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【转载】陀螺仪与ROBOCON

2016-3-5 23:07| 发布者: 组委会| 查看: 907| 评论: 0|来自: 网络

陀螺仪与ROBOCON

说明:本文转载自网络,原始出处不可查,稍加编辑


    日本某公司(应该是住友精密工业公司)和宇宙航空研究开发机构共同开发了用于国产火箭的高精度MEMS陀螺仪。该陀螺仪是用于监测火箭及卫星等航空、航天器航行位置的重要设备,新型MEMS陀螺仪精度比原有陀螺仪提高了一个数量级,达到了0.1°∕h。 

传感器行业快速发展的今天,芬兰VTI作为全球领先的加速度传感器,陀螺仪生产商为传感器发展提供了良好的发展机遇,芬兰VTI公司成功研发并生 产了基于先进的3DMEMS技术的陀螺仪(角速率传感器)。基于VTI公司20年MEMS的成功经验,VTI的 MEMS陀螺仪产品,具有温度漂移小,性能稳定,性价比高以及抗冲击力强等特点。目前,陀螺仪已广泛应用于智能手机和数码相机等民用电子产品。在航空、航 天器上则至少需要安装一个陀螺仪,使用激光作为光源的光学式陀螺仪是现行的主流设备。但光学陀螺仪存在结构复杂、技术要求高、耗电量大、成本高等缺陷,而 MEMS陀螺仪由于精度较低,不满足航空、航天器的需要。

日本对该公司精度最高的MEMS陀螺仪进行了改良,将温度特性校正方式由模拟改为数字以提高校正精度,并改善了传感头的材料和结构。通过改进,陀螺 仪的组成部件减少了一半,同时减轻了重量。之前在H2A火箭上搭载的光学式陀螺仪由玻璃和激光器件构成,新型MEMS陀螺仪在精度不变的情况下,价格是光 学式陀螺仪的百分之一(约为几十万日元)。


陀螺仪与ROBOCON:

    出声原因,还从robocon全国大学生机器人大赛(Robocon)”是“亚太大学生机器人大赛”的国内选拔赛,该项赛事是亚洲广播联合会(ABU)在2002年发起的一个大学生机器人创意和制作比赛。比赛每年发布一个新规则,需要参赛者综合运用机械、电子、控制等技术手段完成规则设置的任务。)说起。
     06年的时候,西安交通大学在国内首先将陀螺仪安装到竞赛机器人上用于导航。陀螺仪说白了就是角度和角加速度的传感器。以前属于精密仪器,或者精密机电,随着微机电系统MEMS(Microelectromechanical Systems)技术的发展,这类技术属于机械的一个独立分支,甚至只能说制造业的一个分支了。
      长三乙火箭,就是这次执行嫦娥三号任务的火箭,首次发射时起飞数秒就水平飞出,撞上附近山坡,炸死了包括一名总师在内的多名火箭技术人员。现在查网上资料,多说是惯性导航系统的一个电子元件出了问题,我猜想,就是陀螺仪“飞了”。火箭立着,陀螺仪给的信号是斜的,结果就那样了。
(各位看官自行网上脑补)
      陀螺仪作为火箭,导弹,飞机上的重要传感器,用到小车上导航,确实是个创意。实现了一个华丽的转身,把西交团队从解散的边缘拽回。现场看视频,一般学校要至少15s才能走到的距离,他们只要不到3s。这什么概念?就好比百米飞人大战,冠军已经冲过了终点,另一方还没跑过20米。如此牛逼而抢眼的表演,使得他们如愿取得国内冠军。
     而开赛头几年的霸主,北科大却被这种新技术轰下神坛。回去总结,一个院士的徒孙,校长的学生激动地说,"我们就是要用小米加步枪的技术把对手踩在脚下……"
我心想“你滚!见鬼吧”。开发自己的脱落导航技术,就成了当年大多数人的愿望。
    可是新开发技术,总得有积累,西交在西安,西安有个国家重要的航空研发中心,他们的某些专业可能就是对着陀螺仪展开的,对我们来说,基础?当时找信息工程学院的教授副教授,居然也很少听说过这玩意的!……
     但别人已经在玩了,当年的规则犹如一马平川,特别适合陀螺仪导航的发挥。目标已经定了亚太冠军,难道被同一支队伍以相同的技术打败两年?
玩,这个技术坚决要玩。于是组织了几个保研的学生上马这个项目。
     于是查资料,看情报组从现场拍回来的对手照片。记得当时即便是中发电子城,也很少有卖这个的。居然有一家,有俩二手的,说想建立客户关系,600元一个,另一个象征性的收10块就卖了。买回去调试,专门搞这个的哥们最后去了香港科大,技术水平还是不错的。但在刚刚上手的那半年里,一直都是云里雾里。在这阶段,陀螺仪这玩意的神秘感被搞得深不可测。为了促进进度,当时就把一个保送清华的家伙也调过来帮忙。
    牛人就是牛人,那哥们上手后,跟大家分享的时候就简单两句:一个检查角度的,一个AD。经过折腾,终于在元旦后不久,第一辆陀螺导航的小车上场测试。当时的情形是,小车绕着直径6米的圆圈,以2m/s的速度,连续行走10圈。停下来后,误差在100mm以内!这在当时已经足够震惊全场,振奋全队了。
    但很快,我们就发现实用方面还有很大差距。首先是温漂,本来好好的,放着放着,就不准了。于是想办法从时间,空间,初始状态上想办法解决。然后是抗震,两车相撞的情况很常见。05年和鬼子决赛的时候,鬼子的车被撞了,兜几圈,有找回来了,投入了决胜分。跑飞无数次之后才知道,碰撞的时候,引起了“超量程”的问题。打个比方,如果让你闭着眼睛转90°,一般人估计都能转差不多;但如果有人突然推你一个趔趄,这时候问你刚刚转了多少角度?你可能只转了10°,但你肯定虾米了说5、60°。但如果换个玩花样滑冰的,同样推他一个趔趄,转了360°,人家心里明明白白。当然了,还有电磁干扰,精度等等的问题。如果不做,永远都是落后的,吹牛逼用“小米加步枪打败飞机加大炮”那是寄希望于对手是个怂蛋。
     那年还有个技术问题,就是机器人视觉,而且不能是红绿色盲的视觉。如果这个问题不解决,机器人就会在场上干出给对手得分的“投敌”事件;或者干出破坏自己既得分数的“友军火力误伤”事件。
这种技术以前也从来没玩过,看过一些牛人玩过,但跑到CCTV的霓虹灯下,立马虾米。那时候,玩DSP已经算比较牛逼的了,当时就想开发这项技术,但后来发现现场工况过于复杂。机器人的视觉需要强大的软件和算法,要不然机器人可能把背景当成目标。
     这些工作也是没有“基础”这个东西的,啥都得从零开始。时间关系,最后选择了一个这种的方案。远距离色盲式搜索,找到目标后用近视的颜色传感器判断。还甭说,这颜色传感器抗噪能力那时相当了得。为了看看这种传感器的抗噪能力,我们用红灯打到绿色的块儿上,人眼都已经觉得块儿是红的了,这传感器在100mm的距离上判断,绿色的!

      基础重要不重要,当然重要。技术落后的追赶基本不能立马见效,后面两年照样输的很惨客观上体现了一定问题。
技术落后的追赶也是艰苦的,故事太多,这里用一个简单的风月故事说明。一个哥们看上我们技术攻关组的某小姑娘。这姑娘给那个保送清华的技术大牛打下手,注意是打下手,更大压力在那大牛身上。有个哥们作为技术顾问前来支援,每天晚上3点钟,赶我回去睡觉……决赛输掉的那一瞬间,长期熬夜的那位姑娘终于支撑不住,晕倒在了央视的录制现场。那哥们这时候泪如雨注,搂着那位姑娘在北医三院的楼道里说了十多个小时的耳语才把她唤醒。
     忘掉所谓的基础差异,奋力追赶的进步也是明显的。开发新技术当年,能用;第二年,国内前四的水平;第三年,成为亚太地区能玩进18s的三家之一;第四年,一个5kg的小车,你用20的气缸通0.6Mpa的气压去冲击,我们照样能找回来;第五年,手刃当年最早的玩家。


             当然,细心的人会发现,我说的问题都在应用层面,不是基础领域。


       我写这篇不想反驳什么,只是想说明,所谓的基础,是需要有人敢去攻克的。没人去攻克,就始终被别人击倒,始终处于被动,基础就成了自我颓废的借口。而能够并勇于攻克这些困难的人,需要一定平台和环境去培养,比如萝卜坑这样的。在圈内,和圈内人聊天说几句,你就知道他是强队的,还是来混奖杯的,精神面貌上首先就有天壤之别。

     998大侠所说的,“当你具体指着一个典型东西的时候,说,就玩这东西,大家就立即散去了 ”。这种情况也存在,在圈内也可以举个例子。清华在06年的时候被天津工程师范学院打败,从此再也不玩了。按理说是不是大家就可以跑到五道口那边冲着人家嘲笑,我们就玩萝卜坑,你们不能跑哦。人家肯定回答你,洗洗睡吧,我们所有的经费,还不够你们买两个进口电机的。事实上很多情况就是这样。

     一个项目正常要等8年,花费10亿能搞成。米国可能投了30个亿,花费10年时间搞出来了。相同的在天朝,刚投了5个亿,花了5年时间,旁边看笑话的就在说风凉话了。