國際空中機器人大賽（International Aerial Robotics Competition，IARC）始創(chuàng)于1991年，由著名機器人學家、佐治亞理工學院教授Robert C. Michelson發(fā)起，由國際無人系統(tǒng)協(xié)會（Association for Unmanned Vehicle Systems International，AUVSI）舉辦并贊助。2012年，該項賽事首次在中國設立亞太賽區(qū)，與美國賽區(qū)賽程一致，依據(jù)共同規(guī)則進行評分，最終產生獲獎隊伍。

 

　　2013年，共有12支代表隊參加了國際空中機器人大賽（亞太賽區(qū)）第二屆比賽的角逐。其中既有清華大學、北京航空航天大學、南京航空航天大學、浙江大學、廈門大學、西北工業(yè)大學、哈爾濱工程大學、中國民航大學、東北大學、海軍航空工程學院等國內名校，也首次吸引到兩所國外大學——卡塔爾大學和印度斯坦理工大學的隊伍參賽。

 

　　比賽包括室內研討、技術答辯、靜態(tài)評判、現(xiàn)場比賽等環(huán)節(jié)，三天時間里，各參賽隊進行了飛行器設計、精確導航、自主控制等方面的精彩展示。

　　圖為清華大學代表隊隊員在為無人機起飛做準備。譚樹龍 攝

 

　　國際空中機器人大賽最突出的特點是需要空中機器人自主完成任務，具有很強的挑戰(zhàn)性和趣味性，目前已經(jīng)歷了六代任務。自2010年開始的第六代任務設置了一個“反恐”場景：一份擬破壞全球安全的機密計劃書藏匿于位于某偏遠小鎮(zhèn)的一個安全機構中，潛伏特工已經(jīng)偵測到該機構有一個安全缺口，計劃用一架小型自主飛行器潛入該機構核心部位，竊取相關機密信息，阻止恐怖分子的破壞行動。要想順利完成任務，參賽隊的小型自主飛行器必須在10分鐘內完成秘密潛入、搜索房間、尋找并調換U盤以及秘密撤退的全過程，難度非常大。

 

 

　　清華大學THRONE代表隊的空中機器人在這次比賽中展現(xiàn)出“強大實力”。8月3日下午，比賽剛剛進入到第2輪，當不少參賽隊還在努力嘗試控制飛行器姿態(tài)、躲過障礙物和警報進入房間時，清華代表隊的空中機器人就直接通過自主飛行順利“潛入”。在走廊與房間中自如轉向、穿行，迅速識別到目標房間，進入后鎖定放置U盤的桌子，下降，精確地抓住U盤并調換以假U盤，順利飛出，盤旋落地。成功了！現(xiàn)場一片沸騰。這是4年來兩個賽區(qū)中第一支完成任務的隊伍！

　　圖為現(xiàn)場大屏幕顯示清華大學代表隊的無人機在大賽第二輪比賽中成功潛入目標房間并順利抓取U盤的情景。譚樹龍 攝

 

　　在8月4日下午的最后一輪比賽中，任務難度進一步加大，U盤被放置在一個套間的里間中，這是難度最大的一個場景。勇于嘗試的清華代表隊這次更換了一個搜索效率更高的新策略，幾番艱難的尋覓后，他們再次成功抓取并更換了U盤。雖然最后由于超時和能源耗盡未能再次完成任務，但他們的精彩表現(xiàn)依然贏得在場專家、觀眾和兄弟院校代表隊的熱烈掌聲。

　　圖為清華大學代表隊隊員慶祝成功的熱烈場面。譚樹龍 攝

 

　　國際無人系統(tǒng)協(xié)會基金會執(zhí)行主任Daryl Davidson第一時間表達了對清華代表隊的祝賀。他表示，清華的隊員們一次又一次做到了賽前大家認為可能無法完成的事，這是非凡的成績，給人留下了極為深刻的印象。

 

　　清華代表隊最終以優(yōu)異表現(xiàn)獲得了此次比賽亞太賽區(qū)的“最佳任務完成獎”（Best Mission Completion Award）和“最佳靜態(tài)展示獎”（Best Static Judging Presentation Award）。由于今年美國賽區(qū)的比賽將于稍晚些時候的8月5日~8月8日舉行，最終的大獎歸屬還要等待美國賽區(qū)參賽隊的表現(xiàn)。

　　圖為在主樓前區(qū)的空中機器人精彩表演。石加東 攝

 

　　2013國際空中機器人大賽（亞太賽區(qū)）由中國航空學會導航、制導與控制分會和飛行器控制一體化技術重點實驗室主辦，清華大學和中航工業(yè)西安飛行自動控制研究所承辦，中國航空學會、北京航空航天大學、中航工業(yè)沈陽飛機設計研究所、中航工業(yè)西安航空計算機技術研究所協(xié)辦。

 

　　國際無人系統(tǒng)協(xié)會基金會執(zhí)行主任Daryl Davidson，中國航空學會理事長劉高倬，中國航空學會導航、制導與控制分會名譽主任委員、中航工業(yè)西安飛行自動控制研究所副總設計師張汝麟等出席了比賽開幕式。清華大學黨委副書記韓景陽在開幕式致辭中表示，國際空中機器人大賽兼顧技術難度和趣味性，以問題驅動的方式將前沿技術轉化為現(xiàn)實，這種方式有助于培養(yǎng)青年學生的創(chuàng)新思維和實踐動手能力，這也正是未來科技人才所必需的能力。

 

　　作為比賽東道主，清華大學在推動參賽高校交流和科學普及方面作出了不少努力。例如在賽前舉行飛行控制技術論壇，邀請專家介紹本領域前沿動態(tài)；將比賽的靜態(tài)展示環(huán)節(jié)拓展為公開交流展示的形式，同時引入編隊飛行表演，吸引更多科學愛好者觀摩等。首次參賽的印度斯坦理工大學隊長Muhammed Rizwan表示，能夠參與這樣的國際高水平賽事是一項榮譽，參賽的主要目的不是獲勝，而是團隊合作和分享。Rizwan特別感謝清華的組織者和志愿者給予他們無微不至的幫助和支持，使他們在參賽的同時收獲了難忘的友誼。

 

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　　國際空中機器人大賽歷次任務：

 

　　國際空中機器人大賽最突出的特點是需要空中機器人在無人干預下自主完成任務，具有很強的挑戰(zhàn)性和趣味性。目前已經(jīng)歷了六代任務。第一代任務要求空中機器人完全自主地將金屬圓盤從賽場一側移到另一側，1995年由美國斯坦福大學完成。第二代任務模擬一個核生化廢棄物現(xiàn)場，場內凌亂擺放5個半埋的廢料桶，空中機器人需搜索該區(qū)域，根據(jù)桶上的標志識別桶內物品，并取回一個標志，1997年由卡耐基梅隆大學完成。第三代任務要求空中機器人完全自主地飛到災害現(xiàn)場，從建筑廢墟中搜索生還者，2000年由德國柏林理工大學完成。第四代任務構思了3個極富故事性的場景——救援人質、核電廠搶險、古墓奪寶，為搶救珍貴資料，派遣空中機器人運送任務機器人進入古墓，拍攝掛毯內容并傳回照片，2008年由幾個隊分別完成。第五代任務延續(xù)上任務中的第二個場景，一個自主控制的機器人接近一個尚未關閉的反應堆，并派出一架小型自主子飛行器進入反應堆控制室，拍下主控制儀表盤和開關的照片并傳送給遠處的專家，2009年由美國麻省理工學院完成。2010年起進入第六代任務，背景是潛伏于某情報機構的特工稱一份擬破壞全球安全的機密計劃書藏匿于位于某偏遠小鎮(zhèn)的一個安全機構中，該特工已經(jīng)偵測到該機構有一個安全缺口，計劃用一架小型自主飛行器潛入該機構核心部位，竊取相關機密信息，阻止恐怖分子的破壞行動。

 

　　清華大學THRONE代表隊介紹：

 

　　在清華自動化系承擔的973項目和清華信息科學與技術國家實驗室（籌）重點創(chuàng)新研究團隊項目的支持下，戴瓊海教授、周東華教授、鐘宜生教授和張濤教授等領導的團隊開展無人機視覺導航研究，取得了重要進展。

 

　　在戴瓊海教授的帶領下，THRONE代表隊成立于2012年5月，隊長為自動化系博士后李一鵬。在2012年IARC比賽中，THRONE代表隊獲得亞太賽區(qū)“最佳系統(tǒng)控制獎”，其自主飛行能力在參賽的全球兩個賽區(qū)的21支隊伍中（13所國外大學、8所國內大學）排名第四。

 

　　本屆比賽清華的參賽隊伍由來自自動化系和錢學森力學班的15人組成，包括博士后3人、碩士生4人、本科生8人。借鑒整個團隊在視覺導航理論研究上的突出成果，THRONE代表隊的無人機室內自定位精度達到厘米級別，在未知環(huán)境探索和建模及控制方面均獲得了重要的技術突破。

 

　　本次參賽的THRONE四旋翼飛行器實現(xiàn)了未知室內環(huán)境增量式實時建模（刷新率40赫茲，精度5厘米）、高精度飛行器控制（控制精度3厘米）、高效未知環(huán)境路徑規(guī)劃以及U盤抓取裝置設計。