【2022 iCAN “中电港芯查查杯”中国芯应用创新挑战赛（2022IAIC高校赛道）】正火热报名中~又到了两周一次的学习时间！快来看看师兄师姐们的优秀作品增长知识吧~

 优秀项目来袭

1. 北斗GNSS全球精密新时空微系统与普式智慧应用

  项目基本信息：

  学校：山东大学

  队长：宋雨恒

  队员：赵晨昕、刘淑娟、林佳成、王学林

  老师：邢建平

  项目摘要：

  山东大学空间信息技术实验室历经五年，累计科研投入1000余万元，在5名博士、32名硕士的共同努力下，研发出国内首款五星八频导航定位模块——“新时空芯片微系统”，团队突破多项关键技术，提出北斗GNSS/INS/DR敏捷精准微系统技术，采用创新的组合导航算法，使得产品水平单点定位精度(RMS) <1.2m，DGPS定位精度(RMS) < 0.5m，RTK定位精度(RMS) < 0.01m，实现稳定亚米级定位和实时动态（RTK）毫米级定位，与市面上主流产品相比定位精度提升64%，应用成本减少65%。产品以其小模块、大作用、低成本的特点备受市场青睐，其定位精度、定位效率已达到全国领先水平，是国内首款五百元级RTK高精度定位模组，实现价格与性能双平衡。产品以自动驾驶、精准农业和场站管理等对高精度位置有较大需求的行业作为目标市场，以导航定位终端设备厂商作为目标用户，作为该领域的后端装备。

  项目关键词：

  北斗、厘米级、五星八频、高精度定位模块

  技术原理功能：

  产品针对GNSS/INS/DR敏捷精准测控微系统主要研究低成本高精度四系统单频GNSS/INS/DR模块设计，高低频分流算法确保动态数据的高采样率、无延迟差分定位，单频RTD、RTK高效率解算问题，研究GNSS/INS/DR紧组合算法，研究组合导航算法中的运动学约束方案。针对目前测绘领域高精度板卡成本较高、功耗较大、体积较大且实时动态性较差，现有车载导航定位精度较低不能满足车道级定位、智能控制及精细化管理的需求，本项目提出了使用GNSS作为时间同步的双GNSS芯片拼接、兼容INS和载体运动信息等多传感器数据融合的北斗GNSS/INS/DR敏捷精准测控微系统架构，并设计出对应微处理单元。

  市场：

  将北斗产业链中的前端企业作为目标用户，面向自动驾驶、AGV、精准农业、场站管理等行业。根据《广证恒生2019年高端装备股权中期策略之：自动驾驶渐行渐近》数据显示，我国2018年无人车需求为3.38万台，在未来十年内增长迅速，2021年将达到27.68万台，2025年更会突破100万台，届时无人车定位市场空间将超过66亿元。同样，我国目前AGV本体企业已超120家，市场规模已超过100亿元，未来发展势头迅猛。

  (芯片模块)

  (空地协同)

  (智慧农业应用)

  (智能建筑)

2.智驱未来——智能三电平防爆变频器

  项目基本信息：

  学校：河南师范大学

  队长：王涵

  队员：李哲、薄业华、李丹阳 

  老师：徐世周、王科

  项目摘要：

  防爆变频器是矿用驱动设备——提升机的动力源，是矿山核心设备。本产品以“结构设计模块化，电气控制离散化，人机界面综合化”为核心，将集电机、变频器系统、上位机系统合于一体，采用先进的超对称无感结构设计、低损耗控制算法、动态热平衡预测控制等先进技术，并具备智能化运行能力，可成为现阶段国家推进智慧矿山建设时可选矿山驱动设备之一。

  项目关键词：

  低损耗；热平衡；防爆变频

  技术原理功能：

  该产品控制器采用“DSP+FPGA+CPLD”作为主控芯片，能够实现电机的四象限驱动、重载零速悬停、故障保护及容错控制等核心功能；采用“IGBT动态损耗控制算法+模型预测控制算法”在线计算功率器件损耗，实时控制系统内温度，实现系统自身智能化能量控制；采用“超对称镜像互消”的超低杂散电感设计方法，降低电感至100nH以内；该系统驱动电机时能够节能减排，实验室测得相较传统驱动方式至少节能21.26%。

  二极管箝位型三电平功率变换器（逆变器侧）

  控制效果

  应用前景：

  国家在《能源技术革命创新行动计划（2016—2030年）》中指出：到2050年，“全面建成安全绿色、高效智能矿山技术体系，实现煤炭安全绿色、高效智能生产”。双三电平变频调速系统实现了高性能、四象限运行、单位功率因数、低谐波、高可靠性的控制，改变了矿用电力传动系统谐波重、无功消耗大的形象，可以改变国内一些传统提升系统的调速方式，现在已经在黑龙江、内蒙古获得应用，为实现煤矿智能化建设奠定了应用基础。

3.华睿空仿

  项目基本信息：

  学校：江苏科技大学

  队长：刘建

  队员：陈思思、谢雨珊、唐畅唱、宋泽曦 

  老师：朱琎

  项目摘要：

  航空模拟器是机组人员培养的必须设备，是用于在地面上模拟飞行过程中遇到的各类运行环境从而开展训练。而对于全动民航客舱模拟器来说，集成设计能力和模拟机的源代码是项目的牛鼻子，如果不能自主掌握，便是简单的组装。华睿空仿项目团队主营核心服务客舱乘务模拟训练数智化技术解决方案，团队通过独立自主研发创新的数智化控制平台、分布式沉浸感视景处理技术以及多传感数据信息融合技术等核心方法，实现了视景系统的高集成、低时延、可扩展式的分布架构、运动系统与视景系统一体化构建、高精准强延续的无人值守智能考评系统等，弥补了国内客舱乘务一体式模拟器市场的空白，技术方案现已得到中国航天总工艺师任斐技术鉴定；国家杰青、全球2%顶尖科学家沈红斌等科学家推荐，现已应用于西安维德、南方航空等多家航司及模拟器生产企业。

  项目关键词：

  航空模拟器、分布式视景、乘务智能评估、数据包

  技术原理功能：

  本公司主营核心产品客舱乘务模拟训练数智化装备，可为客户提供动态和静态两种解决方案。动态装备可模拟飞机滑跑起飞、巡航、降落、俯仰、侧滚及飞机迫降各种状态，是培训乘务员在飞机处于紧急状态下，帮助旅客正确使用机载紧急设备，并按规定的紧急撤离程序，正确熟练地紧急开启飞机各类舱门及应急出口，引导旅客训练从客舱撤离等职业技能的动态地面训练设备；静态装备可用于培训乘务人员在飞机处于紧急状态时/进行紧急水上迫降时，帮助旅客正确使用机载紧急设备，并按规定的紧急撤离程序，正确熟练地紧急开启飞机各类舱门及应急出口，引导旅客利用滑梯/救生筏等撤离设备迅速安全的撤离的静态专业训练设备。装备重点攻关当前国内航空公司仿真训练中存在的用于飞行模拟位置控制的六自由度平台核心控制方法自主化空白，且目前匹配响应时间还处于秒级，顿挫感明显；仿真装备传统视景系统实时性差、真实感缺乏、可扩展性受限；现有飞行数据包受制于国外技术壁垒缺乏真实数据；训练考评非智能化系统仍旧依靠传统人工等痛点问题，公司团队基于业界近20年飞行器航空真实数据库积累，通过独立自主研发创新的数智化控制平台、分布式沉浸感视景处理技术以及多传感数据信息融合技术等核心方法实现了视景系统的高集成、低时延、可扩展式的分布架构、运动系统与视景系统一体化构建、高精准强延续的无人值守智能考评系统等。公司还可根据客户需求提供出口模拟器、灭火模拟器、机务模拟器、地勤训练器、维修训练器以及水上训练场等不同场景的专业仿真训练装备。

  项目市场：

  我司根据产品功能特性及其使用场景将目标市场定位于国内外航空公司、乘务飞行模拟训练基地及学术研讨会等。经前期调研发现公司产品市场机遇广阔，市场需求和容量巨大且竞争情况乐观，有着良好的市场发展前景。

  具体市场分析如下：

  1. 市场机遇：我国自2017年推出关于促进民航业发展的若干意见，意见指出要大力培育民用与通用航空航空市场，促进产业转型升级。市场需求近年来也不断增长，这为我司乘务模拟设备市场带来巨大发展机遇。
     2. 市场容量测算：根据往年数据推算，截止2025年，我国民用航空以及乘务模拟学校所需乘务模拟训练设备将将达到280亿元，到2030年，航线运输类飞机数量将快速增长，将达到5200架，乘务模拟训练设备总市场容量将超过600亿，新增市场规模将超百亿。截止2025年，我国航空培训训练基地所需乘务模拟设备将突破158亿元，较2020年有较大幅度增长，未来十年，该市场需求量将突破千亿元。

  （客舱乘务模拟训练数智化装备）

  （团队合影）
 

4.“笼包万象”一一新型笼式快递内包装生产装置

  项目基本信息：

  学校：湘潭大学

  队长：上官文馨

  队员：陈正阳、韩子健、侯宇超、凌璟岚

  老师：罗晓雪、吴亚联

  项目简介：

  本团队响应国家对快递行业包装节能减排的号召，聚焦快递内填充物，针对塑料包装回收难易造成白色污染及纸质包装过度易浪费两个包装难题，设计新型笼式包装加工机器。笼式内包装设计灵感来源于中国古代传统纸质蜂窝灯笼，仿照其制作流程，设计生产装置实现送纸、裁切、涂胶工序，纸张加工后进行堆叠。使用时根据物品大小进行手工裁切形成贴身笼式内包装。本作品创新性地提出了笼式包装设计，达到优良缓冲减震效果和包装减量化目标。同时设计并制作笼式包装加工装置，该装置裁切、涂胶组件实现技术设计创新。裁切组件由紧固机构和裁切机构共同组成，双刃刀片实现往复裁切功能。涂胶组件利用凸轮控制，可实现对相邻纸张等距交错涂胶。除包装设计和生产装置外同时配套高效的包装回收机制和可循环产业链设计。本作品预计可实现将现有单件快递包装成本降低10%，同时降低包装废弃物产生量和碳排放量，契合国家节能减排和可持续发展理念，具有广阔应用前景。

  （笼式包装生产生产效果图）

  （工作原理及循环经济下快递包装利用体系）
 

  项目创新点：

  1. 笼式包装设计实现全纸化包装，避免过度包装实现减量化减少白色污染。
2. 笼式结构具备优良的缓冲减震效果，有限元分析结果可知笼式结构稳定性优异，不易变形、开裂。笼式包装的重复单元结构遭受外力碰撞造成局部损坏后，仍具备良好的缓冲作用。
3. 创新加工生产装置，原创性设计裁切和涂胶模块。裁切模块由紧固、裁切机构共同组成，实现固定、裁切功能。涂胶组件利用凸轮、蠕动泵、喷嘴结合电控模块，实现相邻纸张等距交错涂胶，已申请两项国家发明专利，专利号CN202110513839.5和CN202110513838.0。
4. 设计构建纸质包装资源循环利用产业链：设计合理高效的原料—产品—回收利用的循环经济绿色环保产业链。结合积分制、环保宣传多措施提高包装回收复用率。

  市场前景：

  1. 产品实用性

       笼式包装结构经有限元分析、跌落测试，证实具有良好的缓冲减震能力，能够应用于快递包装领域。在实际运营测试中笼式包装得到快递从业者认可，“笼包万物”笼式包装生产装置在部分快递点达成合作进行试运营时效果优异，收获广泛好评。

  2. 市场应用价值

         笼式包装生产装置已完成一次迭代，核心技术已申请两项国家发明专利。二代样机运转正常，故障率低，能够满足设计需求生产笼式包装，具备市场应用的条件和前景。

  “笼包万物”预计可实现将现有单件快递包装成本降低10%，同时降低包装废弃物产生量和碳排放量，契合国家节能减排和可持续发展理念，具有良好的市场应用价值。
       “笼包万物”可在快递网点安装，包装时按需要即时生产，也可定点大量生产后按需配送使用。快件送达后包装材料可在驿站直接回收或设置的回收箱进行回收。配套设计包括积分制、邮费减免等多项激励措施提升包装回收率。回收包装加工处理可生产原材料再生纸实现资源循环利用，形成快递包装绿色循环产业链。

5. X-spider全地形智能交互平台

  项目基本信息：

  学校：浙江大学

  队长：王雨桐 

  队员：王振阳、刘益铭、刘梦霖、滕佳琪 

  老师：张克俊

  项目背景：

  有着坚实的政策基础：

  在《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中，政府对智能机器人领域给予高度重视与更多资源。在服务型机器人领域，十四五规划在“加快生活性服务服务品质化发展”中指出，要以提升便利度和改善服务体验为导向，推动生活性服务业向高品质和多样化升级，推动数字化智能化改造和跨界融合。杭州市人民政府《杭州市建设国家新一代人工智能创新发展试验区若干政策》中指出将支持人工智能应用场景建设、人工智能企业发展与产品的在地应用。本项目有着较好的政策、市场、资金支持。

  面向日益严峻的社会问题：

  我国老龄化问题日益严峻。数据显示，截至2019年末，我国60岁及以上老年人口达2.54亿，预计“十四五”期间将超过3亿。2020年末全国共有各类提供住宿的社会服务机构4.1万个，其中养老机构3.8万个，儿童服务机构735个。2019年中国65岁以上人口数占比为12.6%，呈逐年提升趋势，第一代独生子女父母也已步入老年。

  有广阔的市场应用前景：

  2020年末全国有各类提供住宿的社会服务机构4.1万个，其中养老机构3.8万个，儿童服务机构735个，此类社会服务机构面对转型升级，对服务型智能机器人有着较大的市场需求。国内市场消费能力提高及十四五规划推动消费朝着智能化发展的内容也支持着人工智能陪护机器人在未来广阔的市场前景。
服务机器人技术发展未来可期：当前服务机器人技术正在向智能机器和智能系统的方向发展，其发展趋势主要为：结构的模块化和可重构化；控制技术的开放化、PC化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化；多传感器融合技术的实用化；工作环境设计的优化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能化等方面。

  设计方案：

  X-spider是一款拥有多种传感技术、能实现户内外自主移动机器人，主要针对如何解决独居群体陪伴等社会问题做出设计，总的来说，我们的产品的主要具有运动技能、视觉识别、声音交互方面的技术亮点。以下介绍可变形的机器人——轮足式机器人。本产品结合两种典型的移动机器人轮式机器人移动迅速、灵活、在简单平整环境之中运动效率高等构型优势及腿足式机器人采用模仿生物运动的方式进行移动，在复杂的环境之中有着较好的移动性能的构型优势，使用轮足式的方式进行移动，并且智能地根据当前运动环境自主选择移动方式，高效节能。全新设计的由大扭矩舵机驱动的变形结构使得机器人切换运动模式时流程迅速精准。

  CPG（Central Pattern Gennerators,中枢神经发生器）是一种在无脊椎动物和脊椎动物中存在的神经回路，可以在不接受戒律输入的情况下产生神经活动的节律模式。CPG模型在用于控制时具有稳定的节奏模式、适合分布式实施及降低控制问题维数的优势。本产品使用了基于CPG模型产生六足机器人的步态，可提高运动的流畅性、稳定性和灵活性，使得六足机器人拥有更接近生物运动的形式。智能检测情绪：通过摄像头捕捉客户的表情，训练机器学习模型，从而使得机器人能够准确理解用户实时心情，及时做出反应。针对不同的用户，可以建立个性化的心情理解方法，快速适应服务环境，给予客户最精准、最人性化的陪伴。后期还可以实现多人的情绪检测任务，实现集体活动中的陪伴功能。

  守护用户的安全：

  通过机器视觉的方式，检测处于机器人视野之中的用户，在跌倒发生时，进行自动报警，守护用户安全。

  全时的陪伴：

  针对用户在环境之中的移动，检测用户的移动，给予机器人控制指令，完成跟随任务，保持用户始终处于机器人视野之内，及时发现用户遭受的危险，给予用户全时的陪伴。

  个性化的娱乐定制：

  考虑到用户人群的娱乐需求，产品识别分析音乐，以此生成一段舞蹈，在音乐声中为用户伴舞，此外产品内置了扬声器及投影仪，可以在预定场合播放影音资料。

  语音助手——用户的得力助手：

  产品内置了科大讯飞的语音模块，可以识别用户的语音内容，并与用户对话，完成一些简单的语音交互任务。同时科大讯飞的语音模块还能让用户可以通过语音控制机器人的行为，帮助用户完成简单的任务。

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