在这篇文章中，让·保罗·Marcade讨论MathWorks工具如何帮助团队La Coupe de France de Robotique而且Eurobot机器人比赛。让-保罗在工程发展组在英国剑桥。他在大学期间亲自参加了早期图卢兹，所以他可以提供一些很好的观点。希望你喜欢!

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Coupe de France de robotic和Eurobot

La Coupe de France de Robotique(法国机器人杯)和Eurobot机器人竞赛将不同背景的人聚集在一起，主题每年都在变化。2019年是150^th元素周期表的周年纪念，因此今年的主题被称为“原子工厂”。

法国机器人杯聚集了大约160支队伍，主要是大学生(从学士到博士)，但也有高中生和专业工程师。完整的结果如下在线．今年的冠军是Sussus入侵者队来自巴黎的机器人。

Eurobot是欧洲版，包括从加拿大到台湾的队伍。它与法国杯同时举行，来自世界各地的国家赛事冠军将与获胜的法国队比赛。今年的冠军是体机器人来自塞尔维亚的一个团队。

每场比赛在2 × 3米的桌子上进行，最多有4个全自动机器人(每队2个)。一场比赛持续100秒，每队必须通过捡起和移动桌上的冰球来尽可能多地得分。

团队之间没有合作，但机器人必须避开对方。

找到下面的Atom工厂竞赛竞技场的插图和规则手册的链接。

原子工厂竞技竞技场。来源:2019年规则手册

学生在解决什么问题?

毫无疑问，为这项比赛设计和编程机器人并不是一项简单的任务。让我们来谈谈我们看到的团队工作的一些主要内容。

高度集成系统

大多数团队使用嵌入式计算机(例如，覆盆子π，LattePanda)与微控制器通信(例如，Arduino，STM32而言或自定义卡)，通过I2C、以太网或CAN等协议。一些机器人还可以相互通信，并与外部传感器(例如，摄像头，激光雷达)进行通信。

实现易于调优和维护的算法通常具有挑战性。一种方法是通过使用仿真模型测试控制器来分离概念和实现，然后自动将其部署到硬件上。在比赛中我们使用了Arduino工程工具包来展示这个工作流。

Arduino Engineering Kit自平衡摩托车及其Simulink模型金宝app

使用这个工具包，我们可以直接从Simulink调整平衡飞轮PID控制器，而不必重新编译模型!金宝app这种快速的原型工作流程也可以用于机器人调整控制器、视觉算法、行为逻辑等。

我们还提供其他硬件板或微控制器的金宝app支持包。你可以检查一下你的是否兼容在这里！我们还提供视频和教程来开始代码生成这个页面．

除了硬件之外，还有一些软件框架是为这些具有专门组件的复杂系统构建的。一些团队使用机器人操作系统(ROS)在这些组件之间交换信息。ROS是一种用于高度集成系统的软件工具，它正在成为机器人行业的标准。要了解有关MATLAB、Simulink和ROS的更多信金宝app息，请参阅这篇博文．

导航与控制

在一个小桌子上放置4个机器人具有挑战性，因为其中一些机器人的移动速度可达5米/秒。因此导航和控制是至关重要的系统。

• 路径规划和导航:最好的团队是将车轮里程计(也称为航位推算)与测距传感器(声纳，激光雷达等)结合起来，这通常需要传感器融合．这些传感器既用于定位，也用于避开障碍物，如墙壁和其他机器人。

模拟导航任务使用概率路线图

• 机械手控制:许多机器人使用带有吸力夹具的操纵器在比赛场地和机器人自己的冰球储存容器中捡起和放下冰球。这通常涉及到几个自由度，这需要逆运动学在执行这些拾取和放置操作时，将夹持器放置在正确的位置。

模拟操作任务使用运动轨迹

• 低级执行器控制:在上述两项任务中，都需要对执行器进行低级控制(无论是电动、气动还是其他)。设计执行器控制器通常受益于拥有数学模型。可以使用数据表或从硬件收集响应数据来构建这些模型。然后，该模型可用于设计和验证控制器。布莱恩·道格拉斯在他的作品中详细描述了这一点PID控制视频．

Brian Douglas的PID调谐指南[观看视频］

计算机视觉

规则每年都在演变，越来越多的动作需要计算机视觉，所以这是大多数团队感兴趣的话题。然而，在没有尖端技术的嵌入式环境中，所需的计算能力可能很难获得——尤其是对于深度学习。好消息是MATLAB和Simulink提供了介于两者之间金宝app的功能和示例经典图像处理而且深度神经网络部署在图形处理器上！

下面是我们在比赛中跑步的两个例子。左边是树莓派上部署的颜色阈值和斑点检测算法。右边是在带有GPU的笔记本电脑上运行的深度学习应用程序，该应用程序正在检测面部并对性别、年龄和情绪等特征进行分类。

在我们的活动摊位上展示基于视觉的例子

战略与情报

另一个挑战是开发机器人的“大脑”。在这么小的桌子上放置4个机器人，它们都带有噪音传感器和执行器，很容易导致交通堵塞和其他意外事件。有些团队能够进行动态路径规划，从障碍或其他失败中恢复过来，以及实时调整策略，以利用比赛中的100秒。

优秀团队的一个关键区别是将这种智能构建为闭环系统-即对环境变化作出反应的系统-而不是对非计划干扰不健壮的预定义移动的开环序列。

Stateflow在这里是有帮助的，因为它可以作为一个高级工具来实现和测试机器人策略。与我们讨论过的其他类型的算法一样，可以从状态机生成独立的代码并将它们下载到硬件上!

使用Stateflow模拟机器人回避逻辑

要了解更多关于statflow的知识，请按复杂性顺序查看以下视频:

1. 学生竞赛团队的状态流快速启动
2. 使用模拟测试状态机:用MATLAB和Simulink仿真移动机器人金宝app
3. 高级建模和逻辑:足球机器人行为编程

基于项目的学习

机器人竞赛是一个学习的好机会基于项目的学习．他们不仅需要编程技能，还需要以下技能:

• 交叉技能这些在高度一体化的项目中是至关重要的。团队成员需要相互交谈，以了解机器人不同软件模块之间的接口。同样，软件工程师需要了解硬件(机械和电子)，反之亦然。
• “软技能”-例如，项目管理和沟通技巧。其中一些机器人价值数千美元，由于每年的规则都在变化，学生们需要找到赞助商。有些团队甚至有专门负责业务关系或沟通的人员。他们还需要制作一张海报来展示这个项目。下面是一个例子。

海报样本图卢兹机器人俱乐部

MathWorks如何提供帮助?

MathWorks支金宝app持像La Coupe de France de Robotique和Eurobot这样的比赛，因为我们认为基于项目的学习是学生理解理论如何应用于实际应用的好机会。我们提供免费的软件许可证，因此，如果您的团队正在参加这些比赛，并希望获得这些工具，请填写我们的软件申请表格．

我还强烈建议你看一看MATLAB和Simu金宝applink机器人竞技场视频系列．它收集了许多有趣的视频和教程，可以帮助您开始使用MATLAB和Simulink进行机器人设计的许多方面!金宝app

如果您有任何问题，欢迎留言或发邮件给我们roboticsarena@mathworks.com．