蔣澤鑫

去年冬天的一個(gè)晚上，我坐在實(shí)驗(yàn)室搗鼓著新買(mǎi)的飛控模塊，在青島參加中國(guó)機(jī)器人大賽的學(xué)弟學(xué)妹給我發(fā)來(lái)了視頻，實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)播我暑假在家獨(dú)自設(shè)計(jì)制作的水下機(jī)器人的第一次下水。他們已經(jīng)經(jīng)過(guò)了一整天緊張激烈的比賽，還不知疲倦地利用賽后暫時(shí)空置的比賽場(chǎng)地調(diào)試我親手設(shè)計(jì)制作的機(jī)器人。

我是北京信息科技大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院2017級(jí)的學(xué)生，大學(xué)期間加入了學(xué)校的G_Robot社團(tuán)，從此開(kāi)始了我的機(jī)器人競(jìng)賽之旅。G_Robot社團(tuán)有一個(gè)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(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、上浮、下潛等運(yùn)動(dòng)方式，通過(guò)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(shí)，通過(guò)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(gè)推進(jìn)器，由它們產(chǎn)生動(dòng)力實(shí)現(xiàn)種種運(yùn)動(dòng)，機(jī)身前端裝有機(jī)械臂，可以通過(guò)它實(shí)現(xiàn)抓取、投放等動(dòng)作;機(jī)器人和地面控制箱之間由一條足夠長(zhǎng)的線纜相連，用于控制信號(hào)，視頻信號(hào)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(dòng)力布局也要設(shè)計(jì)合理，避免出現(xiàn)機(jī)身下沉、姿態(tài)傾斜、方向不穩(wěn)等問(wèn)題。

設(shè)計(jì)水下機(jī)器人需要掌握且綜合運(yùn)用機(jī)械、材料、通信、控制等多個(gè)學(xué)科門(mén)類(lèi)的知識(shí)。與無(wú)人機(jī)和智能車(chē)不同，水下機(jī)器人是一個(gè)冷門(mén)的機(jī)器人類(lèi)型，可參考的案例很少，我們的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)主要來(lái)自實(shí)踐、積累和傳承。我們每年都會(huì)設(shè)計(jì)一款新版的水下機(jī)器人，并在當(dāng)年的學(xué)科競(jìng)賽中南征北戰(zhàn)。國(guó)內(nèi)很多水下相關(guān)的比賽，都會(huì)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?cè)诟?jìng)賽中通常參加水下作業(yè)賽和水下對(duì)抗賽兩個(gè)項(xiàng)目，都在約3米寬、7米長(zhǎng)、1米深的水池中進(jìn)行。在水下作業(yè)賽中，賽場(chǎng)會(huì)布置種種比賽道具，參賽隊(duì)控制各自設(shè)計(jì)的機(jī)器人完成撿球、投放球、拔出栓子、插入插銷(xiāo)、旋轉(zhuǎn)輪盤(pán)等動(dòng)作獲取相應(yīng)分?jǐn)?shù)，成績(jī)按規(guī)定時(shí)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(shí)力強(qiáng)的隊(duì)伍才能獲得好成績(jī)。而水下對(duì)抗賽則比較緊張刺激，賽場(chǎng)兩端各布置一個(gè)大本營(yíng)，其中插有小旗，比賽中的兩支隊(duì)伍各派出兩個(gè)機(jī)器人在己方大本營(yíng)處下水開(kāi)展對(duì)抗，先抓取足夠數(shù)量的小球以獲得奪旗資格，之后拔出對(duì)方大本營(yíng)的旗子可獲得勝利。對(duì)抗賽規(guī)則允許雙方機(jī)器人有一定程度的撞擊動(dòng)作，賽場(chǎng)上雙方可以根據(jù)地形和各自機(jī)器人的性能優(yōu)勢(shì)采取不同的戰(zhàn)術(shù)展開(kāi)攻防，機(jī)器人的動(dòng)力、靈活性和機(jī)身結(jié)構(gòu)顯得尤為重要，兩個(gè)操作手的默契程度和臨場(chǎng)反應(yīng)也往往決定比賽形勢(shì)。

前年夏天，我們先后參加了國(guó)際水中機(jī)器人大賽和中國(guó)機(jī)器人大賽兩個(gè)大型賽事。參加國(guó)際水中機(jī)器人大賽時(shí)，我們有些倉(cāng)促，準(zhǔn)備不充分，賽場(chǎng)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(méi)有白費(fèi)，在參加的兩個(gè)項(xiàng)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(gè)出場(chǎng)，拿到了接近滿(mǎn)分的成績(jī)，后續(xù)出場(chǎng)的其他參賽隊(duì)望塵莫及，我們毫無(wú)懸念地拿到了第一個(gè)冠軍。在隨后的水下對(duì)抗賽中，我們的兩支隊(duì)伍表現(xiàn)神勇，一路過(guò)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(lái)史無(wú)前例的水下雙冠！

獲勝的喜悅讓我們無(wú)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(dú)立制作一臺(tái)水下機(jī)器人，那會(huì)是多么有意思的一件事??！這個(gè)時(shí)候，恰逢一年一屆的世界級(jí)別水下機(jī)器人大賽MATE的報(bào)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(jì)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(jì)工作基本停止。而在這個(gè)時(shí)間段，我也迎來(lái)了比較大的挑戰(zhàn)，推免夏令營(yíng)快到了，為了爭(zhēng)取寶貴的保研機(jī)會(huì)，我必須要花很多精力準(zhǔn)備專(zhuān)業(yè)課的復(fù)習(xí)。雙非高校的出身，讓我在線上夏令營(yíng)的爭(zhēng)奪賽中絲毫不占優(yōu)勢(shì);社團(tuán)傳承的重任同時(shí)也落在我身上，我每天都在思索該怎么找到突破點(diǎn)。

考慮一番，我打算在家獨(dú)自完成機(jī)器人制作。隨后，我購(gòu)買(mǎi)了材料、工具，把我的房間打造成了一個(gè)小實(shí)驗(yàn)室，一邊準(zhǔn)備保研推免，一邊構(gòu)思機(jī)器的設(shè)計(jì)制作，一步步實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)思路。

研發(fā)過(guò)程持續(xù)了3個(gè)多月，我獨(dú)自承擔(dān)起了機(jī)械結(jié)構(gòu)、硬件電路、軟件程序設(shè)計(jì)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(jì)研發(fā)。要調(diào)試和運(yùn)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(yùn)到學(xué)校，等待可以調(diào)試和運(yùn)行機(jī)器人的機(jī)會(huì)。

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(huì)。我在推免夏令營(yíng)的面試中，通過(guò)視頻展示了這款外形、電路、程序全部獨(dú)立設(shè)計(jì)制作的水下機(jī)器人。我的動(dòng)手實(shí)踐能力得到了評(píng)委老師的認(rèn)可。最終我圓夢(mèng)北航，去到了最想去的學(xué)校，最想去的專(zhuān)業(yè)。

返校后，我組織了一次社團(tuán)活動(dòng)，作為水下機(jī)器人研發(fā)的一名過(guò)來(lái)人，將設(shè)計(jì)方案和經(jīng)驗(yàn)傾囊相授。在這次活動(dòng)中，我詳細(xì)講解了研發(fā)過(guò)程中的技術(shù)細(xì)節(jié)，包括在電路上、程序上困擾過(guò)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