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挑战杯省赛特等奖团队风采展(一)|栖于梦想,抓握未来:一只飞鸟带来的仿生无人机树栖之旅

发布人:   发布时间:2025-12-11  浏览次数:


当一只飞鸟轻盈地落在枝头,收起翅膀开始休憩时,我们看到了自然界最寻常却又最富启发的一幕:“为何无人机不能像鸟一样,在需要时寻一处枝头驻足,从而实现长时间作业?”正是这个源于自然的朴素疑问,点燃了一个科创梦想,带领他们踏上了一段从构想到国赛的非凡旅程。‌

故事的开始,总是源于一个不平凡的想法。在导师胡世军的指导下,团队负责人李国馨开始研究课题《动态环境下机器人的路径规划》。她从鸟类的飞行行为获取灵感,正是这次向鸟类学习的观察行为,将她的思绪引到了另一个探索之中——无人机常常因电量告急而匆匆返航,能否让它像鸟一样栖息,将悬停作业转变为树栖作业呢?这个大胆的想法,成为了团队最初的星星之火。

这团火迅速吸引了志同道合的伙伴。王兵雷是醉心于于机械结构的“小小发明家”,有过机器臂设计经验的他,对仿生机械爪的设计跃跃欲试;李静静则是团队中的“无人机达人”,她对无人机设计最为熟悉,从整体飞行器的角度思考着如何让树栖行为更稳定;魏俊安是团队里的“算法工程师”,精通电控与算法,能够将团队天马行空的构想通过代码实现精准控制。就这样,四个怀揣着共同梦想的青年开始了他们的逐梦之旅。他们共同的愿景很清晰:让无人机突破续航的枷锁,实现长时间的树栖作业。


从想法到实物,是一条布满荆棘的道路。在作品设计阶段,团队真正体会到了“理想很丰满,现实很骨感”。仿生鸟爪机械结构,是项目最大的难点之一。为了设计出具备自适应能力和欠驱动的爪形结构,团队成员们泡在实验室里,反复观察鹰隼、鹦鹉等鸟类的抓握动作,画了上百张草图,用3D打印机进行了无数次尝试。失败是家常便饭,但每一次结构的优化、每一次抓取成功率的提升,都让他们离目标更近一步。

鸟爪的设计离不开无人机的整体支撑。团队成员还需要重新考量无人机的气动布局、飞控系统和重心分布,确保加装鸟爪后依然能稳定飞行。同时,还要为鸟爪设计一个坚固而轻量化的搭载平台,在“功能”与“重量”之间寻找最佳平衡点。

让冰冷的机械结构“活”过来的,是团队设计的控制系统。如何准确控制两个爪部电机和两个腿部舵机;如何获取飞控系统的姿态数据;如何让无人机实现竖直树栖和俯冲树栖两种着陆模式;如何准确储存抓握能量......成员们埋首于代码的海洋,编写了复杂的平衡算法和控制程序,让无人机拥有了感知和决策的“大脑”。除此之外,团队还在负责人的带领下,共同协调进度。在大家遇到瓶颈时,指导老师胡世军和张鹏程给了他们很大的支持。在老师们的统筹帮助下,团队不断将的技术成果转化为清晰的专利文书和商业计划书。那些挑灯夜战的日子,实验室里不绝于耳的讨论声、键盘敲击声和电机嗡鸣声,共同谱成了他们青春里最奋斗的乐章。


  带着凝聚了无数心血的初代样机,团队站上了省赛的舞台。激动与紧张并存,但更多的是自信。因为他们深知,这个项目不仅技术新颖,也直击行业的实际痛点。
  项目成员王兵雷说,“答辩现场,我们向评委老师阐述了项目价值与团队愿景,生动介绍了项目机械设计的巧思和技术实现的路径,将评审转化为展示项目深度的机会。当得知获得省赛特等奖的那一刻,所有的汗水与付出都化为了激动的泪水与欢呼。省赛的洗礼,不仅是对我们项目的肯定,更是对我们团队协作能力、创新精神和抗压能力的一次全面淬炼。带着荣誉,也带着评委们的宝贵意见,我们更加坚定了前行的方向。”


目前,团队通过仿生猛禽类大型飞鸟的腿部骨骼、关节和爪型,采用绳驱动式方案,融合平行四边形连杆机构、齿轮机构、棘爪机构,设计了由2个动力装置驱动14个自由度的欠驱式机械鸟腿。该机械鸟腿通过巧妙的机械结构再现了鸟类栖息所独有的屈肌机制和腱锁机制,同时具有储存能量、释放能量和吸收能量的功能。在控制方面采用STM32F103C8T6芯片作为主控芯片,最终的仿生设计成功复现了鸟类腿部的栖息机制,再配合融入进飞控的平衡算法,使得该机器人具备树栖和抓取的能力。

谈及未来研究方向,他们说想进一步优化无人机的树栖能力,使其能适应栏杆、电线、风速等更复杂的环境;融合视觉技术以识别栖木直径大小,达到自主树栖能力;融合路径规划以根据实时环境自主做出决策,达到全自主飞行能力;集成太阳能充电模块,实现“栖息即充电”的愿景。


一滴水只有融入大海才能永不干涸,一个想法只有经过团队的打磨才能创造奇迹。从一个小小的灵感,到一件完整的作品,再到一个充满希望的未来,这是他们的科创故事,他们笑称自己是“胡氏军团”。他们因梦想而相聚,因坚持而成长。如今,他们整装待发,相信只要心向蓝天,脚踏实地,他们的无人机终将如飞鸟一般,栖于梦想之上!(图/文:刘沂蒙,初审:姬浩浩,终审:王文霞)


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