喻洋

2010年的盛夏，西面非洲的南非世界杯激戰(zhàn)正酣，而在東邊東南亞的新加坡，RoboCup（機(jī)器人足球世界杯）也激戰(zhàn)不已。南非世界杯中國(guó)隊(duì)沒(méi)進(jìn)去，但RoboCup上，一支名為“water”的中國(guó)機(jī)器人足球隊(duì)出人意料地打敗了荷蘭、葡萄牙等傳統(tǒng)強(qiáng)隊(duì)，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(duì)在RoboCup這個(gè)國(guó)際上針對(duì)大學(xué)生群體級(jí)別最高、規(guī)模最大、影響最廣泛的足球機(jī)器人賽事中頻頻進(jìn)入前三甲。

“water”是北京信息科技大學(xué)的“中型組”足球機(jī)器人團(tuán)隊(duì)。

神隊(duì)出師

機(jī)器人世界杯足球錦標(biāo)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(lèi)人組（Humanoid League）。其中中型組足球機(jī)器人比賽是最具對(duì)抗性和觀賞性。

Robocup中型組比賽是兩只機(jī)器人隊(duì)伍進(jìn)行的對(duì)抗性比賽。對(duì)抗的雙方各自允許5名機(jī)器人隊(duì)員（其中一個(gè)是守門(mén)員）上場(chǎng)，比賽過(guò)程的裁決由人類(lèi)裁判完成，比賽規(guī)則是人類(lèi)足球賽的簡(jiǎn)化版。目前，比賽場(chǎng)地的尺寸是14米X22米，綠色地毯鋪成，由白色的場(chǎng)線和白色的球門(mén)框組成。機(jī)器人隊(duì)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(chǎng)為15分鐘，中場(chǎng)休息最多10分鐘。下半場(chǎng)結(jié)束時(shí)若為平局，則有半場(chǎng)為5分鐘的加時(shí)賽，也可進(jìn)行點(diǎn)球大戰(zhàn)。

這些機(jī)器人都配有傳感器和筆記本電腦，能借助無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與隊(duì)友“交流”或接受裁判指令。但比賽全程中，機(jī)器人必須是自主的，只能依靠事先設(shè)定的程序自主運(yùn)動(dòng)，不能受場(chǎng)外人員的操控。這項(xiàng)比賽的最終目標(biāo)是經(jīng)過(guò)五十年左右的研究，使機(jī)器人足球隊(duì)能戰(zhàn)勝人類(lèi)足球冠軍隊(duì)。

2009年，“water”隊(duì)首次參加了在奧地利舉辦的國(guó)際RoboCup比賽?！眞ater”隊(duì)屬于中型組，“water”隊(duì)總教練王雪雁介紹：“中型組是輪式里邊觀賞性特別強(qiáng)的種類(lèi)，有對(duì)抗，有規(guī)避，前鋒后衛(wèi)都有角色分配，機(jī)器人互相之間能傳遞信息，還能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信互相協(xié)作自主判斷球在哪？該不該去取這個(gè)球？該不該射門(mén)？”當(dāng)時(shí)，老牌強(qiáng)隊(duì)荷蘭隊(duì)排在“water”隊(duì)旁邊，荷蘭隊(duì)隊(duì)員有25人，有6個(gè)制作精良的機(jī)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(duì)對(duì)我們特別友好，我還記得他們中最年長(zhǎng)的一位隊(duì)員對(duì)我們說(shuō)，你們現(xiàn)在還是一個(gè)Baby，以后會(huì)長(zhǎng)大的?！?/p>

那一年，“water”隊(duì)獲得了第7名，這次比賽也讓隊(duì)員們看到了與世界強(qiáng)隊(duì)的差距?；氐綄W(xué)校后，隊(duì)員們分析了自身機(jī)器人的缺點(diǎn)，主要有電機(jī)功率小、擊球力量小、沒(méi)有吸球裝置、不能帶球靈活運(yùn)動(dòng)和機(jī)體剛性差易變形等。他們據(jù)此改進(jìn)制做了新一代全新機(jī)器人，在2010年的新加坡國(guó)際Robocup比賽一舉擊敗荷蘭隊(duì)，奪得了世界冠軍。“決賽的時(shí)候荷蘭隊(duì)勢(shì)頭很猛，但就在比賽結(jié)束的最后一秒鐘，我們的機(jī)器人從后場(chǎng)一個(gè)漂亮的轉(zhuǎn)身射門(mén)，準(zhǔn)確地攻破了對(duì)方球門(mén)。結(jié)束鈴聲響起的時(shí)候我們都愣住了，因?yàn)椴恢浪悴凰惴郑罱K比分顯示5：4，我們才開(kāi)始?xì)g呼勝利。”王雪雁回憶道。2010年的世界冠軍，意味著中國(guó)代表隊(duì)自參加Robocup比賽以來(lái)在實(shí)物組別比賽首次取得冠軍，標(biāo)志著“water”隊(duì)正式進(jìn)入“中型組”的國(guó)際強(qiáng)隊(duì)之列。

進(jìn)化的“Water”

2006年，北京信息科技大學(xué)光電學(xué)院的幾位學(xué)生找到在計(jì)算機(jī)房工作的王雪雁老師，說(shuō)想成立一個(gè)機(jī)器人團(tuán)隊(duì)。在王雪雁老師的支持下，這群可以說(shuō)是（全中國(guó)最早關(guān)注）對(duì)中型機(jī)器人的著迷的孩子湊在一起，在CAD實(shí)驗(yàn)室的角落開(kāi)始了他們的機(jī)器人造夢(mèng)征程。

最早成立的時(shí)候，“water”隊(duì)只有徐鑫鑫和陳嵩?xún)擅蓡T，徐鑫鑫給隊(duì)伍取了“水”這個(gè)名字，取意其“胸懷志向，百折不回，一往無(wú)前”的韌性。那時(shí)候，第一代兩輪差動(dòng)機(jī)器人還得由學(xué)生自籌經(jīng)費(fèi)制作，他們?nèi)ヅf貨市場(chǎng)買(mǎi)二手電機(jī)，從網(wǎng)上采購(gòu)攝像機(jī)，自己設(shè)計(jì)反光鏡曲面，親自找工廠加工。最后，隊(duì)員們帶著自制的兩個(gè)機(jī)器人，第一次參加了2006年的蘇州“中型組”比賽。當(dāng)時(shí)，高端的機(jī)器人比賽參賽團(tuán)隊(duì)大多還是研究生和博士，組委會(huì)特別為這唯一一支由本科生組成的隊(duì)伍頒發(fā)了鼓勵(lì)獎(jiǎng)。

從研制第二代三輪全向移動(dòng)機(jī)器人開(kāi)始，北京信息科技大學(xué)逐年加大力度投入研制機(jī)器人的經(jīng)費(fèi)，在各方面對(duì)“water”隊(duì)給予了大力支持，“你看，其它高校都沒(méi)有提供能讓機(jī)器人練習(xí)的足球場(chǎng)地，因?yàn)檫@個(gè)場(chǎng)地特別大，面積要14米X22米，教務(wù)處專(zhuān)門(mén)把一個(gè)大食堂改成了訓(xùn)練中心?！蓖跹┭愀锌?。

此外，由于競(jìng)賽機(jī)器人特有的高損耗性，機(jī)器人的更新?lián)Q代也在不斷進(jìn)行。王雪雁介紹道，“water”隊(duì)的機(jī)子每三年就要更新?lián)Q代，電機(jī)從60瓦增加到150瓦再到250瓦，計(jì)算機(jī)的芯片處理速度和頻率控制機(jī)也已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際水平。機(jī)器人的攝像機(jī)也要每年更換，一開(kāi)始，“water”隊(duì)用的是模擬攝像頭，場(chǎng)地圖像處理非常不清晰，這些年，在學(xué)校的支持下，逐步從CCD攝像機(jī)換到了最高清的攝像頭。

硬件水平不斷更新，“water”隊(duì)的隊(duì)員人數(shù)不斷增加、水平也不斷進(jìn)步，來(lái)自機(jī)電學(xué)院、自動(dòng)化學(xué)院、光電學(xué)院、計(jì)算機(jī)學(xué)院、信管學(xué)院等不同專(zhuān)業(yè)的佼佼者們紛紛加入。

機(jī)器人班的加持

2017年，北京信息科技大學(xué)成立了機(jī)器人班，從各個(gè)學(xué)院的新生中遴選最優(yōu)秀的、對(duì)機(jī)器人感興趣的學(xué)生，經(jīng)過(guò)重重面試，從170人中選出30人，組成研究機(jī)器人的后備軍團(tuán)。

作為跨學(xué)科班級(jí)，學(xué)生們會(huì)接受來(lái)自機(jī)電學(xué)院、自動(dòng)化學(xué)院、光電學(xué)院、通訊學(xué)院和計(jì)算機(jī)學(xué)院老師的授課，這一方面大大增加了學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備，也為他們參加足球機(jī)器人比賽時(shí)更好地運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、編程、視覺(jué)、算法等提供借鑒。

作為以興趣為主的科技小組，“water”隊(duì)招收隊(duì)員時(shí)并不限專(zhuān)業(yè)，王雪雁對(duì)機(jī)器人班的學(xué)生們的期望：“機(jī)器人班的學(xué)生都是從全校選拔出來(lái)的，又對(duì)機(jī)器人感興趣，都是很好的苗子?！?/p>

經(jīng)過(guò)十多年的積淀，“water”隊(duì)已經(jīng)成為了一個(gè)有著完善規(guī)章制度和管理模式的團(tuán)隊(duì)，王雪雁笑言自己已經(jīng)放手好幾年了。選拔從最初的一兩百名挑三五十名開(kāi)始，新隊(duì)員們和老隊(duì)員一起上課，一周上一次，慢慢地會(huì)有人退出，最有潛力、最能吃苦、最有熱情的人會(huì)留下，而每個(gè)老隊(duì)員都會(huì)帶一兩個(gè)新隊(duì)員，那都是嫡傳弟子，讓技術(shù)和知識(shí)一屆一屆流傳下去。

不光在校的學(xué)生有傳承，畢了業(yè)的老校友也對(duì)“water”隊(duì)充滿(mǎn)感情。第一代的學(xué)生有的畢業(yè)后都從事機(jī)器人研究工作，并且已經(jīng)成了專(zhuān)家，“這些學(xué)生一撥接一撥，都特別優(yōu)秀。去年還有畢業(yè)的學(xué)生去英特爾公司，成立了一個(gè)機(jī)器人研究所。”王雪雁說(shuō)。

責(zé)任編輯：尹穎堯 陳曉麗