淺談登峰杯的認(rèn)識(shí)和觀點(diǎn)

張憨拙

摘 要：“登峰杯”參賽后的感悟：明確競(jìng)賽目標(biāo)、合理規(guī)劃參賽時(shí)間、認(rèn)真研讀比賽通知及比賽項(xiàng)目具體要求，以一個(gè)參賽者的視角闡述比賽中需要重點(diǎn)關(guān)注的飛行邊界、飛行任務(wù)-掛瓶及投放、參賽器材的準(zhǔn)備等問題。

關(guān)鍵詞：選準(zhǔn)項(xiàng)目；認(rèn)真準(zhǔn)備；注意事項(xiàng)；經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

“登峰杯”全國中學(xué)生機(jī)器人競(jìng)賽由中國自動(dòng)化學(xué)會(huì)機(jī)器人競(jìng)賽工作委員會(huì)承辦，旨在加深中學(xué)生對(duì)機(jī)器人基本原理的理解，提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力、分析能力和解決問題的能力，為中學(xué)生搭建機(jī)器人創(chuàng)新學(xué)習(xí)與評(píng)價(jià)的平臺(tái)。

今年暑假7月17日到18日，我與同學(xué)一起到清華大學(xué)參加了第二屆“登峰杯”全國中學(xué)生室內(nèi)空中機(jī)器人項(xiàng)目的競(jìng)賽。

一、選準(zhǔn)項(xiàng)目

報(bào)名前，我認(rèn)真研讀競(jìng)賽規(guī)則和有關(guān)要求，結(jié)合自己實(shí)際情況，選擇了室內(nèi)空中機(jī)器人參賽項(xiàng)目。

該項(xiàng)目要求設(shè)計(jì)一個(gè)四旋翼機(jī)器人，模擬實(shí)現(xiàn)小型四旋翼無人直升機(jī)遙控飛行，并完成精準(zhǔn)定點(diǎn)飛行與飛行避障、航拍等任務(wù)。任務(wù)分為三個(gè)階段。第一階段：飛行器在遙控器控制下，在指定區(qū)域（起飛區(qū)）起飛到另一指定區(qū)域（物料區(qū)）抓取載重（6個(gè)灌水或灌沙的礦泉水瓶），并運(yùn)輸?shù)街付▍^(qū)域定點(diǎn)放置（靶心處）；第二階段：飛行器在遙控器控制下，按照規(guī)定路線穿框；第三階段：飛行器在地面站（GCS）控制下循線，并定點(diǎn)降落。

競(jìng)賽中，前兩階段以航模操控飛行為主，第三階段側(cè)重機(jī)器人編程應(yīng)用，各階段都有較高難度，要求操作規(guī)范、嫻熟。該比賽總分300分，第一階段80分，第二階段50分，第三階段170分。競(jìng)賽記分根據(jù)機(jī)器人所放置物料的位置精度（環(huán)數(shù)）、過環(huán)情況、返回情況和飛行時(shí)間確定分值。競(jìng)賽排名由完成時(shí)間和競(jìng)賽記分共同確定。

二、認(rèn)真準(zhǔn)備

我結(jié)合自己平時(shí)練習(xí)情況，對(duì)照比賽規(guī)則和參賽要求，有針對(duì)性地制定了參賽計(jì)劃，并積極準(zhǔn)備。

1）根據(jù)比賽具體要求選定設(shè)備（及早決定，提高效率）；

2）進(jìn)行組裝調(diào)試；

3）平時(shí)注重模擬器練習(xí)；

4） 進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)演練，嚴(yán)格按比賽場(chǎng)地的要求劃好尺寸、分區(qū)等，只有多練、苦練，才能得心應(yīng)手，飛得穩(wěn)，順利完成比賽任務(wù)。

三、注意事項(xiàng)

（一）注意比賽場(chǎng)地的邊界和區(qū)域面積

如圖所示：

1）起飛區(qū)在A區(qū)，旁邊的紅實(shí)線就是場(chǎng)地邊界，邊界是白色的隔離網(wǎng)控。飛行器一旦撞網(wǎng)，就損失一次機(jī)會(huì)（每個(gè)階段有2次機(jī)會(huì)，用完，則直接進(jìn)行下一階段）。

2）而B區(qū)為物料區(qū)（放置3個(gè)灌水、3個(gè)灌沙的礦泉水瓶）。①礦泉水瓶6個(gè)掛鉤方向各不一致，需要在掛瓶時(shí)不斷調(diào)整飛行器的角度，或者選手不斷移動(dòng)位置。②該物料區(qū)B區(qū)域面積為1.44m.2，而各瓶并未放置在邊界處，而主要集中在中心半米以內(nèi)，瓶與瓶間距在10cm左右，排列比較密集，在掛瓶時(shí)容易將其他瓶弄倒。③當(dāng)在掛瓶時(shí)撞倒其他瓶子后，不能將其扶起，意味著你將損失一個(gè)瓶子的得分。④該區(qū)域距離邊界僅為0.45m，很容易在掛瓶后，飛行器由于重心不穩(wěn)定，再加上舵量過大，導(dǎo)致撞網(wǎng)，失去一次機(jī)會(huì)。

3）在物料投放區(qū)C，內(nèi)含3個(gè)靶環(huán)，每個(gè)靶環(huán)又分5個(gè)同心圓，直徑分別為6cm、12 cm 、18 cm 、24 cm 、3 0cm，分值為5，4，3，2，1，而礦泉水瓶的直徑為6cm。①投放時(shí)，要保證1瓶落入靶環(huán)內(nèi)，否則不計(jì)分。②保持礦泉水瓶直立，不能倒，否則不計(jì)分。③落在哪個(gè)同心圓中，以其所標(biāo)分值計(jì)分。④距邊界僅為0.45m，極易撞網(wǎng)，飛行操控要穩(wěn)、準(zhǔn)。

4）在第二階段，選手操控飛行器從D區(qū)穿框T1、T2、T3時(shí)，同組成員需觀察飛行器飛行狀態(tài)，打手勢(shì)，示意其停止還是前進(jìn)，防止由于難以估測(cè)距網(wǎng)距離導(dǎo)致撞網(wǎng)。如圖：

5）不同階段可換不同選手進(jìn)行操控。

（二）注意器材的選用

1）機(jī)型：起初考慮到翼地效應(yīng)，想考慮大一點(diǎn)的機(jī)型，認(rèn)為其載重能力強(qiáng)，并且在掛瓶時(shí)穩(wěn)，便使用了“S600”（軸距），但在實(shí)際飛行中，大型的優(yōu)勢(shì)并沒有體現(xiàn)，反而是反應(yīng)有些遲緩，在比賽過程中不容易快速調(diào)整姿態(tài)，導(dǎo)致撞網(wǎng)，反觀其他小組的小型號(hào)機(jī)，完全可以滿足比賽需求。推薦使用“S500”以下型號(hào)的。

2）飛控：我們小組起初使用了匿名科創(chuàng)的領(lǐng)航者V3飛控并使用了氣壓計(jì)和超聲波定高功能，但發(fā)現(xiàn)效果在1.8米處仍不能穩(wěn)定懸停；而換用“大疆哪吒NAZA”后，就達(dá)到基本穩(wěn)定，并且還有價(jià)格優(yōu)勢(shì)（前者600元左右、后者200元左右）。通過比較，建議選用“NAZA-M LITE”，物美價(jià)廉；如果資金比較充裕，還可以考慮“DJI NAZA M V2”，“DJI悟空”等飛控，畢竟在一定程度上好的飛控可以彌補(bǔ)自身技術(shù)的不足。

3）掛瓶裝置，起初我們小組使用的是鐵絲綁在兩邊的起落架上。認(rèn)為此方式可有效掛起瓶子，但在放下時(shí)則由于飛行器不穩(wěn)定導(dǎo)致瓶被鐵絲撞倒，影響成績。在比賽過程中，我觀察到一組選手，他們選擇用細(xì)繩，有效解決了放瓶時(shí)容易將瓶掛倒的問題，但存在問題是：投放過程中瓶一直在晃動(dòng)，放下時(shí)不容易使瓶直立。不過總體上看，我認(rèn)為該方法還是比較可行的。

四、經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

這次競(jìng)賽，我在賽前積極準(zhǔn)備，賽中與同學(xué)協(xié)作配合，賽后進(jìn)行了認(rèn)真總結(jié)。自己從中體會(huì)到：一是平時(shí)積累準(zhǔn)備不足，比如參賽項(xiàng)目第三階段的機(jī)器人編程，對(duì)選手的操控和編程能力要求較高，自己因編程不夠熟練未參與此階段競(jìng)賽而影響得分。二是未能嚴(yán)格落實(shí)賽前計(jì)劃，比如臨近比賽20天，才完成四軸調(diào)試，導(dǎo)致賽前訓(xùn)練強(qiáng)度不夠，影響競(jìng)賽發(fā)揮。這使我認(rèn)識(shí)到，競(jìng)賽猶如打仗，不能打無把握的仗，必須選準(zhǔn)項(xiàng)目，摒棄僥幸心理和懈怠情緒，下苦功夫反復(fù)訓(xùn)練，充分準(zhǔn)備。

雖然競(jìng)賽未取得理想的成績，但通過反思自己在參賽過程中出現(xiàn)的問題不足，學(xué)習(xí)借鑒別人好的做法經(jīng)驗(yàn)，確實(shí)開闊視野，增長見識(shí)，受益匪淺。同時(shí)，這項(xiàng)集動(dòng)手、動(dòng)腦于一體的活動(dòng)，以其知識(shí)性、實(shí)踐性、趣味性豐富了自己的科學(xué)素養(yǎng)，并通過競(jìng)賽鍛煉了意志品質(zhì)，增強(qiáng)了不向困難低頭的勇氣，培養(yǎng)了互助協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神。

參考文獻(xiàn)：

[1]第二屆“登峰杯”全國中學(xué)生學(xué)術(shù)科技創(chuàng)新大賽作品征集通知.

[2]“登峰杯”全國中學(xué)生機(jī)器人競(jìng)賽.

[3]第二屆“登峰杯” 全國中學(xué)生學(xué)術(shù)科技創(chuàng)新大賽 機(jī)器人競(jìng)賽“室內(nèi)空中機(jī)器人”項(xiàng)目競(jìng)賽規(guī)則說明.