智能车一词几乎贯穿了我的整个大二,从不懂 PID 的校赛新手,到不知疲倦地敲代码画电路,最后带领队员站在全国总决赛现场,一路走来收获颇丰,很幸运也很感激。

校赛——光电直立

很早的时候就听说了智能车竞赛,大二上学期参加了宣讲会之后决定选择难度稍高的光电直立组,希望接触一些控制方面的知识挑战一下自己。然而我们小队的三个人都没有相关的经验,无论是硬件电路还是单片机编程,一切都是从零开始。

首先遇到的难题来自硬件,尽管为了照顾新手,校队成员们提供了成品 PCB 和详尽的原理图,但当时我们还缺乏基本的电路知识,甚至对放大器都没有什么概念。我们对着教学视频一步步完成焊接,侥幸通过了验收,但是当驱动板不能正常工作的时候,我们都手足无措,不知从哪里开始检查。

配置完工程并第一次点亮 LED 时,我们意识到真正的挑战才刚开始。所谓光电直立,即小车使用两轮的方式驱动,借助 IMU 保持自身直立平衡,定位循迹则依赖于 CMOS 摄像头。小车的直立控制应用了我们第一次接触的 PID 算法,网络上的很多教程给我们提供了很大的帮助,并且顺利通过了中期检查。关于赛道的图像处理,队友们提出了各种创新性的想法,想方设法利用上数学建模、状态机亦或是概率论的知识。

光电直立小车

十月焊接验收,十二月中期验收,三月预赛决赛。最终的成绩虽然没有那么理想,但这次比赛极大地提高了我的自学能力和实践能力,也帮我养成了很多良好的习惯。我们始终坚持每天写工作日志,记录各种讨论和调试进度。在吃饭或者通勤时候不定期地回顾前段时间的工作并进行总结,有时候也能从以前失败的尝试中获取灵感。下班的时候给场地和车拍个照,让所有进度都有依据可查,至少再不会乱丢东西,同时规划一下后续的工作安排,方便第二天上班的时候回顾。

另一个收获就是遇到了我的两位队友——小原和小严,在这个接近半年的比赛里,我的队友们互相信任、互相支持,很多问题没有合作就根本无法在短时间内解决。三个人互相配合最后形成默契,成为对方的有力支撑,每当疲惫的时候我们总是互相鼓励,即使是最后决策失误大家也都一起承担。大家一起在常州楼、金智楼实验室通宵,成功通过资格赛之后一起庆祝的场景,仍然历历在目。后来三人选择了各不相同的专业,而那个“四驱兄弟”的群聊里讨论的话题也远远不止智能车了,在此再一次感谢两位队友的支持!

国赛——室内对弈

校赛结束后,我投了简历非常荣幸地加入了校队,并参与到第十四届智能车竞赛的室内对弈组中。所谓室内对弈,即要求设计一辆车模,通过摄像头等传感器完成赛场内线条和标签(棋盘)、几何物体(棋子)的识别,通过机械、电子和控制算法实现棋子的搬运和移动,完成预赛和决赛两个阶段的“八皇后”、“步步为营”对抗挑战任务。

3 月 21 日,清华大学的卓晴教授预公布了本次比赛的规则,我们的调车工作也就正式启动。从零开始的机械结构设计,蹭学长的 3D 打印机,找车队的同学借的车床;从 H 桥开始的电路设计,尽管到最后也只是掌握了一点皮毛;为了一块限定核心板,大家都成了嵌入式开发工程师;黑板上密密麻麻的草稿写着图像处理、运动控制、通信、决策等等算法。

下面这一段 中期演示视频 是在七月底的时候提交给组委会的视频验收材料,由于时间紧张,我们在最后期限前几天才勉强完成所有要求功能,整体效果差强人意。之后的一个月里我们又进行了一系列调试,重构了几乎所有电路模块、调整了上下位机的通信协议等等,八月底的比赛结果也还算不负众望。


现在回顾这四个月的工作,确实有太多太多的不足。一开始对整个工程没有整体的把握,导致分工和沟通还有很多提升空间;而自己有时候很固执,有时候又容易懈怠;对机械设计缺少经验,没有及时寻求专业援助,最早完成的底盘却成为了参赛前几天最头疼的问题;对控制算法的理解还不够深刻,企图在硬件上弥补软件的漏洞。其实正如卓老师公众号上所说,永远没有什么玄学问题,都是自己的能力不够罢了。

在此也要感谢这段时间里提供过帮助的各位学长、老师,感谢小队中的每一个成员,感谢这一段远超“996”的工作经历。我仍然记得每晚下班的时候,大家会吵闹着打赌能不能给小卖部一个机会,记得那次顺路去金智楼看望一下奋战在电设竞赛的小原,也记得大家一路护着大箱子抵达威海,在沙滩上吹海风。我想,这个暑假绝对是我大学生活中的一段高光时刻。

省赛——节能耐力

大三上学期,还参加了一次省赛,做的是今年新出的节能耐力组别。简单说就是在定位和巡线的基础上,利用超级电容+无线充电实现供电。

节能耐力小车

尽管省赛备赛时间更紧张,但有着往届学长的指导以及小鄢、小琴两位十分靠谱的队友,整体进展相当顺利。最后因为一些不可控的因素,最终没有拿到冠军,但我们的车模十分完美地实现了项目负责人当时的所有构想,也在现场赢得了不少掌声。


大三上学期结束,学完了《自动控制原理》等专业课后,明显感到之前的一些算法非常粗糙甚至有些幼稚。如今,我的智能车竞赛可能告一段落了,但是我与智能车的缘分还未尽。