我的项目竞赛科研经历

前言#

从大一入学时对智能装备的懵懂好奇，到如今能够独立完成从机械设计、嵌入式开发到算法研究的全流程项目，这段旅程充满了挑战与收获。在这篇文章中，我将系统梳理我的项目竞赛科研经历，分享在智能装备、嵌入式开发、机器人导航等领域的探索与成长。

---

一、个人概况#

成果概览#

• 竞赛获奖：挑战杯省级一等奖、全国大学生电子设计竞赛省级二等奖、工创赛省级一等奖
• 知识产权：发明专利1项（第二发明人）、实用新型专利1项（第一发明人）、学术论文1篇
• 技术栈：嵌入式开发、机器人导航、机械设计、知识管理

---

二、核心科研项目#

2.1 结构感知的自主探索算法研究#

项目时间：2025.02 – 至今
项目类型：ROS2 移动机器人算法科研

研究背景与挑战#

在结构化室内环境（如核电巡检、仓储物流）中，传统前沿点方法易因单一贪心选择导致重复访问与路径震荡，而精准规划评估又会带来过高计算开销。如何在决策质量与实时性之间取得平衡，成为本研究的核心难题。

我的解决方案：SUR-Nav 方法#

作为论文核心作者，我提出了 SUR-Nav 自主探索方法，构建融合结构感知、信息增益与导航风险的多目标效用模型：

核心创新点：

1. SUR 多目标效用模型

   • 结构感知项：基于欧氏距离变换识别拓扑关键位置
   • 信息增益项：累积可见未知区域熵值
   • 导航风险项：融合路径长度、拥挤度、转弯复杂度
   • 通过加权融合显式量化探索价值

2. Top-K 两阶段筛选策略

   • 粗筛：用低成本欧氏距离压缩候选集
   • 精筛：仅对少量候选点执行真实规划
   • 计算复杂度从 O(N×P) 降至 O(N+K×P)

3. 结构项退化与动态权重调整机制

   • 弱结构环境中结构项平滑退化至基线水平
   • 确保算法在不同环境下的稳定性

技术实现#

基于 ROS 2 (Humble) 与 Nav2 导航栈 构建系统，适配差速驱动机器人与 360° 激光雷达。

实验成果#

相比固定权重策略，完成时间缩短 26.6%，路径长度减少 29.3%，决策延迟降低 53.2%。

X 因素：洞察与技能迁移#

• 核心洞察：识别结构化室内环境中”拓扑关键位置引导”的关键作用，在不引入额外语义模块的前提下，通过几何线索实现关键位置识别
• 技能沉淀：熟练掌握 ROS 2 与 Nav2 导航栈开发、多目标优化算法设计、Gazebo 仿真验证、实验数据量化分析
• 科研能力：形成”问题定义-模型构建-工程实现-仿真验证-结果分析”的完整科研闭环

---

2.2 定位系统横向项目#

项目时间：2025.12 – 至今
项目类型：校企合作工程落地项目

项目背景#

解决企业现有定位系统架构混乱、节点通信不稳定、数据存储不便的问题，适配工业场景下的定位需求。

我的职责与贡献#

负责整体 ROS2 系统架构设计 与 节点模块化拆分：

1. 系统架构优化

   • 将系统拆分为定位采集、数据处理、存储交互 3 个核心节点
   • 使用 C++ 完成算法驱动代码的 ROS2 封装
   • 自定义 3 种通信消息格式

2. 数据存储架构

   • 搭建 SQLite 本地数据库
   • 设计本地数据存储与交互的数据库代码架构

3. 系统验证

   • 连续测试 72 小时，无通信中断、数据丢失问题

项目成果#

• 节点通信延迟降低 30%
• 数据存储效率提升 40%
• 获得合作企业技术负责人的认可，目前处于批量测试阶段

X 因素#

总结出”工业级 ROS2 系统模块化设计与联调方法”，可迁移至海洋装备嵌入式控制系统、智能装备工业落地项目中。

---

三、学科竞赛经历#

3.1 挑战杯：智能直流闪光对焊装备#

竞赛级别：国家级（省级一等奖）
项目时间：2024.09 – 2026.01
角色：核心成员（本科二年级）

项目背景#

系泊链作为海洋工程核心安全组件，闪光对焊工序存在能耗高、质量不稳定、国内设备技术落后等问题，高端市场被国际巨头垄断。

我的核心贡献#

作为团队核心成员，我承担了知识管理、技术支持、专利研发三项关键任务：

① 知识管理体系搭建

基于 Obsidian 搭建系泊链专用知识管理与问答仓库：

• 设计 4 大类标签体系（焊接工艺、电液伺服、控制算法、专利文献）
• 建立双向链接网络实现知识点关联
• 整理归档 30+ 篇中英文文献 及 15+ 项专利
• 实现知识点秒级检索，支撑团队高效协作

② 技术支持与成果转化

• 研读系泊链焊接、电液伺服系统文献专利
• 将专业术语转化为通俗表达：
  • “节能 20% = 年省数万度电”
  • “控制精度 0.01mm = 发丝级定位”
• 主导路演 PPT 技术板块设计，突出”智能控制算法-工业落地验证-知识产权组合”成果链

③ 专利研发

作为第二发明人，参与发明专利《一种泵阀并联电液伺服系统及其控制方法》技术梳理与申报支持。

项目成果#

• 路演 PPT 助力项目成功申报第十九届挑战杯校级选拔赛
• 项目形成”4 项发明专利 + 1 项 PCT 专利 + 1 项实用新型专利 + 2 项软著”知识产权组合
• 核心技术在江苏亚星锚链应用 1 年以上，成功生产 210R5 级高强度系泊链

X 因素#

通过 Obsidian 知识管理实践，提炼出”科研知识结构化存储 + 双向链接关联 + 快速检索复用”的方法论，形成”知识管理-技术调研-成果转化-知识产权保护”闭环能力。

---

3.2 江苏省工创赛：生活垃圾智能分类装置#

竞赛级别：省级一等奖
项目时间：2024.02 – 2025.06
角色：队长

赛项挑战#

3 分钟内完成 10 件多类别垃圾（有害/可回收/厨余/其他）精准分类，需应对：

• 双垃圾同时投放
• 暗光环境
• 压缩功能
• 多变投放角度

传统单传送带方案易拥堵、暗光识别不稳定、无压缩功能。

我的技术方案#

作为队长，统筹机械结构、电控系统与多模块协同调试：

机械结构创新：

• 将单传送带升级为”L”形双传送带组，差速运行实现垃圾分散
• 设计 150×150mm 可调节投放口
• 翻斗表面采用 PTFE 涂层 减少粘附与反光
• 集成推杆电机驱动压缩装置

电控系统设计：

• 架构采用双 Arduino 下位机
• 开发非阻塞控制逻辑，确保 45 秒/组响应速度
• 集成内置补光模块，适配暗光环境
• 开发高亮显示屏交互逻辑

系统联调：

• 优化装置运行逻辑适配赛项抽签投放流程
• 完成满载检测与防弹飞挡板设计

竞赛成果#

X 因素#

提炼”机械冗余设计 + 电控非阻塞逻辑 + 视觉环境适配”一体化方案，解决复杂场景下的实时性与稳定性冲突。掌握小型智能装备场景化设计方法，可迁移至海洋装备辅助设备、工业小型智能分类装置等方向。

---

3.3 全国大学生电子设计竞赛：激光打靶小车#

竞赛级别：国家级（省级二等奖）
项目时间：2025.07 – 2025.08

赛题要求#

设计一款可自主巡线、精准打靶的智能小车，适配复杂场地（含弯道、障碍物）。

我的技术贡献#

负责视觉模块与云台模块之间的通信逻辑设计、云台 HAL 库代码开发、任务运行框架设计：

通信协议设计：

• 定义数据传输格式（靶心坐标、云台状态、任务指令）
• 设计稳定的视觉-云台通信协议
• 数据传输准确率 100%

云台 HAL 库开发：

• 基于 STM32 编写云台 HAL 库代码
• 实现云台初始化、角度控制、状态反馈等底层驱动
• 封装为标准 API 供上层调用

任务调度框架：

• 设计基于按键的任务调度框架
• 支持按按键选择赛题任务（按键1=寻迹、按键2=瞄准、按键3=画圆）
• 任务切换响应时间 < 100ms

二维云台设计：

• 负责二维云台结构 3D 建模、打印与装配
• 采用轻量化设计，集成 405nm 低功率激光笔

项目成果#

• 设计并实现了稳定的视觉-云台通信协议
• 完成完整的云台 HAL 库代码
• 实现基于按键的任务调度框架
• 负责的通信逻辑、云台 HAL 库、任务框架均成功实现并通过联调验证

X 因素#

掌握”模块间通信设计、HAL 库开发、任务调度框架”的核心思路，理解嵌入式系统中模块化设计、标准化接口、任务管理的重要性。可迁移至机器人模块化系统、海洋装备控制系统、工业自动化等科研方向。

---

四、创新创业项目#

4.1 智能桌面收纳管家#

项目类型：校级大创 / 创新体验竞赛
项目时间：2024.05 – 2025.05（已结题）
角色：项目创建者（独立完成）

项目背景#

主流桌面收纳产品多为传统手动结构，需人工记忆物品摆放位置、逐个寻找取用，空间利用率低、操作繁琐。现有智能收纳研究多集中于大型家居，针对桌面的小型智能收纳设备研究匮乏。

项目发展历程#

第一版本（竞赛阶段）：

• 独立完成针管液动驱动、面包板电路结构的第一版本
• 制作演示视频上传 B 站获得 3w+ 播放
• 荣获江苏科技大学第七届创新体验竞赛三等奖

升级版本（大创项目）：

• 以此为基础申请校级创新训练项目
• 完成从手动到全自动的升级迭代
• 添加语音模块、改针管液动为电机自动升降、改面包板为 PCB 电路板

我的技术实现#

结构设计与优化：

• 使用 SolidWorks 完成三维建模，迭代 3 个版本
• 增加滑轨、按键防尘盖和显示器内嵌设计
• 设计电机升降结构，完成 3D 打印与样机装配

硬件开发与集成：

• 学习嘉立创 EDA，完成 PCB 电路连接板绘制与打样
• 焊接降压稳压电路
• 集成 OLED 显示、温湿度检测、蓝牙控制及语音识别模块

软件编程与优化：

• 基于 STM32 完成主控代码编写（累计数千行）
• 开发收纳箱定位存储算法
• 实现实体按键、手机蓝牙、语音控制三合一交互逻辑
• 采用非阻塞编程重构控制逻辑

项目成果#

形成可复用的 SolidWorks 结构建模文件、嘉立创 EDA PCB 设计方案与 STM32 控制代码包。

X 因素#

• 产品迭代洞察：验证”快速原型验证→技术升级迭代”的产品开发路径，通过 B 站 3w+ 播放量收集用户反馈，驱动技术方案优化
• 全栈能力：掌握”3D 建模 + PCB 设计 + STM32 编程”全栈开发能力
• 工程化经验：从面包板到 PCB 的工程化升级经验，可应用于嵌入式系统产品化开发

---

五、知识产权成果#

5.1 发明专利：泵阀并联电液伺服系统#

技术背景#

电液伺服系统中，泵控回路能效高但响应慢，阀控回路响应快但能耗高，传统泵阀切换方式易产生压力波动与系统震荡。

我的贡献#

• 参与泵控回路与阀控回路的并联结构方案论证
• 协助构建 SAC 双智能体引导强化学习框架
• 参与自适应鲁棒算法（ARC）与模糊逻辑控制（FLC）的融合设计
• 协助撰写专利权利要求书与说明书技术细节章节

技术成果#

• 实现泵阀平滑切换，避免系统震荡
• 强化学习训练速度提升 30% 以上
• 系统控制精度与能效同步提升

---

5.2 实用新型专利：智能垃圾分类装置#

创新设计#

作为第一发明人，完成专利核心结构创新设计：

双层转动结构：

• 上下两层独立转动机构
• 下层 11 个可移动垃圾箱
• 上层 5 个工作箱机构
• 红外定位模块实现精准对齐

多传感器识别：

• 红外热成像、超声波成像、光学相机
• 湿度模块及激光测距传感器
• 构建多维度垃圾识别体系

动态适配逻辑：

• 本地 + 云端学习技术
• 根据区域、季节、时间动态调整垃圾箱类别分配

实用化设计：

• 半封闭投放口，无人投放时自动关闭活动隔板抑制异味
• 预留垃圾中转区，模块化设计适配维护与升级

我的贡献#

• 独立完成机械结构建模与装配
• 主导专利申请文件撰写（权利要求书 10 项、说明书 9 页、附图 3 页）
• 完成专利检索与创新点梳理

---

5.3 学术论文：结构感知驱动的室内自主探索方法#

研究内容#

基于 SUR-Nav 自主探索方法的研究成果，撰写学术论文，系统阐述：

• 结构感知的多目标效用模型设计
• Top-K 两阶段筛选策略的算法优化
• 实验验证与性能评估

---

六、技术栈与能力图谱#

6.1 核心技术栈#

flowchart TB
   ROOT[技术能力图谱]

   ROOT --> G1
   subgraph G1[机器人与嵌入式]
      direction TB
      R1[机器人开发
ROS2 / Nav2
Gazebo / 自主导航]
      R2[嵌入式开发
STM32 / Arduino
HAL库 / 通信协议]
   end

   G1 --> G2
   subgraph G2[机械与算法]
      direction TB
      R3[机械设计
SolidWorks / 3D建模
3D打印 / 结构优化]
      R4[算法研究
C++ / Python
多目标优化 / 强化学习]
   end

   G2 --> G3
   subgraph G3[硬件与知识管理]
      direction TB
      R5[硬件开发
PCB设计 / 嘉立创EDA
电路焊接 / 传感器集成]
      R6[知识管理
Obsidian / 文献管理
专利撰写 / 技术文档]
   end

6.2 能力成长路径#

---

七、项目关联与成果链#

flowchart TB
   A[成果链A
智能桌面收纳管家] --> B[创新体验竞赛
三等奖]
   B --> C[B站传播结果
3w+播放]

   C --> D[成果链B
挑战杯系泊链项目]
   D --> E[挑战杯省级一等奖]
   E --> F[发明专利
第二发明人]

   F --> G[成果链C
智能垃圾分类装置]
   G --> H[工创赛省级一等奖]
   H --> I[实用新型专利
第一发明人]

   I --> J[成果链D
SUR-Nav探索]
   J --> K[学术论文撰写中]
   K --> L[定位系统横向项目
校企合作]

---

八、总结与展望#

8.1 核心收获#

回顾这段项目竞赛科研经历，我收获了：

1. 全栈技术能力：从机械设计、嵌入式开发到算法研究，形成完整的技术闭环
2. 科研方法论：掌握”问题定义-模型构建-工程实现-仿真验证-结果分析”的科研流程
3. 团队协作能力：在挑战杯、工创赛等团队项目中锻炼沟通与协调能力
4. 成果转化能力：从项目到竞赛、从竞赛到专利，形成完整的成果链
5. 知识管理能力：通过 Obsidian 等工具建立个人知识管理体系

8.2 未来规划#

• 短期目标：完成 SUR-Nav 学术论文投稿，推进定位系统项目落地
• 中期目标：深入机器人导航与智能控制研究，拓展海洋装备应用场景
• 长期目标：成为智能装备领域的研究者，推动技术创新与产业应用

8.3 写在最后#

从第一次接触 Arduino 的懵懂，到如今能够独立承担科研项目，这段旅程让我深刻体会到：技术的成长来自于不断的实践与反思。每一个项目都是一次全新的挑战，每一次竞赛都是一次能力的检验，每一项专利都是一次创新的尝试。

感谢所有给予我指导的老师、并肩作战的队友，以及支持我的家人朋友。未来，我将继续在智能装备领域深耕，用技术创造价值，用创新推动进步。

---

附录：快速导航#

---

本文最后更新于 2026 年 2 月 7 日