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当前位置:中国海洋报 第2236期 第A3版:聚焦

为“海洋行走者”装上“智慧眼”

——记中国水下机器人大赛上唯一一支在华留学生参赛队

  • 海洋行走者水下机器人<br>
  • 三人团队<br>
  


■ 本报记者 朱彧

  前不久,在2017 OIOI中国水下机器人大赛颁奖典礼上中国水下机器人大赛颁奖典礼上,,唯一一支在华留学生参赛队格外吸睛。由他们设计研发的“海洋行走者水下机器人”获得大赛三等奖。他们是来自浙江大学海洋学院的“智慧眼”留学生团队。
  “真没想到我们设计的作品能获奖,我很高兴,也很自豪。”来自巴基斯坦的团队领衔卡姆兰难掩兴奋。
  那么,这是一支怎样的团队?他们是怎样设计出“海洋行走者水下机器人”的?这款水下机器人又有什么特点?日前,记者采访了卡姆兰和他的团队。



忽发奇想

  2016年,卡姆兰获得中国商务部全额奖学金,万里迢迢从巴基斯坦来到中国浙江大学攻读船舶与海洋工程硕士学位。从那时起,他就几乎“长”在了海洋光电感知实验室。
  “当我还是本科生时,就喜欢鼓捣一些机器。平时对地面机器人、水下机器人、机器视觉、水下目标的智能探测有着浓厚的兴趣。我在学校学习了一些水下航行器的基础设计理论,又观摩了国外一些水下机器人,便希望设计一款自己的作品。”正在读研二的卡姆兰将这一想法告诉了导师宋宏,得到了导师的肯定和支持。
  说干就干!2017年3月,卡姆兰找到两位志同道合的好友,一位是来自巴基斯坦、就读港口航道与海洋工程专业的研二学生罗黑,另一位是来自南美圭亚那、就读船舶与海洋工程专业的研二学生鲁道夫。他们为团队取了个响亮的名字——“智慧眼”,专门研究用于水下目标自动探索的智能机器人。
  “卡姆兰很用功,非常有钻研精神,自学能力很强。我每次去实验室,都能看到他在研究专业书籍,学习水下机器人、图像处理相关知识。他很能沉得下心来,所以我相信他能做出成绩。”团队指导老师、浙江大学海洋学院海洋工程与技术研究所副教授宋宏博士如是评价。
  “我们获奖的作品是一种基于混合控制的水下机器人。它既可以听从人的命令,也可以自主执行任务。”卡姆兰介绍说,他们研发设计的“海洋行走者水下机器人”能在水中自由运动,在运动过程中可以保持水平和竖直方向的稳定,同时自主控制姿态,根据规划路径到达目标。
  卡姆兰说,他曾参加过一个水下机器人展览,并操纵一个机器人绕过障碍物。“我遥控着机器人,脑海里越来越强烈地萌生出自己设计水下机器人的愿望,并突发奇想,给机器人取名为‘海洋行走者(Ocean Strider)’。”

螳螂虾的启示

  卡姆兰告诉记者,在研发过程中,他们受到水下动物螳螂虾的启发。螳螂虾的眼睛含有超过5种颜色的受体来观察光谱,可以在水下辨别颜色。而他们希望“海洋行走者”也具备类似的功能,通过不同的色调和饱和度来识别7种不同的颜色。具体地说,就是来自图像传感器的信号被送到控制器,而控制器权衡比例来识别颜色与性状,并在水下进行相应操作。通过这项设计,机器人就可以轻松识别各种物体了。
  该款水下机器人体积较小,功耗非常低,作业距离长。卡姆兰说:“它还配备了LED灯、操纵臂和两个摄像头,一个用于水下地形观测,另一个通过识别环境的色调和饱和度保证机器人自动运行。”
  为了有效对水下物体进行探测和识别,该款水下机器人将超声波探测与光学图像探测相结合。“超声波和光学图像相当于机器人的耳朵和眼睛,能够高效、准确地获取障碍物的位置和颜色信息,再结合微处理器,就能识别和探测水下障碍物,并在运动过程中自动躲避,从而保证安全。”卡姆兰说,机器人水平方向有4个螺旋桨,垂直方向有2个,螺旋桨桨叶采用三叶片尼龙材料,均由无刷电机提供推动力。它可以在手动和自动模式下完成多种水下任务,满足不同的任务需求。
  “在手动模式下,我们可以通过遥控机器人,对准水下目标采样。在自动模式下,它可以检测和识别水下的各种物体,具备多种潜在的应用可能性。比如应用于石油工业中,它能将重物从点A运输到点B,我们只需要设置出发地和目的地的颜色就可以了。”卡姆兰说。

一波三折

  设计过程并非一帆风顺。2017年6月,一个关键难题出现在卡姆兰及其团队面前。“我们希望‘海洋行走者’既能漂浮在水面上,也能沉入深达100米的水中,这需要使用高功率的推进器,使其具有中性的浮力。当我们将机器人放入试验水池中时,它工作正常,但当我们将模式更改为自主寻找池中的对象时,它就只是浮在水面上,并沿着水池壁行走,不能沉入水中。似乎是它的目标检测系统不起作用,最终我们通过使用高转速电机,使机器人实现了此项功能。”卡姆兰说。
  对于自动模式,机器人应该会自主导航,有效识别对象并躲避障碍。卡姆兰说:“测试机器人时,我们又遇到了挑战。花了一个星期,考虑了多种方案,最终我们采用了图像传感器(摄像机)来记录物体,使用超声波传感器来检测物体,让机器人能自如移动。”
  在机器人入水时,其密封的电子机箱又出现了漏水现象。经过思考,卡姆兰他们制作了一些特殊类型的‘O’形圈,并使用了大量润滑剂,成功解决了泄漏难题。
  “那时,我们心里别提有多高兴了!”

创新无限

  谈到成功的感受,卡姆兰说:“主要考的是自信和坚持。当然还有学校、老师和同学的支持和帮助。研发期间,学校给我们提供了试验场地,老师帮我们解决了项目经费,同学为我们购买试验器材,支撑着我们把梦想变成了现实,相信有大家鼓励和支持,我们会做得越来越好!”
  虽然这款机器人智能化程度较高,但卡姆兰并不满足,他说:“我们希望能对‘海洋行走者’进行改进,让它更‘聪明’。我们将改善机器人的视觉系统,使其更加自主化。”
  “我对水下机器人的研究非常着迷。通过设计“海洋行走者”对水下技术有了更多的认识。”拿到硕士学位后,卡姆兰将攻读博士学位。未来,他想加入一家从事水下技术研发的企业,继续开展水下机器人方面的科研攻关。