在7月26日于巴西結(jié)束的全球頂尖機(jī)器人足球比賽—機(jī)器人世界杯（RobCup）中，浙江大學(xué)師生研發(fā)的機(jī)器人擊敗來自多個國家的強(qiáng)大對手，奪得冠軍。這些小小機(jī)器人在屬于自己的“綠茵場”上奔跑、傳接、射門，默契度和精準(zhǔn)性令人贊嘆。
記者日前來到浙江大學(xué)機(jī)器人研究中心，凱旋的浙大ZJUNlict團(tuán)隊介紹了“冠軍機(jī)器人”所蘊(yùn)含的精妙技術(shù)。
機(jī)器人世界杯賽中國隊擊敗所有強(qiáng)大對手—
冠軍機(jī)器人，浙大“智”造
“球員”構(gòu)造精密
我們先來認(rèn)識一下這些奪冠的小家伙：它們大約15厘米高，3千克重，圓柱形的身材。機(jī)器人的腿腳是4個全向輪，由塑料、鋼圈、鋁和橡膠等多種材料制成，輪子外面還有金屬的保護(hù)套，以防止它們在激烈的拼搶中“受傷”。
“機(jī)器人從電池獲得動力，運(yùn)轉(zhuǎn)速度很快。” 浙大ZJUNlict團(tuán)隊成員、主攻電力系統(tǒng)的研究生宣羿說，“它們一秒鐘能行駛3至4米。”
機(jī)器人身子底下有一個類似打印機(jī)中的滾筒裝置，可以把機(jī)器人足球比賽的用球—一枚染成橙色的高爾夫球吸住，機(jī)器人就能像現(xiàn)實中的足球運(yùn)動員一樣帶球跑動了。
在傳球或射門時，機(jī)器人靠的是威力強(qiáng)大的“電磁炮”—它們體內(nèi)裝有電磁鐵裝置，將小球推射出去。并且有一個調(diào)節(jié)開關(guān)，可以精確控制電磁鐵發(fā)出的推力的大小，以保證球落到準(zhǔn)確的位置。
除此之外，每個機(jī)器人還都有一個最重要的大腦：一套處理器系統(tǒng)。
一個足球機(jī)器人已是如此精密復(fù)雜，而一場比賽中，兩隊分別派出的是6個這樣的機(jī)器人，比賽打得精彩紛呈，是誰在操控它們？
答案是：機(jī)器人自己。場地上方，兩臺全景攝像機(jī)把各個機(jī)器人和比賽用球的實時信息悉數(shù)采集過來，轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)，傳輸?shù)絽①愱犖挥趫鐾獾挠嬎銠C(jī)里。這臺計算機(jī)就像一個總指揮：它擁有強(qiáng)大的運(yùn)算能力，根據(jù)數(shù)據(jù)生成一個球場的模擬景象，分析當(dāng)前局面，提出下一步的策略。計算機(jī)的命令，通過無線技術(shù)發(fā)送給每一個機(jī)器人，后者接收并隨即采取相應(yīng)行動—或攔截、或傳球、或射門……
浙大ZJUNlict團(tuán)隊成員、控制科學(xué)與工程學(xué)系博士生毛翊超說，從攝像機(jī)采集信息到機(jī)器人做出反應(yīng)，整個過程耗時僅16毫秒。整場比賽，就是在計算機(jī)和機(jī)器人的合作下完成的。開場哨一響，任何隊員都不能再碰觸計算機(jī)或機(jī)器人。
技術(shù)軟硬兼?zhèn)?/div>
在機(jī)器人足球賽中，雙方比拼的不是體能，而是從人工智能到機(jī)械電氣的一系列軟硬件技術(shù)。
浙江大學(xué)智能系統(tǒng)與控制研究所機(jī)器人實驗室主任熊蓉教授說，本次奪冠的機(jī)器人表現(xiàn)出了更加優(yōu)異的單車性能，它們運(yùn)動靈活，又不怕碰撞，球星范兒十足。在決賽中，浙大團(tuán)隊的一臺機(jī)器人在5個對方球員的圍堵下，仍能找到空擋射門，球被撲出后，還能再搶下來補(bǔ)射，最終鎖定勝局。
編程也很重要。機(jī)器人在場上能夠協(xié)同合作，攻防自如，全靠計算機(jī)的規(guī)劃。隊員們編制了60多套戰(zhàn)術(shù)，并且可以根據(jù)場上局勢，在1秒內(nèi)進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)間的切換。“本次比賽中，我們進(jìn)一步提升了機(jī)器人的人工智能，它們變得更加不容易犯規(guī)，在發(fā)定位球時也更聰明了。”宣羿說。
在隊員們備戰(zhàn)的實驗室里，幾塊寫字板上密密麻麻地記錄了機(jī)器人“成長”的艱辛歷程。光是在人工智能的完善方面，就包括：點球的進(jìn)攻和防守、兩車防守的漏球問題、傳球的判斷、后場的挑球和截球測試、射門的優(yōu)化、接球后轉(zhuǎn)身加速的調(diào)節(jié)、兩車防開球等等一系列細(xì)節(jié)。這些技術(shù)問題被攻克的背后，是反復(fù)的編寫代碼與測試。
在硬件上同樣需要隊員們親力親為，材料、機(jī)械、電機(jī)、電路，從設(shè)計到選型，每個環(huán)節(jié)都關(guān)系到最終比賽的成敗。吸球的滾筒用什么材料？用哪種型號的螺絲？彈簧和防靜電袋將如何改善機(jī)器人的場上表現(xiàn)？對這些看似細(xì)枝末節(jié)問題的回答，恰恰代表了這個團(tuán)隊的整體水平。
應(yīng)用前景廣闊
為什么機(jī)器人世界杯能夠年復(fù)一年吸引世界各國的優(yōu)秀技術(shù)人才？熊蓉認(rèn)為，這是一個創(chuàng)新思維和技術(shù)能力碰撞的高端平臺，驅(qū)動機(jī)器人在球場上奪冠的技術(shù)，同樣被應(yīng)用到現(xiàn)代生活的方方面面。
“比如，機(jī)器人在場上傳接射門，使用了路徑規(guī)劃技術(shù)。而如果要開發(fā)一款機(jī)器人，在一片廣袤的土地上對電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行巡檢，就需要這種技術(shù)。”毛翊超說。又如，采集場地信息、精確識別出機(jī)器人位置的全景攝像機(jī)，可以為大型停車場服務(wù)，方便地標(biāo)示出空余車位。在碼頭，裝卸集裝箱的工業(yè)機(jī)器人同樣需要裝配協(xié)作、避障等人工智能。
機(jī)器人科技發(fā)展水平已經(jīng)成為衡量一國科技創(chuàng)新能力的重要標(biāo)志。“在研發(fā)機(jī)器人的過程中，我們深刻認(rèn)識到，我國和發(fā)達(dá)國家還存在著較大差距。”熊蓉說，我國的機(jī)器人零部件生產(chǎn)水平仍相對落后，浙大奪冠機(jī)器人所使用的許多電機(jī)設(shè)備是進(jìn)口產(chǎn)品。
在“機(jī)器人革命”浪潮席卷全球的時代，我國正加快追趕機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的國際先進(jìn)水平，青年學(xué)子研發(fā)的足球機(jī)器人在世界舞臺上取得的優(yōu)異成績由此成為一種象征。2015年的機(jī)器人世界杯將在我國舉行，屆時，更加先進(jìn)的機(jī)器人將再赴征程。
機(jī)器人足球賽
機(jī)器人足球比賽的場地畫有中線、中圈和門區(qū)。每隊由三個邊長不超過7.5厘米的立方形的遙控小車（機(jī)器人）組成。它們的任務(wù)就是將橘紅色的高爾夫球（足球）撞入對方的球門而力保本方不失球或少失球。比賽規(guī)則與一般足球相似，也有點球、任意球和門球等。只是因電池容量有限，每半場為5分鐘，中間休息10分鐘。下半場結(jié)束時若為平局，則有3分鐘的延長期，也實行突然死亡法和點球大戰(zhàn)。明顯不同之處在于球場四周有圍墻，所以沒有界外球，而在相持10秒后判爭球。
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