提起水下机器人，大多数人可能并不熟悉。但无论是潜入大洋的“蛟龙号”还是在深海中勘探资源的“海龙三号”，或是搜索马航MH370的水下智能机器人，它们的工作原理都可以追溯到小小的水下机器人。近期，我校本科生在水下机器人研制方面取得了重大突破，信息工程学院智能机器人创新基地学生团队的王凯甬、杨轩轩、吴东、邢苏阳和应前进等5位同学组成的郑州大学水下机器人团队，在八月份四川省宜宾市举办的2018年中国机器人大赛水下机器人巡游项目中夺得冠军。
　　中国机器人大赛是中国最权威、最具影响力的机器人学科竞赛，也是国际顶尖人才汇集的活动之一。此次我校水下机器人团队以打破赛会记录的成绩夺得水下机器人水中巡游项目的冠军，标志着我校在此领域达到了全国高校领先水平。
　　从大一入学开始，对水下机器人怀着强烈兴趣的5位同学就报名加入了信息工程学院智能机器人创新基地。从加入创新基地开始，王凯甬、杨轩轩等人就已经将目光瞄向了2018年的中国机器人大赛。他们几乎把除了上课之外的所有时间都花在了实验室里，白天正常学习的他们，晚上要在实验室进行大量的实验和分析。“忙起来的时候，中午经常是吃几口饭就赶回实验室了。”杨轩轩说。
　　经过大一一年的实验和构思，5个人在大二上学期开始将构思付诸实践来打磨水下机器人。在整个机型的设置上，团队成员根据流体力学理论，设计了一个类似于“大黄蜂跑车”的机型。机器人整体呈流线型，但头部为类似鲸鱼头的圆弧形。经过反复实验验证，这个机型在水中前进时受到的阻力极小。
　　在设计机器的过程中，队员们也有过争议。机身前面设置了一个放置摄像头的透明圆筒，当时团队成员就这个圆筒的放置方向产生了很大分歧。“竖着放，圆筒周围漏出的空隙很少，理论上防水性能相对较好；横向放置则可以使用双目摄像头，能有效扩大机器人的视野。”王凯甬说。相持不下的双方只能在实验室的小水池进行测试，最后发现两种方法的防水性能差不多，于是便采用了能扩大视野的第二种方案。
　　由于3D打印机的打印尺寸有限，团队成员只能将整个机型外壳分为32个部分，对每一部分编号，一块一块地打印制作，最后利用计算机模拟拼装后进行机器人组装：用丙酮将32个部分拼接缝合，用原子灰填补缝隙，最后喷漆。在参赛时，看到这样漂亮的水下机器人，许多其他高校的老师甚至认为这是他们违规从商业公司购买的成品，也有老师连连赞叹：“从来没见过这么漂亮的机器！”
　　浮心是物体受浮力的作用点，而水下机器人要想在水底保持平衡，重心和浮心必须在同一个位置上，不能有一丝一毫的偏差。为了节约成本、一次成型，团队成员用精密的电子秤，测出32个部分中每一部分的质量，然后用软件建模，求出重心的位置，再用流体力学软件来求浮心的位置。如果两者不在同一个位置，就需要做出调整。“比如说重心偏前，我们只能把机身仓库里的传感器、微型电脑等往后调整。如果浮心偏后，我们机身的头部需要做大一些。”就这样经过十余次的更改，水下巡游机器人的两个“心”完全重合在了一起。
　　水下巡游机器人在水下自主运行，不仅要自行判断平面位置，更需要精确定位自己所处的深度。负责电子模块调试的邢苏阳和应前进在机器中添加了液位变送器，可以精确定深，完成水下信息采集、处理。除此之外，两位成员在陀螺仪的工作程序中添加了卡尔曼绿波算法等数种新算法，使传输数据的精度大大提高。
　　制作水下机器人最后也是最重要的一步是做防水，是用防水螺丝、垫圈、卡夫特胶等材料对机身的各个部分做防水处理，工作量巨大。距比赛还有一个月时，一个控制机器人姿态的电子芯片模块突然失灵了。为了节约时间和材料，团队成员只能把白天把机器人送下水调试，晚上拆机维修电子模块，然后装机做防水处理。经过三天三夜的奋战，这个电子芯片模块才恢复正常。
　　2018年的全国机器人大赛在四川省宜宾市举行。因为不适应当地气候，王凯甬和吴东都患上了热感冒，但在正式比赛开始前，两人还是坚持轮班调试机器，熟悉比赛场地。
　　“我们目前的水平，已经远远超过去年的比赛冠军了。”对自己的机器人充满信心的王凯甬在入场时这样鼓励其他队员。比赛中每支队伍共有25分钟的比赛时间，1.5米深的水池中共设置 8个目标框和2个目标球。机器人需要通过 8个目标框然后撞击目标球，每次尝试失败后都必须从终点重新开始，比赛结果取25分钟内的最好成绩。在我校代表队上场之前，集美大学代表队凭借优秀的表现打破了赛会纪录。加之出场次序靠后，原本清澈的比赛场地变得浑浊，这让原本充满信心的团队成员变得紧张起来。
　　正式上场时，应前进运用出色的编程技术，在机器人图像处理程序中添加了一个新的算法，从而大大提高了接收图像的清晰度。但在前两次的尝试中，机器人仍“发挥失常”，得分较低。第三次尝试开始之前，邢苏阳为机器人控制系统临时编写了一个算法，对传统的边寻找目标边调整姿态的运行模式做出了很大调整。机器人下水后，先是自动后退扩大视野，头部摆动寻找目标框，然后调整姿态一次性通过了8个目标框，最后向目标球撞击过去。
　　“1200分！冠军！”队长王凯甬大声喊道。裁判和观众也被他们出色的比赛表现所折服，爆发出一阵阵热烈的掌声。重庆交通大学的指导老师赞叹道：“看，这才是真正的水下巡游机器人！”最终，郑州大学代表队以高出第二名600分的成绩打破赛会纪录获得冠军。
　　赛后，本届水下机器人大赛的赛事负责人、哈尔滨工程大学的刘文智老师如是评价我校代表队：“郑州大学水下机器人代表队是有史以来唯一一个能完成巡游项目所有规定动作的团队，他们的参赛机器设计精美、性能优良，在各个方面都是目前各队中最好的。”
　　获得冠军之后，团队5人现在有了更远大的发展计划。“比赛夺冠只是对我们本科生研究的激励，我们并不想让它只存在于实验室，而是真正应用到社会中去，产生一定的效益，让我们的科研创新在海底搜救、资源开发、海底考古、水质检测、泄露治理等方面成功运用，对社会有所贡献。”队长王凯甬说。