“中国机器人及人工智能大赛--无人车智能挑战赛”参赛方案
1、中国机器人及人工智能大赛介绍
1.1赛事简介
中国机器人及人工智能大赛，由中国人工智能学会、教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会主办，是国内首个提出在机器人及人工智能领域，将关键技术的研发与应用有机结合的比赛，迄今已成功举办二十届。为顺应国内外人工智能研发应用的大趋势，2019年10月在山东青岛举办的第二十一届大赛围绕机器人技术研发和人工智能应用领域创新展开赛事，分为“机器人比赛”和“创新比赛”两大比赛项目，同期举办中国智能产业高峰论坛等活动，届时将汇聚全球专家智慧、顶尖科研团队，共同展示最新科技成果。大赛与展会共同搭建人才、技术、产业对接平台，发挥叠加效应，提升我国机器人及人工智能领域的技术研发实力，开拓机器人及人工智能技术的广泛应用，促进产业升级发展。
“无人车智能挑战赛”为中国机器人及人工智能大赛重点推广的新兴赛事，自2018年加入“中国机器人及人工智能大赛”以来，迄今已成功举办两届，本项比赛旨在通过比赛推动无人车技术在高校学生中的的普及，提升学生在自动化、人工智能、机器视觉等前沿科学技术水平，同时使用一个低成本技术方案进行创新，算法验证。
“无人车智能挑战赛”竞赛方式为：无人车根据自身携带的传感系统感知赛道环境，并通过自身携带的控制系统实现环境地图建立、避障、识别目标、到达指定位置等行为，每完成一个任务获取相应分数，最终统计总得分。在整个比赛过程中，无人车完全为自主运行，场外选手不能以任何方式遥控、干扰无人车运行。
本项比赛最终目标为参赛无人车在一个复杂未知环境中通过自主学习，感知环境，并代替人类完成相应任务。
1.2 2019年大赛通知
1.3 赛事媒体报道
1.4 无人车智能挑战赛赛事规则
1.4.1.项目介绍
机器人在实际环境下的定位和导航，是所有移动机器人应用的功能基础，也是当今机器人研究领域最热门最有发展性的一个分支。为了大力推进这项技术的发展，我们专门设立了无人车智能挑战赛比赛项目，以展示和对比各队机器人的定位导航算法先进性和实际应用效果。
该项目要求机器人在一个较为复杂的自然环境内，在不依赖引导线和特殊颜色标记的情况下，在比赛场地内进行自动导航，在不触碰任何障碍物的情况下，到达裁判指定的所有任务点，并顺利的离开场地。
（1） 重点考察能力
本测试重点考察机器人如下能力：
A.机器人对未知环境的建图的能力
B.机器人在建图后的环境下的导航避障能力
（2） 技术要求
要参加该项目的机器人以及参赛队伍需要具备的能力：
A.环境地图创建能力。
B.自主定位与导航能力。
C.躲避障碍物能力
（3） 场景设置
A.比赛场地为6m*5m，地面为纯色光滑地面，周围架设高为30cm的围栏，围栏内面白色材质。
B.场地对角设置起点、终点区域各一个，尺寸为50cm*50cm。
C.比赛场地会中设置A-H一共八个任务点，每个任务点为边长50cm的正方形，每个任务点距离墙壁或围栏距离为50cm，每个队伍赛前会在这些地点中选取4个作为目标航点（C、D、G、H四点中抽取两个，其他四个点中抽选两个）。
D.比赛过程中，会有裁判或者记分员跟随机器人，通常情况下跟随人员会保持与机器人距离50cm，测试机器人对动态障碍物的抗干扰能力。
（4）赛前调试
A.比赛场地会在比赛前一天对参赛队开放，参赛队可以进入场地调试。
B.正式比赛时，场地的整体布局不会发生大的变动，但是里面的零散障碍物会随机摆放。
C.比赛的任务点和起始位置，也会在场地开放时提供。
（5）比赛过程
A.启动阶段
机器人从起点区域启动，参赛队准备好后向裁判示意，裁判确认比赛开始后，参赛队启动机器人。机器人一旦启动，参赛队将不能再触碰或遥控机器人。若机器人在比赛过程中触碰到围挡或者机器人触碰到“终点”区域，比赛终止。
B.导航阶段
机器人进入场地后，需要按照赛前抽签的任务点逐个遍历，机器人在地面投影完全进入任务点并做出标记便算到达，标记可为机器人携带的灯光显示或语音说明。导航过程中只有裁判和记分员才能进入场地，跟随机器人进行计分和紧急情况处理。导航过程中若机器人触碰围挡或者其他任何障碍物，裁判会紧急关闭机器人，比赛终止。
C.结束阶段
机器人在比赛过程中触碰到围挡、机器人触碰到“终点”区域或比赛计时结束，比赛结束。
1.4.2.基本赛制
A.比赛时由各队根据抽签轮流上场进行。
B.每队启动前赛前准备时间为2分钟。
C.每队启动后的比赛过程限时时间为3分钟。
D.比赛采用两轮大循环赛制，第一轮每队进行一次，然后开始第二轮。相当于每支队伍有两次比赛机会，第一次比赛完毕后待后面队伍完成第一轮比赛后再开始第二轮比赛，中间有充足的调整时间。
E.参赛队的最后得分取两次比赛机会里的最高一次得分。
1.4.3.器材和道具
A.计时器：比赛计时用。
B.道具：根据场地实际情况就地取材，投影尺寸不超过20cm*20cm。
1.4.4.机器人要求
A.参赛机器人需以统一规范的标准硬软件为技术平台，参赛队在统一限定的基础平台上，可以进行改装。
B.在满足要求A的前提下，可以对机器人的部件进行扩展，所用的扩展部件需通过技术委员会安全性认证，否则将取消比赛资格。
C.电源要求：供电装置采用大赛委员会指定的统一电池模块。
D.不满足以上要求的赛队将取消比赛资格，后果由参赛队自行承担。
（1） 机器人数量
每支参赛队可以注册参加比赛的机器人数量为两台，每场比赛允许一台机器人参赛，两次比赛机会可以使用不同的机器人。
（2） 安全
任何一台参加比赛的机器人都必须安全操作，即不对人和环境造成危害。每台机器人都要将电源开关设立在外壳上容易接近的地方。
（3） 开始按钮
任何一个参赛的机器人都需要提供一个开始按钮，而将会由裁判人员或者团队成员来操作开始比赛。当开始按钮被按下后，将不允许任何参赛队成员触碰或遥控机器人。
开始按钮应该是单键系统，方便裁判人员运行机器人开始比赛，可以为下列的任意一种：
A.一个硬件开关按钮
B.一个图形用户界面形式的软件按钮
C.键盘上的按键
（4） 机器人外观
每台机器人需要一个漂亮的外观，特别需要注意的是，机器人大部分的内部硬件（例如电板和电缆）都应该用合适的装饰包装在内。
1.4.5评分标准
到达目标点1（C/D/G/H）并标示…………………………………25
到达目标点2（C/D/G/H）并标示…………………………………25
到达目标点3（A/B/E/F）并标示…………………………………15
到达目标点4（A/B/E/F）并标示…………………………………15
未发生任何碰撞顺利到达终点区域并给出标示…………………15
满分 95分
注：
A.在比赛过程中碰触到障碍物或墙，一次扣5分。
B.到达目标点和终点未标示，如进入目标点停顿5秒钟以上，扣5分；如停顿时间不到5秒，不得分。
C.机器人到达目标点或终点，如未完全进入任务点圆内，裁判根据实际情况酌情给分。
D.如果出现2个或2个以上的多队同分现象，则根据比赛终止前的比赛用时来确定排名，用时较少的队伍排名靠前。比赛过程中参赛队可以主动要求放弃比赛来获得较短的比赛终止时间。
1.5 无人车智能挑战赛赛前准备
1.5.1 人员配备
指导老师：1-2名（每支队伍）
参赛队员：3名（每支队伍）
参赛机器人：ABOT-M1 2套（每支队伍，一套备用）
1.5.2 人员分工
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比赛人员 |
具体任务 |
人数 |
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指导教师 |
1.负责整体赛事统筹，目标制定、任务细分、整体考核 2.把控比赛中的关键节点，有序推进，控制风险 3.对接组委会人员、裁判等，调节比赛中的各种关系 4.负责比赛中的其他如食宿、人员安全等事宜。 |
1-2 |
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队员A |
1.负责和老师深度对接，共同把控机器人比赛中的各节点，对机器人的比赛规则进行深度解读，明确比赛过程中的难点和重点。 2.负责比赛中的任务分配，召集队员开会明确比赛中的规则，同时进行任务细分。 |
1 |
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队员B |
1.熟悉和管理机器人硬件：掌握人工智能无人车的工作原理，熟悉机器人结构、控制器、驱动器、激光雷达、视觉系统等原理，负责对机器人的硬件部分进行日常维护，保障参赛机器人的正常运行。 2. 负责机器人的线缆连接和电气问题的排查修复。当需 要增加传感器或执行器外设时，需要考虑相关的电源供给和走线安排。 3.负责与现场技术支持人员沟通、快速解决现场人工智能无人车出现的硬件故障，不影响参赛期间的调试和比赛。 |
1 |
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队员C |
|
1 |
2、无人车智能挑战赛参赛平台
2.1 参赛平台简介
“ABOT-M1”人工智能无人车是专门为高校培养人工智能和机器人领域创新人才、验证人工智能算法而开发的基于ROS系统的智能移动机器人平台。“ABOT-M1”配备人工智能控制器，可实现机器人视觉、激光SLAM、视觉SLAM、语音交互、深度学习等多种功能，并可实现跨平台开发。“ABOT-M1”配套丰富的功能软件包和开源代码，并附有详尽的实验指导手册，可大大提高学生学习速度，是人工智能、机器人、智能制造等相关专业的理想实验平台。同时，也可在此基础上进行二次开发，把“ABOT-M1”作为人工智能和机器人领域科研、创业项目的开发平台，快速搭建原型样机并进行算法、程序验证。
ABOT-M1是“中国机器人及人工智能大赛—无人车智能挑战赛”参赛平台。
2.2 参赛平台特点
1．一键启动，快速上手使用，并提供完善的实验指导
2．稳定可靠，消费级品质管控，Intel核心控制器
3. 功能丰富，SLAM+人工智能算法应用
4. 动力强劲，匀速运行续航时间超过4小时
5. 开放性强，所有软件全开源，并提供终身免费升级
2.3 参赛平台核心部件
2.3.1 核心处理器
ABOT-M1车载核心处理器为Intel-NUC-7CJYH J4005，拥有智能英特尔赛扬J4005处理器，4G内存，并搭载英特尔核芯显卡UHD Graphics 600，700MHz，HDMI接口x2，前端USB3.0接口2个，后端USB3.0接口2个，内部内存64G，搭载英特尔Wireless-AC 9462无线天线，是一款高性能软件与人工智能处理器。
2.3.2 激光雷达
ABOT-M1上搭载了一枚单线激光雷达RPLIDAR-A1(改良版），这是一款采用三角测距技术的激光雷达，最远距离达到12米。并且即插即用，可以通过一根USB线与主控器连接，十分方便。ABOT-M1软件包合集提供了对于激光雷达的驱动源码。
激光雷达参数如下：
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项 目 |
典型值 |
单 位 |
备 注 |
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测距范围 |
0.15-12 |
米 |
白色高光物体测得 |
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扫描角度 |
0-360 |
度 |
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分 辨 率 |
<0.5 |
毫米 |
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角度分辨率 |
1 |
度 |
5.5Hz扫描时 |
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测量频率 |
4000 |
Hz |
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扫描频率 |
5.5 |
Hz |
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|
测距时间 |
0.5 |
Ms |
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2.4 参赛平台软件特性
1、搭载高性能人工智能控制器，满足ros及人工智能计算需求。
2、支持支持各种机器人视觉功能，包括：人脸检测；人脸识别；目标跟踪；行人检测；二维码定位扫描；特征点跟踪等。
3、支持各种机器人语音功能，包括：基于讯飞的语音识别；自然语言处理；智能问答；语音播报等功能包。并实现了趣味问答机器助手。
4、支持各种激光slam功能，包括gmapping、hector_slam、cartographer以及基于里程计及激光雷达的自主导航避障。
5、可支持各种视觉slam功能，包括：rgbdslam、orbslam、视觉里程计、三维环境重构等。（需选配立体视觉传感器）
2.5 参赛平台详细配置
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项 目 |
参 数 |
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整机重量 |
6KG |
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负 载 |
>10KG |
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运动性能 |
最高速度：1m/s；爬坡能力：30°；越障：30mm |
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驱动方式 |
四轮独立驱动，差速转弯 |
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尺 寸 |
370mm*295mm*430mm |
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机械结构 |
模块化结构设计，可扩展性强，核心部件保护性强，输入输出设备拆装方便 |
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材 质 |
高强度航空铝合金材质骨架+外壳，黑色阳极氧化处理 |
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电控系统 |
分布式控制系统，双控制核心，运动控制系统采用ARM架构，4路高精度伺服控制，搭配九轴IMU模块，总线通讯 |
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通讯方式 |
RS-232、USB、CAN、蓝牙、WIFI |
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电机控制 |
矢量控制、PWM |
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电机驱动 |
实时反馈电机编码器、电流、力矩等数据，编码器反馈精度可达12位；单路驱动功率可达100W |
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电 机 |
四个工业级直流有刷伺服电机，单个电机额定功率36W，配备编码器，倍频后可达3960线/圈 |
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轮 子 |
四个直径 125mm 海绵内胆橡胶越野轮 |
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传 感 器 |
激光雷达：360°扫描，测距范围：12m，测距分辨率：0,5mm 视觉传感器：1080P高清摄像机，帧率可达120帧/秒 九轴IMU模块编码器，倍频后可达3960线/圈 |
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动力系统 |
12V10Ah动力锂电池组，采用进口电芯，具备过充、过放、过流、短路保护，支持最大放电能力150W，配备电压显示模块及低压报警模块，续航能力不低于3小时 |
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扩展能力 |
4路USB 、2路HDMI、 1路802.11a/g网口（内置无线网卡）、1路RS232,2路12位精度AD采集接口、2路I/O接口、1路PWM控制接口、1路mcroUSB口 |
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其他配件 |
10.1寸高清显示器，全视角iPS屏 轻型无线键鼠套装 PS2无线手柄及接收机 |
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配套资料 |
提供所有软件源码及配套实验课程，课程内容不少于32学时 |
2.6 参赛平台配套课程
1.ros基础教程
2.底盘驱动，相机驱动，雷达驱动，手柄驱动讲解
3.编写运动控制节点
4.编写激光雷达避障节点
5.gmapping，hector建图
6.navigation导航详解
7.编写自主导航节点
8.编写语音播报节点
9.python教程与rospy
10.编写颜色识别节点
11.编写人脸识别节点
12.编写基于kcf + 卡尔曼滤波目标跟踪节点
13.tensorflow与ros结合
3、赛事技术支持及售后服务
3.1 参赛前服务与支持
1．帮助参赛单位制定参赛计划、完善参赛方案。
2．提供竞赛配套资料和文档，提供竞赛参考方案的程序源码。
3．提供赛前培训，帮助参赛单位搭建符合竞赛规则的比赛场地。
4．提供竞赛技术指导，包含竞赛规则解读及竞赛软硬件开发指导。
5．搭建参赛单位交流平台，方便参赛队伍之间的交流。
3.2 参赛期间服务与支持
1．专门技术人员支持，保证机器人竞赛期间的稳定性，免费部件更换和维修。
2．提供竞赛程序的技术支持，帮助竞赛队伍排查软件问题，并对用户改进提供支持。
3.2 参赛后服务与支持
1．帮助参赛单位进行参赛总结，向参赛单位提交竞赛过程中发现的问题并给予改进意见和建议，帮助参赛单位总结参赛经验。
2．与参赛单位交流沟通，及时发现竞赛期间支持与服务工作中的不足并改进。
3.4 参赛机器人平台售后服务
1．硬件一年免费保修、终身成本维修，所有软件终身免费升级；
2．建立客户档案，定期回访跟踪并及时纠正客户不规范操作造成的结果偏差，协助用户对设备进行保养。
3．技术人员免费安装调试并进行产品使用培训。
4、往届竞赛证书
