我的社團(tuán)我的水下機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(tuán)，從此開始了我的機(jī)器人競賽之旅。G_Robot社團(tuán)有一個核心方向，就是研發(fā)水下機(jī)器人。水下機(jī)器人在水下可以實現(xiàn)前進(jìn)、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(jī)器人的機(jī)身上裝有多個推進(jìn)器，由它們產(chǎn)生動力實現(xiàn)種種運動，機(jī)身前端裝有機(jī)械臂，可以通過它實現(xiàn)抓取、投放等動作;機(jī)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(jī)身結(jié)構(gòu)和動力布局也要設(shè)計合理，避免出現(xiàn)機(jī)身下沉、姿態(tài)傾斜、方向不穩(wěn)等問題。

設(shè)計水下機(jī)器人需要掌握且綜合運用機(jī)械、材料、通信、控制等多個學(xué)科門類的知識。與無人機(jī)和智能車不同，水下機(jī)器人是一個冷門的機(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)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?jǐn)?shù)，成績按規(guī)定時間內(nèi)獲得的分?jǐn)?shù)排名確定。水下作業(yè)賽中機(jī)器人的低速穩(wěn)定性、機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)器人的性能優(yōu)勢采取不同的戰(zhàn)術(shù)展開攻防，機(jī)器人的動力、靈活性和機(jī)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(jī)器人大賽和中國機(jī)器人大賽兩個大型賽事。參加國際水中機(jī)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(jī)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(tuán)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(xì)一想，我只參與了水下機(jī)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(jī)器人，那會是多么有意思的一件事啊！這個時候，恰逢一年一屆的世界級別水下機(jī)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(fù)責(zé)人帶領(lǐng)社團(tuán)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(jī)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(tuán)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)器人的設(shè)計研發(fā)。要調(diào)試和運行機(jī)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(jī)器人運到學(xué)校，等待可以調(diào)試和運行機(jī)器人的機(jī)會。

假期這一段水下機(jī)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(jī)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(jī)器人。我的動手實踐能力得到了評委老師的認(rèn)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(tuán)活動，作為水下機(jī)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(xì)講解了研發(fā)過程中的技術(shù)細(xì)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(jī)器人在自穩(wěn)控制、通信、機(jī)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