英才计划助我坚定执着与热爱

上海市民办平和学校 盛嘉容

学员简介：盛嘉容，2021级英才计划物理学科学员，就读于上海市民办平和学校，师从上海交通大学季向东教授和李晟副教授，完成课题“多关节负压吸附式仿尺蠖空间爬壁机器人”。

感受“理工科的浪漫”

英才计划对我而言是一个极佳的学习物理知识并将其运用于实践的平台。英才计划导师李晟老师会非常耐心地为我讲解选题思路，并且时不时与我讨论设计机械结构时的种种方案，大到机器人的控制算法，小到具体落实到哪种零部件，都会逐一为我答疑解惑。

在参加英才计划培养的过程中，物理学科逐渐从书本上的知识变为实实在在的“机器人”，“力矩”“真空度”不再是一个个冰冷的知识点，在阅读诸多文献的过程，也让我感受到了“理工科的浪漫”。

多关节爬壁机器人

我的课题是关于构建一个多关节的爬壁机器人，它能够灵活地在多个墙面之间跨越，并且轻便易携，在建筑、搜救等领域都能发挥重要的作用。机器人的“脊柱”部分由5个总线舵机构成，具备5个自由度。一般的由3个关节构成的爬墙机器人或单个吸盘的机器人只能完成在单个墙面上的攀爬，而无法完成三维空间内的转化。因此，我设计了一款具备5个自由度，能在0～270°墙面间灵活攀爬的爬墙机器人，大大增加了它的运动范围。与此同时，考虑到类似的爬墙机器人具有重量大、不便于携带、运动速度比较缓慢的缺点，我在舵机的选型上也格外小心，最后设计出了一款重约400克且运动速度有所提升的爬墙机器人。

撞了南墙也不回头

当机器人能完成自主运动后，我希望它能够自主地进行判断，不需要额外的人为干涉。于是，我自主设计了一套机器人的控制程序，并在机器人的头和尾部分别安装了激光测距模块，在气路中添加了负压传感器。通过二者的配合，机器人在执行完一项运动后，会监测吸盘装置内是否达到负压值，若达到，则继续下一次运动，若仍处于正常大气压状态，则会通过吸盘上2个激光测距传感器分别测量数据，得出机器人吸盘与墙面的相对位置，再进行微调。

在反复的调试后，机器人终于从一次一次“撞墙”中实现了成功攀爬，并且能够自主判断墙面情况，进而调整步态，实现了自动化攀爬，增加了它的应用效率。

在构建机器人的过程中存在各种困难，比如舵机选型时没有满足理想指标的型号，在许多设计图纸中的挣扎与抉择，反复调试程序时的枯燥……但是，在机器人成功完成一个周期的攀爬后，那种喜悦之感是无法言说的。