工创赛总结与改进——选型建议

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任务目标

1. 扫描二维码
2. 平面移动定位
3. 拿取物料
4. 色环定位
5. 放置物料

比赛总体只有这么些执行要点，每个部分都需要重视，随着序号顺序其重要性降序！最重要的就是扫二维码和移动以及拿物料，一步步进行，才能得分，根据顺序执行，哪个部分寄掉，后面的环节大概率也要寄。
下面对每个环节所需要的主要器件选型做介绍和建议。

扫描二维码方案

这个环节即是最简单的，也是最重要的，也是绝对不能出问题的！一定要稳定！不能出问题！不能依靠运气，在长春国赛，初赛有不少强队因为这个寄了没进决赛，决赛也有不少队因为无法适应位置修改了的二维码板而寄了，这里扫不到数据，后面所有环节全完蛋！一分都没！

这里我分享两种思路：

1. 使用二维码扫描模块直接扫描。

就用这种淘宝几十块钱的二维码模块，以前都是用在超市收银机的，需要用一个串口驱动，这也是我们队国赛的方案。

优点：

• 方便
• 使用简单
• 只要在合适角度，扫描稳定
• 数据简单
• 扫描距离远

缺点

• 慢
• 扫描角度小
• 需要占用一个串口
• 必须要停下来扫描，行走扫描不一定能扫的到

我们队用这个，没在二维码上出过问题！（前提是车车要走到二维码板前）走到了，就能扫到，扫到了数据就有，而这个模块自带补光，可以通过指令开启扫描时补光。这里需要注意国赛初赛规则上写了，不准向场外补光，这里我也不知道向二维码板上补光算不算犯规，所以国赛的时候我用#define修改了扫描指令，没加补光，依然稳定。

2.使用K210或者openmv之类的摄像头模组

优点

• 可编程，可控性强
• 可视角度大，可以换镜头
• 识别速度快，可以跑着扫描
• 可扩展其他功能，不仅用来扫二维码

缺点

• 贵
• 可能会出问题，不稳定
• 需要自己写代码
• 其实没啥缺点

我们队三四月份的时候用的就是V831，有一说一，快！稳定性还行，但我听群里说有人国赛扫描摄像头的时候因为国赛场馆灯光问题，扫不到二维码，我的评价是，哥们没加补光以及代码没调太好可能是，二维码这玩意库那么多，我觉得应该蛮好操作的。

总结

使用啥都行，只要会用。我们队采用的是GM65-二维码扫描模块，稳定，容易更换，排错误，出问题，基本不会去查看该模块的问题。唯一的地方就是，在二维码识别那里，比别的队慢2s，因为我们车车需要停下来扫描。我建议，如果没有别的需求，还是采用GM65就行，如果对自己实力比较有信心，代码稳定，图快的话，可以采用V831或者树莓派。

补充，可以看一下下面两个场地的区别，如果是使用了机械臂上的摄像头功能复用扫描二维码（有的是两个摄像头），需要专门设计一个动作执行二维码扫描，而在决赛的时候，二维码位置变换，在另一侧：我们队是直接把GM65模块（双面胶粘的）拔下来，放在车车的另一侧，保证车车总体运行方向不变；如果用机械臂的话，要么重新设计一个动作，要么修改车车运行方向，决赛发布规则到准备时间结束一共只有五个小时，要对自己的能力有正确的认识。

平面移动方案

两个场地的运动方向是相反的，具体可以看规则————即在决赛需要在五个小时内写一套新的定位移动代码；

比赛场地是分很多个区域的，如果不能准确到达每个区域，就不能得分，甚至会因为碰到黄色区域导致比赛提前结束。

所以，在这个比赛中，电控选手最重要的任务之一就是平面移动和精确定位，车车跑得快，车车跑的准，才能算好。这里我们团队采用的思路是，底盘运动控制粗略定位，视觉识别精确定位。

这里主要分享底盘运动控制粗略定位的电机选型，轮子选型以及视觉识别精确定位的摄像头，板子选型。

底盘运动控制粗略定位

这里直接使用编码器记录车车行走的距离，配合陀螺仪，实现定向定距离移动，考虑到场地打滑，机械结构误差，编码器误差累计等多种影响因素，这种方法会在多次移动、刹车、拐弯之后，出现较大误差；在短距离移动中，使用这种定位方式，可以达到1cm的定位精度，在刹车、拐弯、起步大概5-8次之后，会出现较大误差，不能保证重复定位精度，所以单纯依靠这种方法是行不通的，需要配合视觉定位实现精确定位和累计误差消除。

底盘电机

底盘电机有多重选择

• 直流有刷电机
• 直流步进电机
• 无刷伺服电机

我们队采用的方案是：直流有刷电机+齿轮减速器+光电型编码器

看到国赛场上大部分队采用的都是：步进电机+磁编码器+FOC闭环控制器

几乎没看到有用无刷电机的。

各个选择的个人看法：

直流有刷电机

优点

• 便宜
• 控制简单
• 容易更换
• 刚入门学习用的多
• 上手快
• 配合高精度光电编码器，定位精度还行

缺点

• 精度不够，空程大
• 建议采用行星减速器
• 采用的是电压控制速度，在低速情况下，不能稳定控制扭矩，导致扭矩不够，精度低

我们队用这种电机全然因为是代码更迭下来一直用的是这种电机，代码不好改，或者说是懒，后面用了别的方法来弥补这种电机导致的精度不够，强烈建议使用行星减速器，但最好不要用直流有刷电机，因为这个电机有个致命问题，这个电机是采用降低电压也就是减低功率来减低转速的，在需要低速的情况下，电机扭矩会不够，导致运行不稳定！非常坑！

步进电机

优点

• 便宜
• 控制简单
• 进度高
• 高速也还行，能跑的蛮快的

缺点

• 高速状态下会丢步
• 比较重
• 别的也没啥

相当建议采用步进电机，然后配合张大头的步进电机闭环驱动器，可以实现简单控制，稳定控制，精确控制。国赛上好多人用这个方案，连PID都不用写了。
这里需要提到一个点，就是步进电机在使用时，功率是恒定的，高速和低速情况下，功率都差不多，可以解决有刷电机的低速下扭矩不够的问题，但步进电机在高速下可能会丢步，所以需要采用磁编码器来实现闭环。一般买的闭环驱动器上都会有磁编码器，和电流闭环。所以用步进电机就会很简单，实际操作起来效果也会很好。

无刷电机

优点

• 稳定
• 准
• 速度快
• 劲大
• 好用

缺点

• 贵
• 对嵌入式电控选手要求有点高，得会用
• 如果直接上了伺服电机（驱动一体的那种）上一个选项可以忽略

建议采用无刷电机，真的好用，刹车快，起步快，配合FOC驱动器，嘎嘎好用，换向丝滑，学会使用了连机械臂也解决了。而且这玩意还准！

唯一的问题就是贵，一个电机大概499，好一点的随便上千，有钱的真的可以试试。

麦克纳姆轮

这个比赛车车好像用的都是麦克纳姆轮，说实话，如果机械臂自由度足够的话，车车应该是不需要转向的，一个方向走完全场，控制起来也舒服。当然，这里主要是总结下轮子的选择。
国赛的时候，有不少队反映场地打滑，导致自己成绩不好：我觉得吧，工程赛题，尽管看起来就像个小游戏，但实际工程上场地环境各种情况都有，打滑都是小问题，设计产品和设备的时候就要充分考虑这些情况，国赛主办方也提供了场地图纸，大家也都在实验室测试过的，基本摩擦系数应该是差不多的。国赛场地和我们队的测试场地差异就在国赛的场地是体育馆改的，有几个地图可能不是特别平，稍微有些颠簸。车车上加个悬挂系统就基本解决很多问题，再写一些算法检测打滑和偏向纠正，基本就能解决问题；题外话，这仅仅只是个不到6平米的小场地，如果放到实际物流仓储仓库做自动搬运机器人，那环境岂不是更加复杂。

麦轮的选择上：

首先是结实，承重要好，车车越重，摩擦力越大，越不易打滑，当然重量要合适，不然太重就跑不动啦；

轮径要大一些，在不超高的情况下，轮径越大跑的越快，都知道移动速度=电机转速*轮子周长。当然电机功率是一定的，轮子直径大了，力臂会长，扭矩不够的电机可能带不起来。但基本上咱这个赛题上，用42步进电机功率都能带动。

仔细看我们车车视频能看到，我们初赛没跑完，最后一个码垛没码完时间就结束了，总结就是跑的比较慢：50减速比的直流有刷电机+天府之土70mm轮子跑的还是太慢了

总结

有钱的就整无刷电机，没钱的就整步进电机，嫌自己事情少的，就整有刷电机。车轮上建议用天府之土轮子或者轮径大一些的，我看到几个队跑的飞快，轮子直径大概是100mm，建议可以搜一下，只要扭矩足够，精度足够，越快越好。

视觉识别控制精确定位

我们国赛用的是旭日派x3+USB摄像头+opencv识别圆环，视觉队友阿伟组队前跟我一样是玩stm32的，跟我一起后现学的机械视觉，总结就是，从省赛到国赛，视觉没出过问题，稳得一批。

具体视觉代码分享在后续文章，这里只谈元件使用。

用板载计算机还是嵌入式视觉
板载计算机就是 NUC，树莓派，香橙派一类的能够跑机械视觉，神经网络的Linux计算机，我建议用一个你会用的，速度快一点的，资料多的，Linux板子；例如：树莓派5，香橙派的RK3588，ROCK5系列的板子，这些SOC性能都足够了，便宜点的也够用，方便调试，移植代码的就行。

嵌入式视觉，openmv，K210之类的，都不推荐；K210识别二维码还可以，队里资金紧张的话，用到省赛也没问题，在河南省用K210到国赛也问题不大，稍微累点，后面到国赛的话麻烦些换个方案就行；openmv就更不推荐了，这价格，疫情涨价就算了，疫情之后，H7芯片的价格都这样了，还卖五六百，性价比太低。也别想着这玩意开源代码多，看看420元的树莓派5和499元的RK3588s吧。

总结

用RK3588或者树莓派5就OK的，配一个100块的USB摄像头就能识别OK了。

树莓派5+USB摄像头和起来也就520块。

机械臂

今年看到好多升降式的机械臂，很准，但我们队没用，原因是觉得自由度不高，针对性很强，一旦更换题目，就没招了，而且，运作模式固定了。

于是沿用之前的方案，采用舵机驱动，3D打印，CNC连杆

省赛用的是第二种，国赛用的是第一种，只是机械结构类似。用了机械臂逆运动学解算，算出色环坐标之后，直接转化为舵机角度放置。

总结

总体方案到这里就差不多了，每个环节的具体内容后面会再写的。

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