第七届工程训练大赛智能搬运赛项心得(已更新到国赛)

前言

第七届工程训练大赛省赛落下帷幕已过半月，侥幸取得第二，等待九月份的国赛。对于物流小车智能搬运赛项忙前忙后已有半年，机械工程专业的我来说，完全是零基础从零开始的软硬件开发，一个人完成几乎所有的工作，没有买任何套件和例程。于此有一些心得体会与大家分享。以下可能文不对小标题，不用在意，我只是想到什么说什么。

1.总结

从校赛到省赛，可谓是起起落落起起，深刻体会到实力并不占据比赛的全部，运气拿大头。校赛在寒假过后就开始比了，三分钟跑了一圈完成所有任务后回库，拿了个校一。根据查阅到的第六届的比赛现场，得知大部分小车都只能完成基础的动作，三分钟完成一圈已是大部分人的极限。于是校赛完成后就没有再更新程序了。直到临近比赛的前半个月，陆陆续续有各此赛项的比赛视频上传，我发现这个赛项开始卷起来了。
单说机械臂结构，悬臂梁已经被淘汰，各结构如线传动式机械臂，并联机械臂，三自由度悬臂梁等等，发挥的都要比传统的六自由度悬臂梁机械臂要更精准与稳定。各个小车的底盘结构也非常精致与顺滑，看得我是越来越自闭、越来越羡慕。也很羡慕人家的四人小队，各司其职，而我只能单打独斗，这也是为什么我在对自己车体的机械结构不满后没有重做的原因，没钱没人手更没时间。
迫于那么多优秀队伍的压力，在省赛前几天内完成了三分钟两圈＋码垛。
在这其中深刻体会到的是：机械结构比电控更重要
因为机械结构层出不穷的问题，不得不用电控方面来补偿，浪费了大量的时间与精力。在大部分的时间里我都在用程序与机械打架。

2.车

选材

stm32f1作为核心主控，arduino328用来控制机械臂，
机械臂采用悬臂梁式机械臂，算上爪部为六自由度，没有做动作闭环。
视觉方面采用openmv3（后换成openmv4）
无悬挂麦轮底盘，JY61陀螺仪，直流减速电机，tb6612驱动

视觉——二维码，条形码

在省赛初赛，很不幸，我倒在了视觉上。
由于主办方的失误，导致场地内二维码反光，且印刷模糊，几乎所有以openmv系列开发视觉的队伍无法识别二维码。
更由于我的决策失误，花费了所有测试时间来修复二维码识别。
我更推荐我的学弟们用opencv来开发视觉，虽然扫码枪更好用，但我不喜欢。
对于以上出现的问题，如二维码前有亚克力覆盖导致的反光，二维码模糊无法识别，及其他我遇到的与二维码有关的一些问题，我会单独写一篇博客详细指导如何用openmv识别二维码。

视觉——颜色识别、靶环对准、码垛对准

为了追求极致的速度，所有颜色识别皆为一次识别所有（上下层共六个），这样从比赛开始到物料识别完成只需要不到7秒的时间。
但这对环境和定位的要求很高。
虽然靶环对准非常的好用（并不），然而受到时间的约束，被迫删掉这一功能，可想而知，我浪费在这些不必要东西上的时间有多多。
同样我也会在之后的博客内开源上述有关视觉方面的全部代码。

车体、底盘

车体机械部分是最大的败笔，结构一塌糊涂。近5kg的负重导致下层板变形，机械臂中心过高过前极大地影响车身行进过程中的姿态，冗余的上层板限制了机械臂的活动范围，大量的连接部分皆用哥俩好。
底盘控制部分为PD闭环融合单轴陀螺仪实现速度闭环，位置开环，没有用到寻迹，定位的误差大概在1cm左右。
因为识别与抓取需要更精准的定位，所以用了5个红外传感器找黑线（第二处决策失误，个人感觉用多路灰度传感器更好）。

机械臂

对于多自由度悬臂梁结构，对速度的要求可以放弃了，在省赛初赛交车前因为把速度调快了，舵机承重过高，导致齿轮损坏，这是我万万没想到的。交车时，二维码无法扫描，机械臂舵机报废，这无异于直接宣告着你比赛的结束。
在学校能做到三分钟跑完两圈+码垛，到了现场只能出个库，半夜在酒店内我几近崩溃。
第二天初赛，主办方把二维码重新打印了，能被扫到。可机械臂舵机损坏，没办法完成后续的动作。
幸运的是全靠对手衬托，侥幸过了初赛。
到了决赛，换上了老师连夜回学校找到的舵机，一切似乎好起来了。

2.决赛

决赛的流程是这样的：
下午一点半公布了新形状的物料和场地图，紧接着去加工中心设计新的机械爪。新物料只有半截大拇指大小，幸运的是赛前已经考虑到所有情况，所以并无大碍。三点，主办方收回加工好的机械爪，我们回去取车，带着车前往教室拆装爪子。四点，前往新场地开始调车，直到晚上九点。
场地设置和规则一样随机，精加工区、半成品区色环皆为随机，不过没想到场地内有两个桥，且在整个调试时间内，条形码主办方没给贴。
关于wifi：在五点开始，主办方开始循环发送任务码供我们调试。连到公共局域网后，TCP和UDP都可以使用，我采用的是TPC协议。使用正点原子的atk-esp8266，可以正常接收。
从五点开始，到九点共四个小时，一个场地七八个队伍，我能在场地跑的时间只有一个小时，别的队伍也一样。我事先封装好了所有的代码，到了决赛只需调整参数，紧赶慢赶才能完整的跑完一圈。
因为时间紧迫，并没有和同场的队伍交流路径，导致决赛撞车了。。。
最后跑了大概两百分吧。

3.初赛

初赛看到了一些有意思的，例如大疆的步兵，淘宝同款视觉机械臂，真的没必要。
好多弃赛的、扫不了码的、车坏的，实属正常，我发现这个比赛比电赛还要水一点，判断标准就是运气成分的占比。
这个运气包括很多东西，比如单纯的个人运气，主办方考虑的周到与否，其它队伍的素质问题等等。

4.国赛

2022.4.15更新
发现这篇文章被很多人看到了，有些受宠若惊，潦草地追更一下国赛的体会。
在国赛前的视频赛阶段，这才看到了很多大佬的物流车，发现我们当前的技术实力确实不行。
此时，已经是八月份了，我和我的队员都在紧张的考研。
秉持着对竞赛的热爱以及对国赛取得成就的追求，我们从图书馆重新回到实验室，推翻了现有的物流车版本，
从机械到程序全部重做，终于在半个月后赶工了出来，又调试了半个月的程序。
说一下相较之前更新了什么吧：
1.舵机改用串口舵机，从之前的五自由度悬臂梁式改为了四自由度，独立出放物料的托盘，改进后，单次抓取一个物料到放入车内仅需要2秒。
2.传感器改用四个七路灰度传感器，定位更精确了。
3.花了很多心思在美观设计上，感觉还不错。
4.采用双主控stm32f1，加入闭环控制。
5.重新写了定位的逻辑。
最后跑完两圈回库的用时是2分40秒，并且能准确的码垛。

然而，随着调试次数的增多，舵机的磨损加剧，导致误差越来越大，然而我们已经消耗了太多的精力在比赛上，无力再去换舵机。这就导致了在正式比赛时舵机的转角误差达到了5度左右。
最后，我们初赛的成绩还不错，进了决赛，但是决赛中wifi没有接收到，分数很低，拿了个银奖。
不过这时候我们的心思全在考研上，结果已经不重要了。

现在考研已经结束了，对于工训赛，我整整准备了一年，作为一个纯机械的学生来说，一切的东西对我来说都是崭新的，几乎是边学边做，最后的结果对我来说也是很满意的。现在回顾一下这个比赛，我认为有几个比较重要的地方在这里交流一下：
1.想要取得好成绩，就要舍得砸钱。几乎你的成绩如何，70%取决于钱砸的多少，有钱的可以去了解一下全场定位模块，第一自由度的舵机也一定要用最好的。我们车的成本大概在6k左右，有很多车的成本是1w以上的。
2.零基础小白也适合参与这个赛项，对全栈能力是一个很好的提升方法。
3.这个比赛的技术更新换代很快，两年前的经验基本上没用了。
4.程序最好完全由一个人来写，这个人也要在队伍中有一定的话语权。
5.机械结构很重要，队伍里最好要有个创新能力强的人。
（完结）