们设计的安卓程序上点击一下开启任务，无人机便可以自动从基站上起飞降落，快速执行运输任务。

基于超宽带通信的室内定位技术

在停车场里找不到车是很多人碰到的问题。如何才能摆脱“拍照找车”的困境？大四毕设《基于超宽带通信的室内定位技术》小组通过车载UWB超宽带通信技术，与实时环境联动，实现汽车的室内定位。系统通过装载在汽车和布置在实际环境内的UWB超宽带传感器获取数据，再将数据传输至计算机上的ROS系统中。计算机通过三点定位算法进行测绘，即可将系统获取的距离信息，通过实时演算转化为位置信息，实现室内定位。同时，通过对室内地图数据的选取，地图信息也可进行更新。该室内定位系统基于UWB超宽带通信建立，能够有效弥补GPS室内信号丢失的不足；另外，它还兼具高精确度、高稳定性、较长寿命、较小体积的优点。

5G网联无人机

随着无人机技术的不断发展，无人机在人们的生活中得到了越来越广泛的应用。在电影拍摄、农业灌溉、快递等多个领域，都可以发现无人机的身影。然而，目前的无人机仍然存在两个主要的缺点。首先，市面上的无人机都是由遥控器发出的点对点射频信号控制。由于遥控器信号的有效传输距离通常都在5千米以内，用户无法在远处操纵无人机，更无法摆脱遥控器使用手机独立操作无人机。其次，由于无人机由遥控器直接控制，用户很难对无人机的行为进行监管。为了解决这两个问题，大四毕设《5G网联无人机》小组基于移动网络设计了一套通信系统，并在大疆M600 Pro无人机上进行了实际验证。通过这套系统，用户能够绕过大疆遥控器，直接使用手机通过移动网络远距离操控无人机，在手机操作的同时，也能实现对于无人机的监管。

塔吊远程控制原型机

随着建筑行业的发展，塔吊的需求不断增加。与此同时，在全球范围内，人为操作失误也成为了塔吊安全事故中不可忽略的诱因。无人化的遥控塔吊是解决这个问题的关键所在。在实现无人的过程之中，如何控制塔吊吊钩的稳定性是一个关键问题。由拓疆者赞助的《塔吊远程控制原型机》大四毕设小组开发出控制吊钩晃动的方案。该方案通过模拟实物设计，可以在20秒内将摆幅降低到3°左右，为塔吊的远程控制和自动稳定提供了一种新思路。

智能“无人化”科技不仅体现在产业界，更在人们的生活中不断呈现，悄然改变了人们的生活方式。密院的设计展项目也通过鼓励同学们从日常生活中发现问题，不断激发他们的创新思维，利用所学的工程学和相关学科知识，为这些问题找到了解决方案。

自动“浇花神器”

花草不仅让家充满生机与活力，也让生活增添几分雅致。但是，爱花容易养花难，最简单的浇水也可能成为问题。碰上出差出远门的时候，浇花便成为令人头痛的难题。《自动浇灌小车》大一工导项目组想出了一个好办法：设计一个可以自动浇水的小车，使植物的灌溉工作更加便捷。小组成员设计在小车前端放置三个红外线传感器，可以识别地面上标定的轨迹，并以此为信息，指导小车在合适的地方浇水、前进或停止。为了改善小车的性能，使它可以适应不同的工作环境，项目组使用了一个舵机来根据植物的高度相应地调节出水口的角度。通过小车两侧的红外传感器，小车可以根据主轨迹两侧标记短线的位置得知相应的植物的高度。

灭火小斗士

近年来，随着经济的发展，工业发达地区也受到越来越多工厂火灾的困扰。很多工厂周围具有复杂的地形结构，火灾一旦发生就很难被扑灭，最终导致难以估量的人员伤亡和财产损失。据统计，2019年全球发生的工厂火灾的数量达到了2926起，年增长率为5.8%。针对这一社会问题，《灭火小车》工导项目组设计了一款自动灭火小车。小车采用了循迹系统、监测系统、灭火系统和报警系统的设计，循迹系统利用两个红外传感器，确保小车可以很好地应对工厂路况复杂的问题，沿着白色背景中的黑色路线行驶。监测系统由两个火焰传感器组成，可以监测波长范围在700到1100纳米的火焰。灭火系统中，灭火器上的把手和舵机由一根杆子相连。连接杆运用杠杆原理来增大舵机的力量，确保舵机可以施加足够的力度于把手，进而打开灭火器喷口。一旦喷口开启，灭火器就会喷出灭火物质来扑灭火焰。同时，报警系统中的蜂鸣器会发出声响来警告工人。

会捡乒乓球的机器人

乒乓球作为一项世界性运动已经流行多时，因其简单性、趣味性和竞技性而深受人们的喜爱。然而，对于训练中的职业球员或享受比赛的业余爱好者来说，捡球是一件费时费力的事。《自动拾取乒乓球机器人》工导项目组的同学们于是开发了一款由Pixy2摄像头模块、Arduino Mega开发板、滚动刷、储存仓、马达与红外传感器组成的捡球机器人。其中摄像头模块通过像素色块识别预先了解乒乓球的大小和颜色。Pixy2模块会自动识别乒乓球。当机器人的视野中没有球时，它会自己绕圈旋转来找球。机器人会向着乒乓球前进并把它收集起来。它也能识别自己的“家”，自己回“家”并将球倒出给用户继续打球。同时，红外传感器负责避障。这款机器人功能强大，还可以推广到网球、高尔夫球等运动中，完美解决费力捡球的问题，让每个人都能充分享受运动的乐趣。

设计展现场

自2010年交大密西根学院启动一年两次的设计展以来，学生们的创意项目获得了越来越多国内外企业的关注和支持。此次设计展也吸引了来自通用汽车、威睿信息科技、华域视觉科技、拓疆者、飞力勋铖电气科技、鹏亚智能机械制造等国内外企业的参与。企业代表纷纷表示，将在未来毕业设计、科研合作、就业及实习、奖学金设置以及职业发展指导方面与学院开展进一步合作。设计展通过课程导入、院企交流等多种有效手段，为同学们提供了工程实践和激发创意思维的宝贵机会，为学院探索人才培养和企业合作提供了多元途径和综合展示的大平台。

交大密西根学院2020冬季设计展获奖名单

毕业设计项目组

金奖：

《遥控塔吊模型及其自动稳定系统》

组员：官凯文，黎立齐，刘镇东，吴宇豪，周逸华

银奖：

《自动导引车辆传感器融合系统》

组员：夏彬禹，钱心宇，葛劲天，王佳祺，吴佳豪

《5G网联无人机》

组员：陈彦君，蒯逸风，张亦弛，时翔宇，魏烨

《低压电器开关健康状态自动化监测预警系统》

组员：童新雨，唐逸扬，李雯，皇甫锦，钟晓雪

《工程导论》项目组

最佳展示奖：

《灭火小车》

组员：党天睿，黄今，明宛萱，周祉妤，李与时

最佳技术奖：

《UWB自行车跟随载物平台》

组员：牛瑞骐，李逸凡，王彦茗，俞维馨，朱懿涵

最佳创新奖：

《小型快递分拣机》

组员：陈语林，陈宇翔，何瑞颖，江天怡，于傲田

交大密西根学院宣传办公室

往期回顾

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