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【机器人系列】NO3：2008年ABU-ROBOCON团队总结
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2008年ABUrobocon团队总结（作者：黄显智）
一、 总体情况介绍
2008年ABUrobocon团队在国内选拔赛中进入全国八强，最后在八进四淘汰赛中负于卫冕冠军西安交通大学，平了2007年的成绩。华中科技大学代表队从2004年开始，总共参加5届（包括2008年）比赛，其中1次进入4强，3次进入8强，一次进入16强。
小组赛
从比赛中总结成败得失，我们的优势主要在于，我们的抢中心策略比较完备，在比赛中，从死亡之组突出重围，战胜：中国科学技术大学，哈尔滨工程大学，北京航空航天大学以小组第一的身份出线，也主要是凭借抢中策略的优势。
对战中国科学技术大学，这种战术优势显得格外明显，中科大没有一点招架之力，我方自动机器人与自动机器人配合（配合是指一台机器人举起另外一台机器人，合为一体。下同），轻松取得中心12分黄油，接着自动机器人分离，又取得己方6分黄油，比赛开始20s后就提前进入了垃圾时间。
对战哈尔滨工程大学的比赛，我方操作手出现失误，错失中心12分，但最后还是艰难取胜。
对战北京航空航天大学，很好得体现出了我们策略的完备性，在己方篮区，中心区域均被干扰，没有得分的情况下。我们转换策略，采用自动机器人与手动机器人配合，取得中心12分，获得胜利。
16进8
16进8淘汰赛，对战北京科技大学天津学院代表队，北科天津从2007年开始参赛，所使用核心机器人与北京科技大学相同，去年杀入8强，而北京科技大学，是著名的大投入、大规模的学校之一（北京科技大学曾在2005年获得全国冠军）。
北京科技大学天津学院主要的优势在于：
1、有一个快速干扰，是今年国内赛中最快的机器人，质量大，重心低，利用高速冲撞再加上头顶伸出的“三叉戟”，能够对我方机器人的行动路线产生严重干扰。
2、自动手动配合速度快，并且自动手动配合不容易被干扰。
比赛时，我方使用干扰机器人与对方干扰机器人对撞，防止对方干扰机器人对我方机器人产生更大的破坏。同时，自动机器人与自动机器人配合，从11点钟方向绕弧线去取中心黄油。虽然最后受到干扰，中心黄油落到地下，双方比分持平，我们还是依靠记重取得了胜利。这一套战术是很成功的，而且我们是参赛所有学校中，唯一一个能够通过自动自动配合，在多个点抓取中心黄油的学校。
8进4
8进4我们遇到的是传统强队——西安交通大学，在比赛中，我们采用自动机器人配合抓取中心黄油，由于战术选择正确，获得先机，将夹子放在了黄油上，但传感器受到场地灯光的干扰，没有执行夹取动作，错失战胜西交的机会。
总结失败原因，主要是在性能参数上与西安交通大学有不小差距，在机器人的起停加速度、定位精度这样的“硬件”实力上，我们还有很长的路要走，这也将是今后ABUrobocon团队发展的主要方向。
二 、团队工作及任务完成情况
今年的ABUrobocon团队由11名大四学生，3名大三学生构成，按照专业构成分为两组，一个组负责机械部分的设计和制作，另一个组负责控制部分的设计和制作。机械组有7人，控制组有4人，3名大三的队员参与机械组的工作。
总的来说，今年整个团队的进度较慢，但是由于今年比赛时间较晚，最后我们还是完成了规定的任务，保持了一定的稳定性。
今年的赛题加入了一台机器人提升另一台机器人的部分，在设计制作过程中就需要较多的实验和论证，从而增大了修改和调整的难度。不确定因素的增多，是今年进度较慢的一个客观原因。
控制部分
控制部分，今年采用了新型号的DSP2812，再结合FPGA，为以后的比赛打下了基础。搭建的这个控制平台，在全国参赛学校中是处于领先地位的，在近几年内都能保证较大的竞争优势。
相对于往年的情况，今年控制部分的制作速度明显偏慢，几乎落后于机械部分一代的进度。有下面几个方面的原因：
1、队员构成方面：控制组的4名队员，只有1人专业对口，在工作的开展过程中，前期的学习调整期比较长。
2、任务规划方面：在工作开始的时候，没有针对今年的实际情况制定计划，比较盲目的开展创新研究，规划了一个大而全的目标。由于面太广，不能兼顾，最后时间消耗了，工作做了，但是没有看到实际的效果。
3、控制部分队员的连续性方面：控制部分的队员，从2004年我们学校第一次参加比赛至今，从来没有过老队员。所有人加入团队时，都处于一个对ABUrobocon完全陌生的状态，摸索着进行比赛，这个也是我们亟需解决的问题之一。
机械部分
今年机械部分创新点还是比较多的，电磁铁提升，大伸长，直流电机堵转夹持，自动伸缩式支撑机构等都展示了我们学校机械部分的设计实力。
在和其他学校的交流对比中，我们发现有以下问题：
1、过多借鉴：底盘设计和机构设计较多参考往届比赛的已有成果，样式单一，结构没有依据不同的比赛形式作出相应的调整。
2、机构概念化：部分机构偏概念化，没有做过实验，没有完整的论证，就开始加工制作，并作为成熟机构安装到机器人上，后面的调整过程又反过来影响调试过程，拖后进度。
3、校核计算：机器人设计中，部分机器人的校核计算没有得到足够的重视。第三代机器人中，AB机器人配合之后的重心分布没有仔细校核，导致配合之后机器人无法行走，对后期的进度产生了比较大的影响。
总的来说，虽然经过了不少波折和困难，最后完成任务，但是平心而论，我们整个团队的工作量，与西安交通大学，北京科技大学相比，还是比较欠缺的，如何提高整个团队的工作量，也是一个重点问题，当然，人数的悬殊，也是其中一个重要因素。
三 、团队技术发展方向
在比赛结束后的交流会上，我们和西安交通大学、西南科技大学做了详细深入的交流，这两支队伍也是传统强队之一。通过交流与自身的总结，我们找出了一些问题，其中有些是关系到整个团队核心竞争力的，必须解决。有四点，分别为：定位方式，运动参数，机构多样性和参数设计思想。
定位方式
定位方式是自主机器人的基础，自主机器人能否跑准、跑好，很大程度上依赖于定位方式。西安交通大学的陀螺仪加码盘定位方式，西南交通大学的全向式码盘定位方式，里面都凝聚了几代人的努力，才形成了今天看到的标准化部件。在这一点上，我们落后的比较多，我们目前的码盘定位方式，在定位精度、抗冲撞性能、抗干扰性能、安装体积和安装的便捷性方面，不是很理想，而且改进空间较小。2007年，我们的双码盘定位方式是领先的，但从2008年开始，很大一部分学校，包括武汉大学，华南理工大学，哈尔滨工业大学等都掌握了双码盘定位系统，而且有些学校在速度和精度上已经超过了我们。在2008年的比赛中，较多地学校也已经开始了陀螺仪方面的研究。中肯的说，在八强的队伍中，定位方式我们处于中等偏下的水平，而这个部件，对于ABUrobocon团队能够走多远，起到的是命脉作用，必须要高度重视，要花大力气来解决。
几个参数。实现自主机器人全场定位（全场定位是指：在比赛的三分钟时间内，自主机器人一直处于预定的运动状态），必须满足下列要求：
1、100m。全场跑动模式，一场比赛中，自主机器人跑动的路程在50m左右，由于调试过程没有干扰、没有碰撞，一般要求调试时，自主机器人在保证定位精度的情况下，能够跑100m，其他学校也一般是按照100m来设计定位方式的。
2、厘米级。机器人定位精度要达到厘米级，比赛中，如果机器人的定位精度只能达到分米级，是没有意义的，在分米级的定位精度下，机器人很难准确地执行动作。
3、5分钟。场上比赛时间是3分钟，但是在调试的过程中，必须保证在5分钟的跑动时间内，机器人能够定位准确，不丢位置。
当然，立足目前情况，定位方式要满足上面的三点要求，从人力、资金、现有设备积累和技术积累来看，都不是一蹴而就的，需要ABUrobocon团队经过两代，甚至三代的设备积累和不懈努力才能够真正实现全场定位。
运动参数
我们的干扰机器人一直以速度见长，但是今年遇到一个尴尬的问题，对战西交时，发现对方的得分机器人竟然明显的快于我们的干扰机器人。虽然直流电机的选型和功率是决定机器人速度的主要因素，但是控制系统和机械整体设计也相当关键。要想提高运动参数，我们只能两条腿走路，一边发展电机控制系统，一边发展机械部分的优化设计。
一般来说，运动参数主要包括：启动加速度，最高速度，急停加速度这三个部分。现有的进口电机，前两个参数上与西交差距不大，但是急停加速度部分还有待提高，我们的自主机器人在电机停转以后，需要用一到两米的距离去进行刹车。而从视频中来看，西安交通大学的机器人在冲到最高速度后，刹车距离也只有30cm。根据现在的情况，要想提高控制性能，需要从下面三个方面入手：
1、继续积累好电机。今年已经购买了2个冯·哈勃电机，2个MAXON电机，再加上以前余下的2个冯·哈勃电机，现在有6个较好的电机，减去损耗与参数不匹配的电机，加上2009年将会再购买的一批，下一届比赛，驱动电机方面，我们可以达到八强队伍平均水平，至少不会处于劣势。
2、加强控制方式的研究。控制方式是机器人运动的基础，特别是高速度时的控制方式，加强这方面的研究，并有所突破，才能使机器人在高速移动的同时保持稳定性。
3、试验新构件。这里新构件主要是指刹车盘。MAXON电机出厂的时候，马达后面可以选配刹车盘，用于电机的快速制动。现有的两个MAXON电机，可以寄回厂家加装刹车盘，我们再根据这两个电机的使用情况进行分析，并熟悉刹车盘的使用方法。
机构多样性
对战北京航空航天大学时，我方机器人夹持的白色黄油行走，受到对方机器人的轻微碰撞，白色黄油随即掉落。虽说这种情况和夹持力的初始设计有关，但是更深层次的问题在我们电机的选型方面，电机种类单一，只有普通直齿直流减速电机和13公斤的小型舵机两种选择，较大的制约了执行机构的设计灵活性。
不过这个问题解决起来并不复杂，只要较有前瞻性地购买一定数量的：大扭矩舵机，汽车车窗升降电机，汽车雨刷器电机……，让队员逐渐熟悉，这些新种类的电机就会被自然而然的应用到设计过程中去。
克服长久以来的经验主义，对于一些新型机构，我们需要尝试，在以往的比赛中，由于加工困难，我们一直没有使用齿轮机构，但是在比赛过程中，有很多学校把齿轮、齿条等机构使用的很完备。西安交通大学采用尼龙、聚乙烯来制作齿轮，解决了重量问题；东北大学使用控制汽车车窗升降用的扇形齿轮来驱动转臂，方便实用，都是一些比较好的例子，值得我们借鉴。不断创新，逐步扩展成熟机构的种类，才能保证我们在机械设计方面处于领先地位。
参数设计思想
ABUrobocon比赛，可以说参数重于一切。今年在调试的过程中，大家比较注重参数在机器人中的主导地位，但是在初始设计的过程中，这一思想没有能够贯彻下去，很多地方只是参照往年的情况定参数，或者随便选取一个可用的参数，不去进行优化，有的地方甚至随意地选取参数，先做再修改。这样做不仅会降低整体机器人系统的竞争力，还会对后期的调试带来不好的影响，今年在这个方面就吃亏不少。针对这种情况，我们应该在团队组建的时候就灌输这种思想，把参数作为机器人设计的第一要义来抓。
四 、团队构成发展方向
如何提高连续性，加强积累，加强研发能力
ABUrobocon团队的管理模式，一直以来都是以学生为本，给学生充分的空间和自由去设计制作，这样做有很大的好处，可以很好的调动队员的积极性，每个人都能够实实在在的感受到这个比赛是属于自己的，机器人上的每个部件都和自己息息相关，对团队凝聚力有很大帮助，并能增加团队的创新能力，对策略的完整性也有推动作用。
华中科技大学ABUrobocon团队目前面临的问题，主要是缺少基础元件的积累。我们的战术水平和人员素质，都是比较好的，对新机构的设计，新算法的采用，都能很快地适应。但是ABU中有很多东西，比如定位方式，驱动参数等核心基础部分，按照我们目前的人员构成和资金力度，在一届或者两届的时间内，要想达到西交的水平，需要做出较大的努力。由于有些部件和设计的积累不是一届能够完成的，这个时候就出现了问题。
团队的核心
长久以来，ABUrobocon团队总是以大四的队员为核心，这个核心不光是设计核心，还是管理核心，压力很大。开展工作时，往往只有一点感性的认识，要对前人的工作进行总结，同时对后人的工作做出前瞻性的规划，比较不切实际。以大四队员为核心，就好比种麦子，一年一割，要想去年的麦子能对今年做出很大的贡献，或者麦子一年长的比一年高，是很难的事情。我们的团队要像种树，前人来了，种下一棵树，种树的人走了，但是树还在，即便后来来了几个人，懒懒散散，什么事情都不干，但是有一大片森林在，就不会饿肚子，这种情况就是连续性比较好的状况。
转移核心保稳定
先看我们有什么人可以依靠，大二大三的队员，在没有政策扶持的情况下，很难真正的参与到这个比赛中来，ABUrobocon只是一个比赛，不可能有较为正式的研究所做技术支持，也不可能有很专业的管理部门来优化管理结构，我们只剩下老队员。老队员是一个比较可靠的团体，对ABU有感情，同时有技术，有经验。所以今年比赛结束后，我们就组成了一个老队员理事会，由留在本校的5名老队员构成，主要工作是对2009年的ABUrobocon团队进行监督管理。不过由于这个组织今年才成立，理事会具体的职能划分、工作模式、人员构成都处于试点阶段，需要观察和引导。这个理事会就是一棵树，有人进有人出，每个人的周期都是两年半（硕士研究生阶段），能够保证一定的连续性。
再就是今年编写的《ABU完全手册》，是对2008年华中科技大学ABUrobocon团队和其他学校ABUrobocon团队的一次技术总括，主旨在于给后来的人留下一些已经经过一次挖掘，能够轻松获取的资料。这个也是有连续性的。
这两步，可以说部分的，促进了团队核心向老队员，向技术文档方面的转移，但是要真正完成华中科技大学ABUrobocon团队向学习型团队、研究型团队的过渡，还需要进一步的组织结构改革和人员结构调整，这个需要根据2009年老队员理事会的试点情况，进行分析，再作规划，一步一步走，争取2010年实现这个目标。
如何开源
我们现在还面临一个问题，就是如何开源，如何吸纳更多的人才，ABUrobocon比赛准备时间8个月，周期长，人员投入大，虽然说知名度很高，但是对于队员来说，经验以外的实际收获却很少。特别是大二大三有热情的队员，在付出很多时间和精力之后，虽然积累了不少经验，但对于今后人生的发展并没有太多实质性的帮助，反而可能投入了过多的精力在比赛上，导致学习成绩、考证书等方面投入不够，丧失保研的机会，造成一个双输的局面。鉴于队员巨大的投入和付出，相关政策的支持在这个时候就显得格外重要。
控制方面如何开源也应该专门立项，ABUrobocon比赛现在已经成了一个系统工程，有些学校（比如华南理工），都把ABUrobocon比赛作为其他比赛（比如中型组足球机器人）的技术来源，毕竟ABUrobocon比赛代表了本科阶段，机电综合设计与智能设计的最高水平。经过这些年的发展，国内各个大学的自主机器人技术都已经突飞猛进，定位方式、运动控制都取得了长足的发展，这个比赛再也不是简简单单就能够做的了，在控制系统方面，急切需要进行详细的规划和有计划地研发，而增加控制部分的人数，是其中最为根本的一个问题。
2008年亚太大学生机器人大赛喜之郎杯国内选拔赛
华中科技大学代表队
2008.8.28
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