代码收藏家技术教程 2023-02-28

2022年大学生工程训练比赛：物料搬运之旅

本人和团结参加了2022年大学生工程训练(简称工训赛)校赛选拔，准备了几个月的时间和花费了较多的资金，由于疫情等多种情况，很遗憾未能参加湖南省省赛，过了这么久还是写个博客记录参赛准备和调试过程。

一、比赛要求

比赛流程：水平铺设的赛场尺寸为2400>2400 (mm)正方形平面区域(如图1所示，两条红色的中心线，实际上没有)，赛场周围安装80 mm高的亚光白色挡板，仅作为场地边界标识,不宜作为寻边、定位等其它任何用途。赛道地面为浅黄色，地面图案中央设有4块340>340 (mm)黑色方框，为机器人不能进入区域，线宽(方框内侧)为20mm。在比赛场地内，设置出发区、返回区、中转区、物料投放区(前线)、挂件区(后方)。其中机器人初赛自主规划路径，完成战争物资的搬运过程，取货(中转区)，运送前线(物料投放区)，胜利后挂奖章(挂件区) ;机器人决赛，两台机器人传递情报(出发区)，飞车夺物 (中转区)，敌后安装炸弹爆破(物料投放区)，胜利会师(挂件区)。出发区和返回区的尺寸均为300×300 (mm)，颜色分别为青色和紫色。

二、整体思路

智能物流搬运小车采用树莓派做为小车的大脑，通过和stm32和Arduino、激光雷达等通讯达到比赛要求定位，机械臂，移动等操作，通过树莓派接收IMU、激光雷达进行里程计的算法确定当前位置、通过ros给与目标点，计算出最信任路径，并且通过对物料颜色、边沿识别调整智能车位置，调整完毕，机械臂进行抓取和精准放置。

系统方案难点：

1、定位：定位采用激光雷达、IMU等较精密模块，对底盘驱动要求极为苛刻

2、物料识别：对于物料的识别过程中需要精准的传输物料的位置信息给树莓派，光源、杂波会识别造成影响

3、机械臂：通过设想需要自行设计并调试其是否精准抓取并放置物料

三、硬件模块

讲个小故事：在调试的时候，当时我们使用的铝板会导电，发生了俩次意外，短路导致实验室电闸都跳了，实验室一半的电脑黑屏，所以大家一定要注意，不然芯片易烧坏也不安全！

硬件本次使用了较多，包括整个小车的框架，在轮趣科技购买较贵，包括使用树莓派、为了配合电机驱动画了一个stm32来使用减少杜邦线，大家可以比较一下，可以看出本来和电机和霍尔传感器连接的线都减去了，看起来更整洁了也更加稳定。

本次的核心板是自行设计的，所以大家使用的时候要根据自己的io口去设计，由于为了稳定MPU6050，也将其设计进去，经过测试还是很稳定的！

由于使用了很多模块，于是电量使用很多，那么电接口也是很多的，也是为了美化其接线，设计电源管理模块，使用boost和buck'电路，但是该模块在实际使用中不够好，电流输出还是弱了，最终还是买了俩个升压和降压模块，将其设计成一个电源管理模块。

本次最为主要的模块列如下，还包括很多测试但是未使用的器材，所以整体花销还是较大的。

序号	所需器件	7	摄像头模块
1	树莓派	8	电池
2	stm32核心板	9	电源管理模块
3	电机驱动板	10	IMU惯导
4	舵机	11	地图搭建
5	机械臂组件	12	Arduino加驱动板
6	小车结构铝板	13	激光测距模块

四、视觉部分

利用摄像头和通过python编写相关算法对物料的颜色和边缘进行提取和识别，发送正确信息至树莓派，树莓派发送信息给arduino驱动机械臂和发送给32调整智能车的位置。

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本人负责硬件、材料购买和文章方面，视觉和定位方面不能详细为大家介绍，只能稍提一嘴

其中光线会影响到其识别到的位置，所以需要高精度的滤波，使用膨化，腐蚀等方法尽量的消除外界的影响，从而传递一个精确的位置给树莓派主控。

五、机械臂部分

机械臂使用的为分开购买舵机和组件，大家要注意的是：舵机一个一个调零后再进行组装，不然组装好了还得拆，很麻烦的，当时我和学弟俩个花了好久才最终搞好这个机械臂，因为不是一套的，所以部分卡住，需要暴力组装，当时设想的是从上往下抓物料，通过在网上寻找找到了一个类似这样的，但是通过打印出来实际效果不够好。