梁山派開發(fā)板-21年電賽F題-送藥小車-賽題分析

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1.賽題分析

原始題目

題目分析

結(jié)構(gòu)相關(guān)

小車長×寬×高不大于 25cm×20cm×25cm，只能使用普通車輪。在轉(zhuǎn)彎時不能碰到走廊邊緣，所以小車要盡可能小，越小越不容易碰到走廊邊緣。

藥品重約 200g。

硬件相關(guān)

兩個小車均由電池供電。

兩車之間要能無線通訊。

外界不能有任何附加電路與控制裝置。

要有一個 RGB 燈（通過不同的 PWM 值控制來切換顏色）或者直接三個紅，黃，綠燈。

作品應(yīng)能適應(yīng)無陽光直射的自然光照明及頂置多燈照明環(huán)境，測試時不得有特殊照明條件要求。

軟件相關(guān)

每次測試開始時，只允許按一次復(fù)位鍵，裝載藥品后即刻啟動運送時間記時，卸載藥品后即刻啟動返回時間記時。不能人工干預(yù)，測試項目只能測試一次。

在藥房處識別病房號的時間不超過 20s，發(fā)揮部分 1 中自選暫停點處的小車 2 與小車 1 的車頭投影外沿中心點的紅實線距離不小于 70cm。

有任何一個指示燈處于點亮狀態(tài)的小車必須處于停止?fàn)顟B(tài)，運送過程中不允許在同一走廊上錯車或超車。

功能（得分）相關(guān)

近端病房號位置固定不變，中部病房和遠(yuǎn)端病房號（3-8 號）在測試時隨機設(shè)定。

檢測到藥品裝載完成后就開始自動運送。

單個小車運送藥品到指定的近端病房并返回到藥房，運送時間和返回時間均小于 20s，超時扣分。

基本要求

根據(jù)走廊上的標(biāo)識信息自動識別，尋徑將藥品送到指定病房，投影要在門口區(qū)域內(nèi)，

到了指定病房后，點亮紅色指示燈，等待卸載藥品。

人工卸掉藥品后，小車自動熄滅紅色指示燈，開始返回。

自動返回藥房，點亮綠色指示燈。

發(fā)揮部分

兩個小車協(xié)同運送到同一指定的中部病房，小車 1 到達(dá)病房后等待卸載藥品，小車 2 識別病房房號裝載藥品后啟動運送，到達(dá)自選暫停點后暫停，點亮黃色指示燈，等待小車 1 卸載；小車 1 卸載藥品后開始返回，同時控制小車 2 熄滅黃色指示燈，繼續(xù)運送。（從小車 2 啟動運送開始，到小車 1 返回藥房且小車 2 到達(dá)病房的總時間越短越好，不計算小車 2 黃燈亮?xí)r的暫停時間，不超過 60s）

兩個小車協(xié)同運送到不同的遠(yuǎn)端病房送、取藥品，小車 1 送藥，小車 2 取藥。小車 1 識別病房號裝載藥品后開始運送，小車 2 在藥房處識別病房號等待小車 1 的取藥開始指令；小車 1 到達(dá)病房后卸載藥品，開始返回，同時向小車 2 發(fā)送啟動取藥指令；小車 2 收到取藥指令后開始啟動，到達(dá)病房后停止，亮紅色指示燈（從小車 1 返回開始，到小車 1 返回到藥房且小車 2 到達(dá)取藥病房的總時間越短越好，不超過 60s）

其他

如何基于梁山派制作一個送藥小車

從上面的題目我們可以分析出，完成題目的基礎(chǔ)要求有這些：

主控

驅(qū)動小車前進(jìn)和轉(zhuǎn)彎的動力裝置（只能用普通車輪）

驅(qū)動方式選擇

后驅(qū)+前置舵機轉(zhuǎn)向方式（就是平常路上開的那種小轎車的結(jié)構(gòu)，適用于路線直角轉(zhuǎn)彎比較少的地方，相信大家也知道汽車過直角彎有多麻煩，這種對轉(zhuǎn)彎半徑要求較高，并且還需要考慮后兩輪差速問題）

四輪驅(qū)動+差速轉(zhuǎn)彎（比如最近比亞迪新出的仰望 U8，他的輪子由四個電機獨立控制，每一個電機可以單獨控制輪子實現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，當(dāng)左側(cè)兩個輪子和右側(cè)兩個輪子以相反的方向轉(zhuǎn)動時，就可以實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向）

兩輪驅(qū)動+萬向輪||牛眼輪（對于這個比賽我認(rèn)為用兩個輪子+一個或兩個從動輪就夠用了，而且輪子電機少，做出來的小車尺寸也更小，不容易壓到題目中說的走廊邊緣。這個的轉(zhuǎn)彎就是給兩個電機不同的轉(zhuǎn)動方向就行了）

電機選擇

直流減速有刷電機

轉(zhuǎn)速范圍廣，轉(zhuǎn)速高，扭矩大。

控制簡單，使用方便。

價格低廉。

需要外接減速器，體積較大。

轉(zhuǎn)速波動較大，精度不高。

不適合高精度運動控制。

步進(jìn)電機

轉(zhuǎn)動精度高，不需要編碼器。

可以實現(xiàn)高精度定位和運動控制。

適合低速高精度運動。

轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)速慢。

需要驅(qū)動器，控制復(fù)雜。

價格相對較高。

FOC 無刷電機

轉(zhuǎn)速范圍廣，轉(zhuǎn)速高，扭矩大。

轉(zhuǎn)速精度高，控制精度高。

能夠?qū)崿F(xiàn)高效能、低噪音的運行。

硬件成本相對較高。

控制復(fù)雜，需要配合專門的控制器使用。

對控制算法的要求較高。

直流電機電機驅(qū)動選擇

輪子選擇

檢測地圖中紅線以及檢測門口區(qū)域（黑色）

視覺識別

Openmv（現(xiàn)在最火的嵌入式機器視覺模塊，使用 MicroPython 驅(qū)動，可以把它當(dāng)成一個可編程攝像頭）

K210（是國內(nèi)廠家勘智研發(fā)的一款采用 RISC-V 處理器架構(gòu)，典型設(shè)備功耗 1w，算力1TOPS 的 AI 芯片，自帶 SRAM，可以在本地完成數(shù)據(jù)的處理和存儲，國內(nèi)廠家也根據(jù) openmv 的 IDE 重新制作了 Canmv IDE 和 Maixpy IDE）

樹莓派，卡片個人電腦，可以在上面直接運行 OpenCV，進(jìn)行循跡和數(shù)字識別，性能比上面兩個都強得多，但是開發(fā)難度也是最大的，它可以用很高清的攝像頭，用它來參賽簡直可以說是降維打擊。

光電二極管灰度傳感器（主要是利用光電二極管對光線的敏感性，通過測量物體表面反射的光線強度來確定物體表面的灰度值，探測到不同顏色地面時會產(chǎn)生不同的電壓值，電壓值會隨被測面的顏色變化而變化，所以理論上可以識別任意顏色）

模擬式（模擬式需要單片機自帶 AD 采集（模擬量采集），采集到的信息更準(zhǔn)確，需要在單片機端自己設(shè)置閾值來進(jìn)行判斷當(dāng)前識別的顏色）

數(shù)字式（他就是基于模擬式，一般會自帶一個處理芯片或者比較器，通過手動調(diào)整電路板上的旋轉(zhuǎn)電阻器來設(shè)置靈敏度，針腳直接輸出的就是高低電平）

紅外反射傳感器（只適用于黑線識別，調(diào)整非常麻煩，基本上是不能用，雖然他簡單，不易受光線影響，但是他是無法區(qū)分白和紅的，而本次題目中是紅線）

線性CCD，可以說他是只有一個像素的攝像頭，是一個一維的攝像頭，他可以很容易識別紅色與白色。

小車底板和固定藥品裝置，固定攝像頭機構(gòu)，供電電池，緊急開關(guān)

小車底板一般常用的板材有

亞克力板

碳纖板

玻纖板

電木板

鋁合金板

固定藥品裝置

固定攝像頭裝置

供電電池

緊急開關(guān)

用來識別任務(wù)目標(biāo)房號和走廊上房號的數(shù)字識別模塊

用來指示小車工作狀態(tài)的的 LED 燈

Reverse Voltage: 5V（最大反向電壓，超過這個就會壞）

Forward Current: （正向電流）

R: 25mA

G: 25mA

Y: 25mA

Forward Voltage: （正向電壓）

R: 2.0V

G: 3.3V

Y: 2.0V

R：電阻值：120Ω，功率 0.075 -貼片電阻 0603 以上-立創(chuàng)商城編號：C22787

G：電阻值：68Ω，功率 0.0425 -貼片電阻 0402 以上-立創(chuàng)商城編號：C25254

Y：電阻值：120Ω，功率 0.075 -貼片電阻 0603 以上-立創(chuàng)商城編號：C22787

用于雙車通訊的無線模塊

WiFi 模塊：WiFi 模塊可以實現(xiàn)高速無線網(wǎng)絡(luò)連接，但是其功耗較高，不適合低功耗應(yīng)用。

藍(lán)牙模塊：藍(lán)牙模塊具有低功耗、短距離通信等特點，但是其傳輸速率較慢，適用于數(shù)據(jù)量較小的場景。

Zigbee 模塊：Zigbee 模塊具有低功耗、低成本、自組網(wǎng)等特點，適用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

LoRa 模塊：LoRa 模塊具有長距離、低功耗、低成本等特點，適用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

NB-IoT 模塊：NB-IoT 模塊具有低功耗、廣覆蓋等特點，適用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

其他附加

可以加一個無源蜂鳴器來進(jìn)行提示和報警，當(dāng)電池電壓過低或者出現(xiàn)錯誤時進(jìn)行蜂鳴器報警。

可以加一個六軸或者九軸的姿態(tài)傳感器，通過姿態(tài)解算可以得到當(dāng)前航向角，可以讓小車在一定時間內(nèi)保持車頭朝向不變，這樣就算車輪打滑小車的車頭朝向也不會大變。但是這個方法對姿態(tài)傳感器的數(shù)據(jù)要求和算法處理的要求也很高。

預(yù)留灰度傳感器的接口，別萬一識別巡線效果拉了，硬著頭皮也走不下去就G了，多給自己留條后路。

加一個 CAN 芯片，如果你想用 can 芯片控制電機的話就可以用了，大疆的 robomaster 系列電機和市面上的一些高性能電機都是可以用 CAN 通訊來控制的

加一個 sbus 電路，參加完比賽做個小遙控車也不錯。