我的社團我的水下機器人

蔣澤鑫

去年冬天的一個晚上，我坐在實驗室搗鼓著新買的飛控模塊，在青島參加中國機器人大賽的學(xué)弟學(xué)妹給我發(fā)來了視頻，實時轉(zhuǎn)播我暑假在家獨自設(shè)計制作的水下機器人的第一次下水。他們已經(jīng)經(jīng)過了一整天緊張激烈的比賽，還不知疲倦地利用賽后暫時空置的比賽場地調(diào)試我親手設(shè)計制作的機器人。

我是北京信息科技大學(xué)自動化學(xué)院2017級的學(xué)生，大學(xué)期間加入了學(xué)校的G_Robot社團，從此開始了我的機器人競賽之旅。G_Robot社團有一個核心方向，就是研發(fā)水下機器人。水下機器人在水下可以實現(xiàn)前進、后退、轉(zhuǎn)彎、上浮、下潛等運動方式，通過密封艙內(nèi)的攝像頭將拍攝到的視頻圖像發(fā)送給地面端，操作手觀察圖像的同時，通過操縱桿等部件發(fā)出控制指令。水下機器人的機身上裝有多個推進器，由它們產(chǎn)生動力實現(xiàn)種種運動，機身前端裝有機械臂，可以通過它實現(xiàn)抓取、投放等動作;機器人和地面控制箱之間由一條足夠長的線纜相連，用于控制信號，視頻信號傳輸以及供電。由于工作在水下，所有的電子部件需要放在密封艙內(nèi)，密封一定要做好。此外機身結(jié)構(gòu)和動力布局也要設(shè)計合理，避免出現(xiàn)機身下沉、姿態(tài)傾斜、方向不穩(wěn)等問題。

設(shè)計水下機器人需要掌握且綜合運用機械、材料、通信、控制等多個學(xué)科門類的知識。與無人機和智能車不同，水下機器人是一個冷門的機器人類型，可參考的案例很少，我們的設(shè)計經(jīng)驗主要來自實踐、積累和傳承。我們每年都會設(shè)計一款新版的水下機器人，并在當(dāng)年的學(xué)科競賽中南征北戰(zhàn)。國內(nèi)很多水下相關(guān)的比賽，都會有我們的身影，常年參加水下機器人比賽的學(xué)校，也早已經(jīng)成為我們的老熟人。

我們在競賽中通常參加水下作業(yè)賽和水下對抗賽兩個項目，都在約3米寬、7米長、1米深的水池中進行。在水下作業(yè)賽中，賽場會布置種種比賽道具，參賽隊控制各自設(shè)計的機器人完成撿球、投放球、拔出栓子、插入插銷、旋轉(zhuǎn)輪盤等動作獲取相應(yīng)分數(shù)，成績按規(guī)定時間內(nèi)獲得的分數(shù)排名確定。水下作業(yè)賽中機器人的低速穩(wěn)定性、機械臂的性能，以及操作手的水平非常重要，綜合實力強的隊伍才能獲得好成績。而水下對抗賽則比較緊張刺激，賽場兩端各布置一個大本營，其中插有小旗，比賽中的兩支隊伍各派出兩個機器人在己方大本營處下水開展對抗，先抓取足夠數(shù)量的小球以獲得奪旗資格，之后拔出對方大本營的旗子可獲得勝利。對抗賽規(guī)則允許雙方機器人有一定程度的撞擊動作，賽場上雙方可以根據(jù)地形和各自機器人的性能優(yōu)勢采取不同的戰(zhàn)術(shù)展開攻防，機器人的動力、靈活性和機身結(jié)構(gòu)顯得尤為重要，兩個操作手的默契程度和臨場反應(yīng)也往往決定比賽形勢。

前年夏天，我們先后參加了國際水中機器人大賽和中國機器人大賽兩個大型賽事。參加國際水中機器人大賽時，我們有些倉促，準(zhǔn)備不充分，賽場上手忙腳亂，我們嘗到了失敗的滋味。返校后我們立馬搭好水池，在烈日下苦練操作，在一次次熬夜中改良新一代水下機器人。我們的努力沒有白費，在參加的兩個項目中全部超常發(fā)揮。水下作業(yè)賽率先舉行，抽簽后確定我們第一個出場，拿到了接近滿分的成績，后續(xù)出場的其他參賽隊望塵莫及，我們毫無懸念地拿到了第一個冠軍。在隨后的水下對抗賽中，我們的兩支隊伍表現(xiàn)神勇，一路過關(guān)斬將在決賽相遇，最終包攬冠亞軍，創(chuàng)造了社團自2014年成立以來史無前例的水下雙冠！

獲勝的喜悅讓我們無比興奮，但冷靜之后仔細一想，我只參與了水下機器人制作的其中一部分，并且不是最核心的一部分。如果自己能獨立制作一臺水下機器人，那會是多么有意思的一件事?。∵@個時候，恰逢一年一屆的世界級別水下機器人大賽MATE的報名階段。同學(xué)、老師找到了我，讓我作為這次比賽的主要負責(zé)人帶領(lǐng)社團成員參加這次至關(guān)重要的比賽。

然而計劃總是趕不上變化，?2020年由于疫情的原因比賽取消，大家的積極性逐漸消失，設(shè)計工作基本停止。而在這個時間段，我也迎來了比較大的挑戰(zhàn)，推免夏令營快到了，為了爭取寶貴的保研機會，我必須要花很多精力準(zhǔn)備專業(yè)課的復(fù)習(xí)。雙非高校的出身，讓我在線上夏令營的爭奪賽中絲毫不占優(yōu)勢;社團傳承的重任同時也落在我身上，我每天都在思索該怎么找到突破點。

考慮一番，我打算在家獨自完成機器人制作。隨后，我購買了材料、工具，把我的房間打造成了一個小實驗室，一邊準(zhǔn)備保研推免，一邊構(gòu)思機器的設(shè)計制作，一步步實現(xiàn)自己的設(shè)計思路。

研發(fā)過程持續(xù)了3個多月，我獨自承擔(dān)起了機械結(jié)構(gòu)、硬件電路、軟件程序設(shè)計的所有工作。在我的不懈努力下最終完成了機器人的設(shè)計研發(fā)。要調(diào)試和運行機器人需要合適的水池，家里并不具備這樣的條件，我只能把機器人運到學(xué)校，等待可以調(diào)試和運行機器人的機會。

假期這一段水下機器人的研發(fā)經(jīng)歷也給我順利保研北航埋下了伏筆。受疫情影響，保研面試轉(zhuǎn)為線上面試，這反倒給了我創(chuàng)造了展示自己的好機會。我在推免夏令營的面試中，通過視頻展示了這款外形、電路、程序全部獨立設(shè)計制作的水下機器人。我的動手實踐能力得到了評委老師的認可。最終我圓夢北航，去到了最想去的學(xué)校，最想去的專業(yè)。

返校后，我組織了一次社團活動，作為水下機器人研發(fā)的一名過來人，將設(shè)計方案和經(jīng)驗傾囊相授。在這次活動中，我詳細講解了研發(fā)過程中的技術(shù)細節(jié)，包括在電路上、程序上困擾過我的難題，也提出了這款機器人在自穩(wěn)控制、通信、機械結(jié)構(gòu)上可以繼續(xù)深入研究的方向。

責(zé)任編輯：宋明晏