不用弯腰捡球了！3个爱打羽毛球的学生发明捡球机器人获全球大奖

18日，记者从重庆大学获悉，2019Innovate FPGA创新大赛全球总决赛在天津落下帷幕，由重庆大学微电子与通信工程学院的何伟老师、林英撑老师指导的学生团队——刘永兵、王移红、吴佳怡三人研发的PickingRobot（羽毛球智能捡球机器人），一举拿下唯一的金奖，获得全球总决赛冠军。

据了解，本次比赛分大中华地区、美洲区、中东欧区、亚太区四个区域，全球共有846支队伍参赛。设置金奖1个，银奖1个，铜奖1个，铁奖3个。

Innovate FPGA全球创新设计大赛是由Intel、Analog Devices、 ISSI、 DigiKey等业界龙头企业联合举办的FPGA应用研究领域全球性顶级大赛，已连续举办15年。今年大赛的全球总决赛与19th FPT国际学术会议合办，后者被公认为是亚太地区在可编程技术和可重构器件与计算机系统的顶级国际会议。

▲刘永兵、王移红、吴佳怡三人研发的PickingRobot获全球冠军

立项

3个爱打羽毛球的小伙伴开干了

重庆大学团队作品为羽毛球智能捡球机器人。

刘永兵是重庆大学微电子与通信工程学院研三学生，同时也是个羽毛球爱好者，在长时间的羽毛球训练中，他发现捡羽毛球是一件非常麻烦的事，于是萌生一个想法：能不能利用实验室的优势技术再结合自身所学，设计一种能够自动捡拾羽毛球的机器人呢？

有了想法后，刘永兵找来同样爱打羽毛球的同班同学王移红、吴佳怡。一系列问题待解决，如何以优雅而又不失效率的方式捡球？羽毛球捡球机器人要做成什么样？人型机器人还是车型机器人？“既然市场上没有可以参考的同类机器人，那为什么不按照自己的喜好来定义这款捡拾机器人呢？”于是，刘永兵和小伙伴们在充分考虑了机器人的成本、体积、实用性、易用性和娱乐性，以及后续固件升级对功能的拓展等问题后，在2018年“PickingRobot”立项了。

▲PickingRobot表演捡球技艺

惊险

实验室响起爆炸声

从项目立项，到成功研制出可以稳定工作的羽毛球智能捡球机器人，团队突破了一个又一个难题。“在研制中，一个比较大的问题就是市场上没有捡羽毛球机器人。这样的话，我们得想办法自行做一个捡球装置。这是一个跨学科工作，再加上我们经费有限，所有的机械部件只能由我们自己设计、自己加工。”刘永兵介绍，仅仅是捡球装置的设计就用了大家长达4个月的时间。

不过，最惊心动魄的事件，莫过于实验室的爆炸声。

“当时吓得腿软！现在都还后怕。”参与这项实验以来，刘永兵印象最深刻的是有次电路参数设置不正确导致电容爆炸。“当时，我们在调试第一个版本的驱动板，我闻到细微的烧焦味，想要凑近电路板细看，这时一个电容突然炸了，声音还挺大的。我那时吓得不轻，实验室其他同学也跑过来问我什么声音、有没有事之类的。”经过那一次之后，团队更加注重做实验的规范性了，这也给他们在后面的项目中提供了经验。

专注

两个月未出校门

在一年的开发过程中，三个队员一门心思都放在捡球机器人上。刘永兵说，早上9点进实验室，晚上11点出实验室，一周连续7天无休，“在项目最关键的时候，我甚至两个月没出过校门，简直都快忘了季节时令了。"

去年，刘永兵确定将该项研究作为自己的毕业设计。如果做不出来，意味着就毕不了业。即便经历多次困难、疑惑，但在指导老师以及小伙伴们帮助下，咬紧牙关，愈挫愈勇。终于，捡球装置在第五套方案验证成功，机械方案在第七个版本实现了全部动作，定位程序在四个大版本上趋于稳定，硬件设计在第三个版本上能够稳定工作。羽毛球捡球机器人问世的一刻，整个实验室欢呼雀跃。

刘永兵解释，羽毛球智能捡球机器人以机械结构为机器人的动作执行单元，以激光雷达和摄像头为机器人的感知单元。在工作时，首先通过单线激光雷达获取羽毛球的距离和角度信息，之后摄像头采集图像送入SoC的ARM端，在嵌入式Linux系统中将羽毛球的距离信息和角度信息映射到图像中，并在图像中产生一个候选区域，后续的羽毛球识别只在候选区域进行。当识别到羽毛球后，程序就会按照“最短路径优先”的方式规划一条捡球路径，之后程序对各个机械动作部件进行闭环控制，达到捡羽毛球的目的。

自从有了羽毛球智能捡球机器人，小伙伴们再次约打羽毛球时，总会带上它一起，他们也不用再弯腰捡球了。捡球的活儿都交给了新研发出来的小伙伴。

优化

过关斩将获全球总冠军

今年11月，三个队员来到武汉参加大中华区域决赛。途中，羽毛球智能捡球机器人首次展示时却出现了意外。“毕竟是自己亲手设计的，它的小脾气我还是治得了的。”刘永兵说，他们马上调整了捡球参数及演示场地，让羽毛球智能捡球机器人的最美姿态完美地呈现了出来，赢得了众人的掌声，拿下了一等奖。

从武汉归来，团队并没有放松，因为一个月后，他们要跟来自世界各地的高手同台竞技。“我们要让机器人的布线变得更加整齐、功能更加完备、动作更加流畅。在短短的一个月时间里，我们按照评委和指导老师的建议又优化了机器人。”

日前，2019InnovateFPGA创新大赛全球总决赛在天津落幕。刘永兵回忆，比赛中，演讲环节一切正常，可到了展示环节，由于场地的原因，队员们临时对作品的机械结构和程序参数进行了调节。“虽然演示没有到达平时调试时的水平，但我们的努力和PickingRobot的表现评委们都看在眼里。”在最终的颁奖典礼上，重大队和其他两支队伍被留在颁奖台，随着铜奖和银奖的揭晓，重大团队最终获得了全球总冠军！“当主持人正式宣布我们获得了2019 InnovateFPGA创新大赛全球总冠军的时候，我们都激动得哭了。”刘永兵说。

实用

PickingRobot今后还能发球

“作品结合SoC、FPGA、图像处理技术、数据融合技术及机电一体化技术，对激光雷达捕获到羽毛球的距离信息和摄像头捕获到的羽毛球灰度信息进行处理，并根据结果对各个机械部件进行闭环控制，实现羽毛球无损伤捡拾。”项目指导老师林英撑介绍，在全球总决赛上，该作品因立题新颖、设计巧妙、功能完备、实用性强，受到了评委们一致好评，最终从众多作品中脱颖而出，获得2019 Innovate FPGA创新大赛全球总冠军。

“第一步，我们完成了从无到有。接下来还将继续优化参数，比如捡球速度、避障等方面。此外，第二阶段，我们的PickingRobot还能实现发球。不过，这需要师弟师妹们继续研发了。”刘永兵即将研三毕业，但PickingRobot项目不会停下来，团队会不断吸纳新的成员，继续将该项目做下去。

今后，PickingRobot还有望推广到各大羽毛球场馆。爱羽毛球运动的小伙伴可以一直挥舞，再也不用为弯腰捡球操心了。

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上游新闻·重庆晚报慢新闻记者 周小平 受访者图