编者按

作为国家级实验教学示范中心

国家级众创空间

国家级创新创业学院建设参与单位

山东大学工程训练中心廿余载

深耕实践实训、创新创业领域

培养了大批创新人才

KAPIV一体化实践育人项目

作为教学改革的核心项目

通过引入“新形态课程”等新工科教改理念

将知识、能力、实践、创新、品行

有机融合

实现了育人模式的深度革新

学生们置身其中

不断学习知识

锤炼能力

提升素养

项目相关成果连续斩获

国家级教学成果一、二等奖

接下来让我们跟随

“工创之星”系列报道

一同走进山大KAPIV实践育人项目

探寻学在山大、快乐成长的奥秘！

团队成员及分工

受访项目团队由5位来自机械工程学院2023级卓越一班的同学组成。张程昱（组长），组织和协调统筹全组项目安排，方案制定，加工，组装调试和答辩；李成锐，主要负责方案验证，建模，智能体的搭建，报告书写和组装调试；付伟豪，主要负责实际零件的加工与组装，交互式界面的设置；李润泽，主要负责二维图纸和三维建模；尹会甲，主要负责活动记录和宣传展品设计。

成员说：在工程训练中心KAPIV项目的学习实践过程中，我们深刻体会到：“一切伟大的发明与创造，都来自于勤劳的双手，都诞生于实际的制造。当我们动手完成一个个实际项目，学到的知识和获取的能力是多方面的。”

智启新程：小型挖掘机创新项目开篇

近年来，工业领域快速发展，智能化、高效化和小型化设备逐渐成为市场焦点。小型挖掘机作为一种灵活、高效的工程机械，广泛应用于市政建设、农业种植、抢险救灾等领域。但传统的小型挖掘机在操作精度、智能化水平和人机交互体验上还有不少提升空间，因此，我们团队决定以“小型挖掘机”为研究对象，结合机械专业所学，设计并研制一台具备智能语音交互功能的小型挖掘机，希望在智能化工程机械领域实现新的创新进展。

项目开始前，我们团队成员仔细调研了小型挖掘机的市场需求和技术难点。我们发现，传统挖掘机依靠人工操作，不仅复杂，效率也不高；而当下人工智能发展迅猛，语音交互技术越来越成熟，把它们应用到工程机械上会有很好的前景。于是我们就把人工智能语音助手作为项目的核心创新点之一，希望通过技术结合，让挖掘机操作更方便、更智能。

多元知识融合，小型挖掘机各项功能雏形初现

在项目实施过程中，我们充分将课堂所学的理论知识与实践相结合，特别是在机械设计、控制系统设计等方面取得了很多突破。

在机械设计阶段，我们利用SolidWorks等三维设计软件，对挖掘机的机械结构进行了仔细的建模和优化设计，考虑到挖掘机需要做到灵活和稳定，我们进行了模块化设计，将挖掘机分为底盘、臂架、铲斗和控制系统等模块。

在加工过程中，我们采用了激光切割和3D打印等先进加工方法。激光切割技术保证了金属构件的精度，而3D打印技术则帮助我们快速制作复杂结构的原型，我们结合以上技术，成功做出了高精度的挖掘机机械结构。挖掘机的控制系统是项目的核心部分之一，我们采用了嵌入式控制系统，结合STM32单片机，实现了挖掘机的运动控制和语音交互功能。

赵子峥老师和宋宏伟老师在控制系统的设计和调试过程中给予了我们很大的帮助。在系统稳定性测试阶段，老师建议我们采用PID控制算法，以此来提高挖掘机动作的精度和速度，通过多次实验和优化，我们最终实现了挖掘机的精准控制；人工智能语音助手是本项目的创新亮点之一，我们基于深度学习技术，在老师的指导下开发了一套语音识别和语音合成系统，通过训练神经网络模型，让挖掘机能够准确识别语音指令，并且快速响应。

团队协作，并肩攻克技术难题

做项目的时候，我们遇到了不少技术难题，这既考验我们的技术能力，也锻炼了我们的团队协作能力。

项目初期，机械臂的设计就让我们犯了难，确定大臂、小臂长度及电机极限位置时，我们总找不到覆盖范围和挖掘深度的平衡点，团队讨论了好几天都没结果，而且激光切割得到的零件精度不够，装配时有间隙，影响了机臂的稳定性。赵子峥老师和宋宏伟老师得知我们项目遇到的困难后，及时对我们进行了指导。赵老师先让我们画出运动轨迹，询问参数要求后建议“大臂与小臂长度比设1.2:1试试？”她连续三天抽时间带我们计算力臂变化，参考同类机型，最终确定大臂300mm、小臂250mm，电机推杆120mm极限伸缩量。宋老师带我们解决了激光切割精度问题，他检查设备后发现是速度与板材厚度不匹配，指导我们将设备圆角半径确定为R2.5，留0.1mm装配余量。在他的指导下，我们校准激光头，销轴孔公差控制在±0.02mm，机臂间隙缩小60%。那段时间，老师们常陪我们加工验证参数到很晚，看到挖掘机达标时，大家都很激动，正是老师们的指导，让我们不仅解决了问题，还学会了科学的分析方法。

解决了这些技术难题，我们又面临项目复杂、加工时间紧的问题。从机械结构设计到控制系统开发，从加工工艺实施到语音助手集成，每个环节都联系紧密，不容疏忽。面对这个难题，我们小组成员团结协作，组长根据每个成员的特长以及项目需求，进行了灵活科学的分工。擅长机械设计的成员负责优化挖掘机机械结构，他们一遍遍地检查修改设计图纸，每个小细节都仔细检查，保证零件组装严丝合缝；了解控制系统开发的成员则专注于嵌入式控制系统的调试和优化，不断调整参数和算法，让挖掘机的运动控制和语音交互功能又快又稳；熟悉加工工艺的成员根据加工进度灵活调整加工顺序，合理安排激光切割和3D打印等设备的使用时间，尽量加快加工速度，保证零件按时做好。最终在大家齐心协力的配合下，项目顺利完成。

能力提升，赋能专业成长前行路

通过这个项目，我们在专业技能和团队协作方面都有了很大提升。我们熟练掌握了SolidWorks等三维设计软件的使用方法，也学会了激光切割和3D打印等先进加工技术；在嵌入式系统设计和控制算法开发方面积累了经验，能够独立完成控制系统的设计和调试工作；在开发语音助手时，我们学习了深度学习模型的训练和优化方法，加深了对人工智能技术的理解。此外，我们学会了如何高效地分工协作、在团队中发挥自己的优势以及弥补别人的短板；面对技术难题和时间压力，我们始终保持积极的态度，通过不断尝试和改进，最终克服了所有困难。项目中要同时处理机械设计、控制系统开发、语音助手开发等多个任务，也培养了我们的多任务处理能力。这些收获，将会伴随日后的学习之旅，助力我们在专业学习的道路上稳步前进。

寄语感悟与未来展望

通过这次KAPIV项目，我们深深体会到跨学科知识融合和创新实践的重要性，团队成员总结了一些实践经验，分享给未来的学弟学妹们：

现代工程技术的发展越来越依赖于多学科的交叉融合，因此，在日常学习中，我们应当注重跨学科知识的积累和学习，培养综合性的技术视野。

创新是推动技术进步的核心动力，我们应当敢于尝试新技术、新方法，勇于突破传统思维的限制，探索更加高效、智能的解决方案。

在日常学习中要注重实践与团队协作。工科专业的实践性强，只有通过实际的项目实施，才能将理论结合实际，全方位提升自己的专业水平。同时，团队协作能力也是工程实践中不可或缺的重要能力，对项目能否顺利完成起着至关重要的作用。

通过本次“小型挖掘机”研制项目的实践，我们不仅收获了宝贵的实践创新经验，更培养了团队协作能力和创新思维。这是一段充满挑战与收获的旅程，也是一段让我们更加坚定engineering passion的经历。未来，我们将继续努力，用技术改变生活，用创新推动社会进步！