第十六届全国大学生智能车竞赛创意组别-航天智慧物流

 
竞赛正式文档可以在全国大学生智能车竞赛网站下载：https://smartcar.cdstm.cn

第十六届全国大学生智能车创意组包括有三个组别：

• 第十六届全国大学生智能汽车竞赛创意组-百度智慧交通
• 第十六届全国大学生智能车竞赛创意组-讯飞智慧餐厅
• 第十六届全国大学生智能车竞赛创意组别-航天智慧物流

 

▌1.竞赛背景

---

  全国大学生智能汽车竞赛是以智能汽车为研究对象的创意性科技竞赛，是面向全国大学生的一种具有探索性工程的实践活动，是教育部倡导的大学生科技竞赛之一。竞赛以立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越为指导思想，培养大学生的创意性科技竞赛能力。

  近年来，人工智能这一科技浪潮正在深刻改变着世界，智能机器人作为人工智能的一个综合性载体已经开始渗透进日常生活的方方面面。随着我国国民经济的高速发展和先进自动控制设备的广泛采用，以及人力成本的日益增加，对自动化搬运环节的需求也越来越大，但是目前国内智慧物流方面的技术人才比较匮乏，本次大赛以工业智慧物流为主题，以无人驾驶技术在工业上的应用为基础，围绕人工智能领域典型传感器的使用、操作、编程、调试等内容，考察选手对当下热门的运动控制、无人驾驶算法、视觉识别算法的应用能力，强化选手对智能感知技术在工业中应用的综合技能，为在工业领域推广应用人工智能技术打下良好的基础。总决赛成绩前10的队伍可以获得航天三院内推名额。科技强军，航天报国！

 

▌2.参赛要求及赛程安排

---

2.1参赛要求

1. 航天智慧物流创意组比赛作为智能汽车竞赛的创意比赛面向全国全日制在校研究生、本科生和专科生。
2. 每个队伍最多参与学生5人，指导老师1~2名。
3. 每个学校的二级学院只能允许两支队伍参加线下分赛区选拔赛。

2.2赛事时间安排

赛段	时间点	进度
线上预选赛	2021年1月6日	线上预选赛开启报名
线上预选赛	2021年4月10日	线上预选赛报名入口关闭，报名结束
线上预选赛	2021年4月15日	公布线上成绩及获得使用权队伍名单
分赛区选拔赛	2021年4月16日	发放并邮寄整套航天·轻舟机器人
分赛区选拔赛	2021年4月-7月	提供线上或线下的技术培训（多次）
分赛区选拔赛	2021年7月-8月	分赛区选拔赛举办
全国总决赛	2021年8月	全国总决赛举办

 

▌3.线上预选赛报名及选拔方案

---

3.1线上赛报名

  在全国大学生智能汽车竞赛的官方网站进行报名或者发送邮件到邮箱[email protected]进行报名及相关咨询，参赛报名回执表见附件2。

3.2筛选方案

  本次竞赛协办方提供50台车模等设备赞助，提供车模在本赛季竞赛期间的使用权。最后综合线上预选赛的成绩，公布参加分赛区选拔赛的参赛队伍名单，在全部队伍中评选出50支队伍获取赞助资格。

3.3作品提交

  本次线上预选赛需要按照要求提交测试视频、工程代码和方案报告，将资料在报名截止前发到指定邮箱[email protected]。

3.4需要下载的文件及资料

链接：https://pan.baidu.com/s/1C-tuO3Cg8e2e1pFb7sPuFw
提取码：4xdo

 

▌4.线上预选赛比赛方案

---

4.1线上预选赛规则

  线上预选赛考察选手对智慧物流中智能搬运所需的基础知识以及相关算法的理论学习、软件调试编写能力等。考察内容主要包括技术方案设计和关键技术实现两部分，分值权重各占50%。

4.1.1方案报告撰写

  选手需根据自己的调研，完成智慧物流系统中，搬运机器人的技术方案设计，对智能搬运机器人进行技术梳理，详细阐述如何实现机器人自主导航、上位机调度、货物智能转运以及视觉识别等功能。技术方案的内容可包含方案总体控制思路、所需的技术及多种实现方法的对比、技术的可行性等，方案模板见附件1。

4.1.2关键技术的实现

  选手根据提供的相关技术资料，完成关键技术点的学习及代码编写测试。

（1）单片机驱动电机、转向舵机的运动控制

  学习阿克曼运动模型，前轮转向使用转向舵机控制，后两轮驱动采用直流有刷减速电机，要求使用单片机完成两类电机的控制：

1）驱动电机的正反转控制、差速算法控制
2）转向电机的转向角度控制
3）运行结果视频包括：驱动电机的转反转、舵机左转右转控制，以及基于阿克曼转向的左转右转时驱动电机的差速控制。

（2）中央任务调度系统—通信开发

1）利用Visul studio使用C++语言，建立MFC人机交互界面；
2）创建项目，建立服务器和客户端，传递文字和字符串，编程语言是C++；
3）在2）技术基础上，完成C++和Python3之间的Socket通信，传递文字和字符串；
4）在3）基础上，完成跨平台Windows&linux之间的Socket通信，Windows端使用C++编程，Linux端使用Python3。

（3）计算机视觉

1）交通灯识别

  使用提供的视觉数据，进行代码调试，输出准确的交通灯识别和距离交通灯的相对位置。

 利用OpenCv3中的capture读取交通灯视频；
 识别交通灯视频中的Aruco3标签，确定相对位置；
 识别交通灯状态，输出状态，输出距离交通灯相对位置距离值。

2）图像分割训练
  使用所提供的视觉数据，进行训练，输出车道线训练模型。

 使用待标注的图像，进行正常的图像映射；
 使用Labelme标注图像，生成标签数据；
 进行神经网络训练—FCN，输出神经网络模型。

（4）最短路径规划算法的实现：A*算法，Dijkstra算法

  移动机器人自主导航主要分为定位和路径规划，其中路径规划是自主导航的基本环节之一，研究路径规划算法具有现实意义，本次赛题主要考察选手对于路径规划算法的理解，选手需要使用A*和Dijkstra算法计算给定的地图上面的起点到终点的最优路径，即移动机器人在路径规划中，得知起始点和终止点，在众多的可行驶路径中，选出最短一条（包含各个节点和各个节点间的距离）。

1）使用A*算法计算给定地图上，得知起始点和终止点，选出最短一条（包含各个节点和各个节点间的距离）。
2）使用Dijkstra算法计算给定地图上，得知起始点和终止点，选出最短一条（包含各个节点和各个节点间的距离）。

（5）应用SLAM技术，建立二维栅格化地图

1）查找建图相关资料，了解常用的激光SLAM算法；
2）Ubuntu18.04环境搭建及ROS系统安装；
3）谷歌Cartographer算法建图环境搭建；
4）学习Cartographer算法代码结构；
5）使用Cartagrapher算法进行建图测试，根据资料提供的数据集完成建图练习。

  注意：所有赛题均需提供工程源码和输出结果，录制测试视频，文件命名形式“智慧物流报告&源码+学校+参赛队名”，发送至指定邮箱[email protected]。

4.2智慧物流场景

  智慧物流是指通过智能硬件、物联网、大数据等智慧化技术与手段，提高物流系统分析决策和智能执行的能力，提升整个物流系统的智能化、自动化水平。智慧物流强调信息流与物质流快速、高效、通畅地运转，从而实现降低社会成本，提高生产效率，整合社会资源的目的。

  智能转运作为智慧物流的重要环节，需求量旺盛，需求领域较为集中，主要分布在汽车工业、家电制造、快递运输等行业。转运AGV按照不同的导航方式可以划分为直接坐标导航、电磁导航、磁带导航、光电导航、激光导航、惯性导航、图像识别导航、GPS导航等。

主要应用场景包括：

（1）仓库货物转运

  仓库是AGV小车应用很广泛的地方。因为仓库是专门用来存放货物的地方，不管出库入库都需要转移，工作量很大、所需要的时间也比较长。AGV小车的出现提高了效率，并且减少了人工转移的重担。

（2）生产车间

  AGV小车可以在生产车间展示它的魅力，因为工作人员设定了行驶路径之后，AGV可以自动往返来运输物品。有效提高效率，并且保证物品运送的安全性。

（3）风险场所

  生活中的一些易燃易爆物品以及腐蚀性物品。这些物品的寄存通常比较危险。为了提高安全性，可以使用AGV小车来转移，以减少手动转移过程中发生意外风险的几率。

4.3 实物车模

  在分赛区选拔赛及全国总决赛，将采用如下所示的航天·轻舟机器人作为智能搬运机器人。

(1) 车模外观

^{▲ 轻舟机器人}

^{▲ 轻舟机器人内部结构}

(2) 车模参数

1. 整体结构—采用阿克曼运动模型，同时设备适用于但不限于建图，自主导航，自动驾驶，人机交互，目标检测，人脸识别等多个领域的科研算法验证需求；

2. 整体参数：505mm350mm165mm 长宽高；

3. 机体质量：5kg；

4. 机械配件：铝合金6061铝合金车架板件1套、ABS外壳、POM摆臂、金属避震器；

5. 金属伺服舵机1台：额定电压:7.4V，额定扭矩:4N·m，齿轮材质:不锈钢，转动角度180度；

6. 直流减速电机2台，电压6-16V、带AB双向增量霍尔编码器，额定转矩3.4N.m；

7. 标配高档橡胶轮胎:1组（4个）；

8. 动力锂电池模组—11200毫安时；

9. 锂电池平衡充1个、12V/2A电源适配器1个；

10. 核心板stm32 f103：预留4组超声波传感器接口、2路驱动电机接口、2路舵机接口内置2个按钮模块、蜂鸣器、OLED显示屏、内置开关、PS2接口、CAN通信口、预留3组UART口、IMU接口、USB接口；

11. 电源模块：MP1584—>12V/5V 、DC-DC直流转换模块—>12V/5V4A；

12. 卡片式电脑1套，CPU：四核ARM Cortex-A57 MPCore处理器、GPU：NVIDIA Maxwell128 NVIDIA CUDA核心、内存：4 GB 64位LPDDR4、显卡：HDMI和DisplayPort输出；

13. 工业级单目摄像头：CSI接口，800万像素，160度广角，摄像头支持windows/Linux/Android；

14. 360度激光雷达: 1个，10米测距、配套完整USB串口、SDK开源工具；

15. 高精度IMU： 9轴姿态：3加速度、3陀螺仪、3磁力计，IIC/SPI通信协议；

16. 编程语言：C/C++/Python3，使用软件：Keil5、Kdevelop、VS2015、Pycharm；

17. 安全保护：过电流保护、过电压保护、电压检测；

18. 遥 控 器：索尼PlayStation2手柄 无线版；

19. 环境必用：OpenCV4.0.0、OpenCV3.2.0、Cuda10.2、Pychtorch、Pip3、Rviz、Gazebo；

20. ST-Link仿真器：1个、配套组装工具1套。

 

▌5．分赛区选拔赛规则

---

  分赛区选拔赛将以“智慧物流”为主题进行货物搬运挑战，选手使用开发的中央调度软件，远程发送调度指令，搬运机器人搭载选手开发的激光SLAM算法、路径规划算法、视觉识别算法，进行全局路径规划和局部避障，完成搬运机器人自动导航到装货区停止，装货完成后上位机发送去往卸货区指令，搬运机器人自动前往卸货区等待卸货，搬运期间须准确通过红绿灯、S路、减速带、障碍物等，不能发生碰撞，每成功搬运一次货物，将获得该次挑战中的各项分值。

  分赛区选拔赛具体赛题及相关规则，将于4月中旬公布。

QQ技术交流1群：1029342725

联系人：黄先强 13810998363 北联达科技（天津）有限公司

 

※ 附件

---

附件1：航天智慧物流创意组方案设计报告

  该文档可以在了智能车竞赛网站 http://smartcar.cdstm.cn/index下载。

（1）封面

^{▲ 报告封面}

（2）格式说明

中国航天科工三院 填 写 说 明

1. 正文除特别说明外一律使用小四号宋体字，单倍行距，一级标题为小四号黑体加粗；
2. 正文全部标题层次应整齐清晰，相同层次应采用统一的字体表示；
3. 涉及汉字年月日，统一用数字“2021.01.03”样式书写；
4. 正文中表格用“表1”样式并放在表格上面居中，图用“图1-1”样式并放在图下面居中；
5. 论文所用字体汉字要求为宋体，英文为Times New Roman；
6. 填写正文时，请删除格式模版中相关提示文字。

一、方案立项的目的和必要性

  简述方案的定义或科学与技术含义、潜在的军民用价值、立项的必要性、可能带来的颠覆性意义。

二、国内外现状分析

包括：

1. 国外该领域研究发展趋势
2. 国内研究现状，已完成或正在进行的相关项目研究情况，以及专利检索与分析（列出相关项目清单）

三、方案设计目标及主要技术指标

1. 方案设计目标
2. 技术指标
3. 主要研究内容（包括关键技术）
4. 技术难点和创新点
5. 初步研究方案及途径分析
6. 方案风险分析

四、预期成果和知识产权推广应用前景

1. 预期产生的成果及知识产权（包括实物、软件、论文、专利、技术秘密等方面）
2. 预期效益分析
3. 推广应用前景（包括型号应用、技术进步、产业化等方面）及潜在应用单位

五、现有基础和条件

  包括：

1. 现有技术基础，已完成项目与取得的成果（列出项目与成果清单）
2. 开展本项研究所需硬件设施条件（列出主要设备清单），若存在不足，说明解决途径

六、进度安排和阶段成果形式

  时间节点 主要研究内容 阶段成果形式

  注：“时间节点”填写年月，如2021.01.01。

七、指导老师及参赛团队分工

  指导老师简介，包括基本情况，科研研究方向、取得的成果，正在承担的其他项目等。

  参赛团队主要人员构成及分工，包括技术特点、具体分工等。

附件2：参赛报名回执表

  该文档可以在了智能车竞赛网站 http://smartcar.cdstm.cn/index下载。