提起水下機器人，大多數(shù)人可能并不熟悉。但無論是潛入大洋的“蛟龍?zhí)枴边€是在深海中勘探資源的“海龍三號”，或是搜索馬航MH370的水下智能機器人，它們的工作原理都可以追溯到小小的水下機器人。近期，我校本科生在水下機器人研制方面取得了重大突破，信息工程學院智能機器人創(chuàng)新基地學生團隊的王凱甬、楊軒軒、吳東、邢蘇陽和應前進等5位同學組成的鄭州大學水下機器人團隊，在八月份四川省宜賓市舉辦的2018年中國機器人大賽水下機器人巡游項目中奪得冠軍。
　　中國機器人大賽是中國最權威、最具影響力的機器人學科競賽，也是國際頂尖人才匯集的活動之一。此次我校水下機器人團隊以打破賽會記錄的成績奪得水下機器人水中巡游項目的冠軍，標志著我校在此領域達到了全國高校領先水平。
　　從大一入學開始，對水下機器人懷著強烈興趣的5位同學就報名加入了信息工程學院智能機器人創(chuàng)新基地。從加入創(chuàng)新基地開始，王凱甬、楊軒軒等人就已經將目光瞄向了2018年的中國機器人大賽。他們幾乎把除了上課之外的所有時間都花在了實驗室里，白天正常學習的他們，晚上要在實驗室進行大量的實驗和分析。“忙起來的時候，中午經常是吃幾口飯就趕回實驗室了?！睏钴庈幷f。
　　經過大一一年的實驗和構思，5個人在大二上學期開始將構思付諸實踐來打磨水下機器人。在整個機型的設置上，團隊成員根據流體力學理論，設計了一個類似于“大黃蜂跑車”的機型。機器人整體呈流線型，但頭部為類似鯨魚頭的圓弧形。經過反復實驗驗證，這個機型在水中前進時受到的阻力極小。
　　在設計機器的過程中，隊員們也有過爭議。機身前面設置了一個放置攝像頭的透明圓筒，當時團隊成員就這個圓筒的放置方向產生了很大分歧?！柏Q著放，圓筒周圍漏出的空隙很少，理論上防水性能相對較好；橫向放置則可以使用雙目攝像頭，能有效擴大機器人的視野。”王凱甬說。相持不下的雙方只能在實驗室的小水池進行測試，最后發(fā)現(xiàn)兩種方法的防水性能差不多，于是便采用了能擴大視野的第二種方案。
　　由于3D打印機的打印尺寸有限，團隊成員只能將整個機型外殼分為32個部分，對每一部分編號，一塊一塊地打印制作，最后利用計算機模擬拼裝后進行機器人組裝：用丙酮將32個部分拼接縫合，用原子灰填補縫隙，最后噴漆。在參賽時，看到這樣漂亮的水下機器人，許多其他高校的老師甚至認為這是他們違規(guī)從商業(yè)公司購買的成品，也有老師連連贊嘆：“從來沒見過這么漂亮的機器！”
　　浮心是物體受浮力的作用點，而水下機器人要想在水底保持平衡，重心和浮心必須在同一個位置上，不能有一絲一毫的偏差。為了節(jié)約成本、一次成型，團隊成員用精密的電子秤，測出32個部分中每一部分的質量，然后用軟件建模，求出重心的位置，再用流體力學軟件來求浮心的位置。如果兩者不在同一個位置，就需要做出調整。“比如說重心偏前，我們只能把機身倉庫里的傳感器、微型電腦等往后調整。如果浮心偏后，我們機身的頭部需要做大一些?！本瓦@樣經過十余次的更改，水下巡游機器人的兩個“心”完全重合在了一起。
　　水下巡游機器人在水下自主運行，不僅要自行判斷平面位置，更需要精確定位自己所處的深度。負責電子模塊調試的邢蘇陽和應前進在機器中添加了液位變送器，可以精確定深，完成水下信息采集、處理。除此之外，兩位成員在陀螺儀的工作程序中添加了卡爾曼綠波算法等數(shù)種新算法，使傳輸數(shù)據的精度大大提高。
　　制作水下機器人最后也是最重要的一步是做防水，是用防水螺絲、墊圈、卡夫特膠等材料對機身的各個部分做防水處理，工作量巨大。距比賽還有一個月時，一個控制機器人姿態(tài)的電子芯片模塊突然失靈了。為了節(jié)約時間和材料，團隊成員只能把白天把機器人送下水調試，晚上拆機維修電子模塊，然后裝機做防水處理。經過三天三夜的奮戰(zhàn)，這個電子芯片模塊才恢復正常。
　　2018年的全國機器人大賽在四川省宜賓市舉行。因為不適應當?shù)貧夂颍鮿P甬和吳東都患上了熱感冒，但在正式比賽開始前，兩人還是堅持輪班調試機器，熟悉比賽場地。
　　“我們目前的水平，已經遠遠超過去年的比賽冠軍了?！睂ψ约旱臋C器人充滿信心的王凱甬在入場時這樣鼓勵其他隊員。比賽中每支隊伍共有25分鐘的比賽時間，1.5米深的水池中共設置 8個目標框和2個目標球。機器人需要通過 8個目標框然后撞擊目標球，每次嘗試失敗后都必須從終點重新開始，比賽結果取25分鐘內的最好成績。在我校代表隊上場之前，集美大學代表隊憑借優(yōu)秀的表現(xiàn)打破了賽會紀錄。加之出場次序靠后，原本清澈的比賽場地變得渾濁，這讓原本充滿信心的團隊成員變得緊張起來。
　　正式上場時，應前進運用出色的編程技術，在機器人圖像處理程序中添加了一個新的算法，從而大大提高了接收圖像的清晰度。但在前兩次的嘗試中，機器人仍“發(fā)揮失?！?，得分較低。第三次嘗試開始之前，邢蘇陽為機器人控制系統(tǒng)臨時編寫了一個算法，對傳統(tǒng)的邊尋找目標邊調整姿態(tài)的運行模式做出了很大調整。機器人下水后，先是自動后退擴大視野，頭部擺動尋找目標框，然后調整姿態(tài)一次性通過了8個目標框，最后向目標球撞擊過去。
　　“1200分！冠軍！”隊長王凱甬大聲喊道。裁判和觀眾也被他們出色的比賽表現(xiàn)所折服，爆發(fā)出一陣陣熱烈的掌聲。重慶交通大學的指導老師贊嘆道：“看，這才是真正的水下巡游機器人！”最終，鄭州大學代表隊以高出第二名600分的成績打破賽會紀錄獲得冠軍。
　　賽后，本屆水下機器人大賽的賽事負責人、哈爾濱工程大學的劉文智老師如是評價我校代表隊：“鄭州大學水下機器人代表隊是有史以來唯一一個能完成巡游項目所有規(guī)定動作的團隊，他們的參賽機器設計精美、性能優(yōu)良，在各個方面都是目前各隊中最好的?！?br>　　獲得冠軍之后，團隊5人現(xiàn)在有了更遠大的發(fā)展計劃。“比賽奪冠只是對我們本科生研究的激勵，我們并不想讓它只存在于實驗室，而是真正應用到社會中去，產生一定的效益，讓我們的科研創(chuàng)新在海底搜救、資源開發(fā)、海底考古、水質檢測、泄露治理等方面成功運用，對社會有所貢獻?！标犻L王凱甬說。