神隊water

喻洋

2010年的盛夏，西面非洲的南非世界杯激戰正酣，而在東邊東南亞的新加坡，RoboCup（機器人足球世界杯）也激戰不已。南非世界杯中國隊沒進去，但RoboCup上，一支名為“water”的中國機器人足球隊出人意料地打敗了荷蘭、葡萄牙等傳統強隊，奪得了賽事中最有含金量的中型組冠軍。此后的這些年，“water”隊在RoboCup這個國際上針對大學生群體級別最高、規模最大、影響最廣泛的足球機器人賽事中頻頻進入前三甲。

“water”是北京信息科技大學的“中型組”足球機器人團隊。

神隊出師

機器人世界杯足球錦標賽始于1997年，包括仿真組（Simulation League）、小型組（Small Size Robot League）、中型組（Middle Size Robot League）、類人組（Humanoid League）。其中中型組足球機器人比賽是最具對抗性和觀賞性。

Robocup中型組比賽是兩只機器人隊伍進行的對抗性比賽。對抗的雙方各自允許5名機器人隊員（其中一個是守門員）上場，比賽過程的裁決由人類裁判完成，比賽規則是人類足球賽的簡化版。目前，比賽場地的尺寸是14米X22米，綠色地毯鋪成，由白色的場線和白色的球門框組成。機器人隊員體積最大52厘米×52厘米×70厘米，最小30厘米×30厘米×40厘米。每半場為15分鐘，中場休息最多10分鐘。下半場結束時若為平局，則有半場為5分鐘的加時賽，也可進行點球大戰。

這些機器人都配有傳感器和筆記本電腦，能借助無線網絡與隊友“交流”或接受裁判指令。但比賽全程中，機器人必須是自主的，只能依靠事先設定的程序自主運動，不能受場外人員的操控。這項比賽的最終目標是經過五十年左右的研究，使機器人足球隊能戰勝人類足球冠軍隊。

2009年，“water”隊首次參加了在奧地利舉辦的國際RoboCup比賽。”water”隊屬于中型組，“water”隊總教練王雪雁介紹：“中型組是輪式里邊觀賞性特別強的種類，有對抗，有規避，前鋒后衛都有角色分配，機器人互相之間能傳遞信息，還能通過網絡通信互相協作自主判斷球在哪？該不該去取這個球？該不該射門？”當時，老牌強隊荷蘭隊排在“water”隊旁邊，荷蘭隊隊員有25人，有6個制作精良的機器人，配備立式充電柜、齊全的維修工具，令人望之而生仰慕之心。王雪雁回憶道：“荷蘭隊對我們特別友好，我還記得他們中最年長的一位隊員對我們說，你們現在還是一個Baby，以后會長大的。”

那一年，“water”隊獲得了第7名，這次比賽也讓隊員們看到了與世界強隊的差距。回到學校后，隊員們分析了自身機器人的缺點，主要有電機功率小、擊球力量小、沒有吸球裝置、不能帶球靈活運動和機體剛性差易變形等。他們據此改進制做了新一代全新機器人，在2010年的新加坡國際Robocup比賽一舉擊敗荷蘭隊，奪得了世界冠軍。“決賽的時候荷蘭隊勢頭很猛，但就在比賽結束的最后一秒鐘，我們的機器人從后場一個漂亮的轉身射門，準確地攻破了對方球門。結束鈴聲響起的時候我們都愣住了，因為不知道算不算分，最終比分顯示5：4，我們才開始歡呼勝利。”王雪雁回憶道。2010年的世界冠軍，意味著中國代表隊自參加Robocup比賽以來在實物組別比賽首次取得冠軍，標志著“water”隊正式進入“中型組”的國際強隊之列。

進化的“Water”

2006年，北京信息科技大學光電學院的幾位學生找到在計算機房工作的王雪雁老師，說想成立一個機器人團隊。在王雪雁老師的支持下，這群可以說是（全中國最早關注）對中型機器人的著迷的孩子湊在一起，在CAD實驗室的角落開始了他們的機器人造夢征程。

最早成立的時候，“water”隊只有徐鑫鑫和陳嵩兩名成員，徐鑫鑫給隊伍取了“水”這個名字，取意其“胸懷志向，百折不回，一往無前”的韌性。那時候，第一代兩輪差動機器人還得由學生自籌經費制作，他們去舊貨市場買二手電機，從網上采購攝像機，自己設計反光鏡曲面，親自找工廠加工。最后，隊員們帶著自制的兩個機器人，第一次參加了2006年的蘇州“中型組”比賽。當時，高端的機器人比賽參賽團隊大多還是研究生和博士，組委會特別為這唯一一支由本科生組成的隊伍頒發了鼓勵獎。

從研制第二代三輪全向移動機器人開始，北京信息科技大學逐年加大力度投入研制機器人的經費，在各方面對“water”隊給予了大力支持，“你看，其它高校都沒有提供能讓機器人練習的足球場地，因為這個場地特別大，面積要14米X22米，教務處專門把一個大食堂改成了訓練中心。”王雪雁感慨道。

此外，由于競賽機器人特有的高損耗性，機器人的更新換代也在不斷進行。王雪雁介紹道，“water”隊的機子每三年就要更新換代，電機從60瓦增加到150瓦再到250瓦，計算機的芯片處理速度和頻率控制機也已經達到了國際水平。機器人的攝像機也要每年更換，一開始，“water”隊用的是模擬攝像頭，場地圖像處理非常不清晰，這些年，在學校的支持下，逐步從CCD攝像機換到了最高清的攝像頭。

硬件水平不斷更新，“water”隊的隊員人數不斷增加、水平也不斷進步，來自機電學院、自動化學院、光電學院、計算機學院、信管學院等不同專業的佼佼者們紛紛加入。

機器人班的加持

2017年，北京信息科技大學成立了機器人班，從各個學院的新生中遴選最優秀的、對機器人感興趣的學生，經過重重面試，從170人中選出30人，組成研究機器人的后備軍團。

作為跨學科班級，學生們會接受來自機電學院、自動化學院、光電學院、通訊學院和計算機學院老師的授課，這一方面大大增加了學生的知識儲備，也為他們參加足球機器人比賽時更好地運用結構設計、編程、視覺、算法等提供借鑒。

作為以興趣為主的科技小組，“water”隊招收隊員時并不限專業，王雪雁對機器人班的學生們的期望：“機器人班的學生都是從全校選拔出來的，又對機器人感興趣，都是很好的苗子。”

經過十多年的積淀，“water”隊已經成為了一個有著完善規章制度和管理模式的團隊，王雪雁笑言自己已經放手好幾年了。選拔從最初的一兩百名挑三五十名開始，新隊員們和老隊員一起上課，一周上一次，慢慢地會有人退出，最有潛力、最能吃苦、最有熱情的人會留下，而每個老隊員都會帶一兩個新隊員，那都是嫡傳弟子，讓技術和知識一屆一屆流傳下去。

不光在校的學生有傳承，畢了業的老校友也對“water”隊充滿感情。第一代的學生有的畢業后都從事機器人研究工作，并且已經成了專家，“這些學生一撥接一撥，都特別優秀。去年還有畢業的學生去英特爾公司，成立了一個機器人研究所。”王雪雁說。

責任編輯：尹穎堯 陳曉麗