【分享帖】武汉工程大学-Nautilus战队-新队机械起步方向指南

武汉工程大学Nautilus战队经验分享-新队机械起步方向指南

前言：

笔者所在的武汉工程大学Nautilus战队为2019年新建队，2020赛季第一次参赛的新队伍。robomaster这个比赛每年的赛题具有传承性，对于老队来说，可以接手老队员所留下的资源和积攒下来的技术继续参赛。但是对于新队来说，这个比赛的技术点有传承同时意味着往年比赛留下来的技术点非常的多，短时间内很难做出来。所以要在战队成立之初，尽各位所能去点上这些技术点。我队从去年六月建队开始算起，经历了一年多的新队开荒过程，其中最困难的时间当属起步阶段所做的工作。“研发工作，机械先行”，我本来是想写一篇战队前期研发踩坑指南，但是写了一下稿子之后发现，战队的电控、视觉研发工作要顺利进行就必须要求机械在初期就能拿出稳定可靠的机器人方案，机械组在建队初期会承受巨大的压力，这段时间内团队管理和机械组进度基本直接决定了初期几个月的效率和进度。本人是机械组成员，不擅长管理，所以本文抛开管理运营，单纯分享我队机械组在初期所踩的坑，希望能看到我这篇帖子的后来队伍能少走一些弯路从而迅速提高实力。

                               
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目录

一、 RM的组别框架以及机械组的重要地位

二、 机械组的职责

三、 机械组成员在起步阶段至少应当会什么

四、 初期的项目立项问题

五、 在加工方面上面的一些建议

六、 测试的重要性

七、 结个尾吧

                               
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正文

一、 RM的组别框架以及机械组的重要地位

RM三大技术研发组为：机械、电控（嵌入式）、视觉（算法）。用人体来打比方的话，可以说这三个组的地位是机械是骨骼，电控是肌肉，视觉是大脑。在整个机器人的架构中，机械是处于最底层的位置。

在备赛过程中，机械方案的好坏会直接关系到电控视觉有没有稳定可靠的机器人框架来供他们测试新的代码以及调参。反之，电控视觉会经历一个较长时间的无车可调的状态。（我队初期严重影响进度的直接表象）所以我个人认为，建队初期的开发进度基本取决于机械组的机械方案以及机械组做事效率。

二、 机械组的职责

这个最基本的问题依然有必要再在这里陈述一下。

RM的所有兵种的需求随着每个赛季的规则变化而变化，包括步兵在内，每一年的需求都可能不一样。（例如17年要求独立悬挂，今年新增二轮步兵和盲道台阶地形）。机械组的最主要工作就是设计出机器人的车体或者框架、完成加工以及装配，最终做出能满足比赛需求的机器人机械框架。

（不要怀疑为什么还要把这种话还要说一遍，拿官方步兵上场队不少的，我甚至还见过没有机械只有嵌入算法的队）

三、 机械组成员在起步阶段至少应当会什么？

理论知识：工程制图、机械原理、理论力学（材料力学 机械设计 ）

专业技能：二维：autoCAD 三维：SolidWorks（静力学仿真软件：Ansys，SW有限元模块等、动力学仿真：Adams）

加工能力：3D打印、激光切割机（4060雕刻机或类似型号）、一个可靠的金属件、板材零件外包供应商。

（括号代表最好掌握的技能或渠道）

其他：

1、了解多种自动化标准件、比赛中常用的电机、比赛常用的机构等。

2、遇到其他学校的结构如果不懂要多向其他战队询问、多和自己的队友讨论，切不可避开团队一人思考；你以为这个结构是这个样子，其实这个结构是另一个样子。

3、多逛论坛，学习近年最有价值的那些开源帖的亮点。

4、核心研发成员（最好是全部队员）务必学习电控和视觉的基础知识，不要求会码代码，但需要了解电控和视觉方案的原理，主动和机械、电控、视觉的队友讨论方案可行性，切不可避开团队一人臆想，切不可抛开电控和视觉只顾机械，个人心气需要服从队伍的发展。

5、实事求是，简单高效是做事原则。实事求是意味着一切结构的可用性基于测试结果而非理论嘴炮；一切的设计应遵从用最简洁的机构、最少的电机、最简单的算法去实现。实事求是是基础，简单高效是上层建筑。

（如有其他意见欢迎补充）

机械组初期的攻关可以由一个或几个高年级的学长（掌握材料力学，机械原理机械设计等课程）带头，分项目组对兵种进行研发，组员经过早期的培训掌握绘图和基本理论、设计技能就可，仿真计算由学长来进行。

四、 初期的项目立项问题
项目立项这个问题是针对整个战队的规划而言的，也就是计划决定先研发什么东西。做什么东西首先应需要开会讨论各个项目采用什么方案，具体包含什么技术点，最后具体的变现首先又落到了机械组的头上。从RM的比赛趋势来看，兵种数目越来越多，机械研发任务量也越来越大。特别是今年新增了积分榜和高校联盟赛的赛制，新队伍想进入积分榜前96名更是一件难上加难的事情。所以对于年轻队伍而言，强烈不建议所有兵种同时开工，而是有针对性的攻克一种或几种重要的机器人。
对于研发一个机器人，需要首先建立一个重要观念，那就是不能一步登天，需要从基础工作上开始做起。一些人刚开始做比赛（包括去年的我们队），在自己没有任何保底稳定方案的前提下，就想直接挑战最高难度最先进的设计。设计出的机械是否可行需要经验以及足够的时间进行测试。就算是结构看起来最简单的步兵上供弹方案，也存在很多细节上的技术点，越复杂、越先进的方案技术点只会越多，而论坛上所能找到的资料往往更少，相比传统稳定方案，更需要成倍的时间去完善激进方案。一个赛季的时间并不很长，从九月开始到寒假只有大约四个月，留给电控、视觉以及联调的时间并不多，所以方案应越成熟稳定越好。机械做出来了，能不能经受比赛的考验，是不是在家能用到了赛场上就出各种玄学问题，必须通过足够的时间进行测试（后文专门讲）。在上文提到，自主做出稳定的设计需要经验、时间和测试，这都是新队伍所缺少的。（说白了就是推荐抄开源，或者改开源）所以，如果正在读的读者是一个新队的队员，并准备赶英超美大干一番，我还是建议三思而后行，这都是我队在去年建队之初走上的严重歧途。
其实，一个好的机械方案不一定代表复杂，也不代表看起来有多炫酷，RM是看结果的比赛，好与不好的唯一标准就是你能不能先把对方打死。RM官方推了很多年的步兵下供弹方案，但是直到2019年步兵的主流依然是上供弹，因为上供弹机械结构简单，维护成本低，故障率低，设计十分成熟，稳定耐操，从这里可以导出本文的核心词——稳定性。只有稳定的方案才有机会和对手一战高下。
（稳定性足够优秀，工程也能拿MVP）
在以稳定性为前提下，我举个例子，从2021新队角度出发，以稳定性为前提，进行简单的需求分析和方案确定。
2021的兵种为：步兵 英雄 工程 无人机 哨兵 飞镖系统 雷达
首先所有人必须熟读规则，然后对规则进行需求分析：
【以下解读仅供参考，各个队可以根据自己的情况确定自己的研发方向】
【暴论开始】
步兵：2021年新增盲道地形，如果要能够在盲道上进行输出，那么对于底盘的结构和性能应具有相当的要求。但是由于新队缺少经验，首先应以机械稳定性为第一要点，故应该放弃适应盲道，采用2020以及以前的稳定设计。机械的复杂程度越高，系统稳定性越差，维护成本越高，故步兵应采用独立悬挂、上供弹云台、小陀螺的传统方案。（上交2020步兵开源）
英雄：2021的英雄相对于2020基本没有改变。新赛季组委会引导所有参赛队去做抛射英雄，当行走的导弹发射架。但是由于抛射英雄尚未出现成熟的开源设计（官方除外），研发抛射英雄具有相当的风险。上供弹云台的英雄目前设计已经趋于成熟，例如2019北科大陀螺英雄开源。若以稳定性为第一需求，应采用上供弹设计。此外2019的上交英雄首次使用开口链路下供弹设计（未开源），目前根据观察已经成为2020年的主流。该方案难度较高，存在大量需要攻克的技术点。极力不推荐一开始就采用上交英雄的下供弹方案，如果有保底方案、研发力量十分充足，可以花大力气攻克开口链路下供弹的英雄设计。
哨兵：哨兵相对于2020没有更改，两个炮管拥有多种组合方案，比如一上一下，双下，单下双炮等。考虑到给新队的时间很短，且根据参赛视频可以发现哨兵的跑路重要性高于自主反击，故哨兵的结构应以稳定性以及高速躲避为优先级。可以参考东大哨兵开源等制作哨兵底盘，优先做不装炮高速躲避的保底方案（浙纺2019哨兵）或者只做一个云台，放弃一个炮管的单炮管方案。
【由于新队伍需要先打高校联盟赛打够积分才能进入对抗赛环节，而高校联盟赛的赛制首先需要的就是这三个或两个兵种，故应当将绝大部分研发力量投入到这两三个兵种上，否则对抗赛的门槛都摸不到。】
工程：今年工程基本重做，研发难度巨高，目前我们自己也没什么好的想法，但是2021的英雄大弹丸可以金币购买，不需要完全依赖工程。救援功能、抓小矿石的功能依旧可以参考往年开源去做，抓大矿石的研发力量应当投入到高校联盟赛兵种研发上。
无人机和飞镖：新人劝退器，也是非必须的兵种。目前来看2020年做出飞镖的队伍可能寥寥无几，且无人机要达到较高的准度十分困难，可以直接放弃，机动炮放置在英雄上。
雷达是纯视觉算法组的东西，和机械关系不是特别大。
【暴论结束】
总的来说，确定机器人方案的时候要综合考虑到已有资料是否够多，能从中直接吸收到多少的经验；自己的研发实力是否有能力冲一冲或者只尽量做保底方案；方案的机械部分难度如何，能否在紧迫的备赛时间内迅速做出来并达到功能稳定，交给电控视觉队友进行调试；除去调试时间以外，还有没有一个到几个月时间给操作手练习操作，同时进行各种功能的稳定性测试，等等。本段是这篇经验分享文章的核心部分，希望后来的队伍能牢记这些。
（补充一个我队的反面例子：我队建队之后报名了2019江苏省赛，在正式立项到参加省赛只有两三个月的时间的情况下，当时的步兵立项构型为下供弹小陀螺横臂独立悬挂，电机采用同步带加速以及万向节传动（安信工方案），哨兵为上下双云台方案，拨盘的射频目标20hz，想通过大跨步快速追赶。结果是，机械稳定性极差，下供弹管路维护过于复杂，忽视了弹仓的受力问题，拨盘经常损坏，底盘结构从力学角度有严重不足，万向节故障率极高，云台没时间加工导致板件只得使用3D打印，哨兵上下两个云台一个都打不出子弹，电控直到比赛前才开始调车，PID参数完全不行，小陀螺根本没做出来，视觉组的代码在这么差的机械底层和尚未完成的电控代码面前根本无法发挥作用。）
（江苏省赛场地训练时撞断头）
五、 在加工方面上面的一些建议
我队除了在方案上出过重大问题，在加工制造上也存在问题，这也是影响进度的一个重要原因，故也开一章节来讲。
一般一个机械从第一版设计到稳定，需要迭代，迭代需要足够的测试，也需要花时间加工重做，做测试版本（demo）就是很重要的一环。demo可以使用一些廉价、性能较低的材料进行快速制作，比如3D打印和激光切割亚克力板。
3D打印机是十分廉价且好用的快速成型机器，市场价1000出头就可以购买到一台稳定的3D打印机。许多测试用的零件甚至成型设计里面的一些零件都需要使用3D打印机进行制作，一般小型零件几十分钟到几个小时就可以制作完毕。但是对于大型零件，尤其是RM主流采用的板材结构，3D打印板件的时间往往非常长，这时候就建议采购一台激光切割机。
激光切割机切割亚克力的速度非常快，3d打印往往需要打一个小时的零件只需要几分钟就可以切出来，可以说是省时省力的做demo利器，故强烈推荐采购。亚克力板的成本较低，可以大量采购，采用板件堆叠、板件加铜柱或者插板连接的方式可以非常快速的搭叠出空间结构。利用3D打印和激光切割做出demo并且机构测试合格之后，就可以开始制作成品了。
对于成品的制作，可以选择外发，也可以选择自己制作。对于加工板材，有的学校可能不具备加玻纤板和环氧板的条件，就必须找一个可靠的供应商将零件外发出去。有的学校可能有雕刻机，这个时候可以选择自己制作，但是需要衡量一下工期以及最终自己加工的质量、良品率等，个人建议在集中大量板材需要制作的时候外发，效率和良率都比自己制作好，少量有问题的可以自己制作。总的来说，3D打印机和激光切割机是必备神器；雕刻机尽量争取，如果有的话好处会很大。
此外，大部分战队都没有加工金属零件的能力。如果有条件供战队加工，也需要花时间学习操作加工中心，铣出来可能需要自己打孔等。我队在建队开始的一段时间内也是纯自己制作，最后自己加工的金属件良率很低，几个件就有一个废的，打孔打歪、断丝锥导致废件等乱七八糟的极度影响进度的问题层出不穷。就算做出来了，也毫无精度可言，同时由于耗时太长还严重影响到队员的正常研发时间和学习时间，表现出的弊远大于利。所以，建议不要头铁自己做金属件，外发零件其实也没那么贵，不论是时间，成本还是精度，都是外发更优。
六、 测试的重要性
两个功能相同的机器人，一个是只有在演示的时候好用，一个是不论在战场上怎么跌怎么撞都稳定，要从前者达到后者，必须做足够多的测试。（2019交大纪录片中有提到，用20%时间研发，80%时间测试，可以看出测试的重要性，并且这个同样适用于电控组和视觉组，建议去看一看纪录片）。测试既是个操作手熟练车的性能，提高操作手战术执行能力，也是对机器人各个功能的稳定性进行测试。有的问题不测试可能就不会暴露，特别是实战化的测试：例如：云台的陀螺仪需要防冲击这个细节，是在家上个坡、陀螺运动这种简单测试完全不会暴露出来的问题，到了场上被英雄大炮命中云台，可能陀螺仪就会失效导致疯车、死亡。测试可以分很多种，比如暴力测试（跌落、撞墙、锤击等）、稳定性测试（工程上岛下岛100次，步兵飞坡100次等），以及实战化测试（自家步兵打自家英雄、和同地区的参赛队打友谊赛等）（参考哈工大2019纪录片）。测试中不断暴露问题，只有在家里发现了，才有足够的把握到了场上100%不出现任何问题。

（上交联轴器锤击暴力测试）
七、 结个尾吧
鹦鹉螺nautilus战队自从建队以来，绕过了不少的弯路，也受到了不少大佬和战队的帮助。在2019年9月，有幸能够到华中科大狼牙战队参观学习交流，当时完全是小白的我队第一次有了技术、管理上的初步认知，12月的江苏省省赛与周围的许多参赛队进行了交流学习，第一次与老队们切磋实力；2020年1月与湖北工业大学展开了双向的交流活动。线上备赛期间，也有许多大佬在QQ、论坛上发表干货供大家一起共克时艰。现在2020赛季已经结束，nautilus也不能再称之为新队，故现将过去一年我能总结的经验写成这篇经验分享文档，供后来的新队伍们学习，尽量少再踩我们所曾踩过的坑。

协助审查完成本文档的其他人员：灰灰，xwj
本文的部分内容由灰灰提供

希望新战队能看到并且不要过目而忘

花师小哲 发表于 2020-9-28 23:05
哇，写的那么多，我稍微浏览了一下，写的还是很不错的。我也打RM好多年了，也去过其他的学校交流，每个队都 ...

是这样的，人和人的体质不能一概而论，经济条件不同，人数不同，学校支持条件不同，但是对于我说的这个问题我更认为这是一种比较普遍的现象，就算是老对的新队员也可能会有类似问题（推测）。可能有的队伍第一年定的目标较低，可能就会选择较简单的方案；我队去年定的目标是用一年时间达到强队的百分之六七十的水平（有点大跃进的意思了），于是早期疯狂堆激进方案，现在看来几个自己堆起来还够不到强队的脚趾头。。
有这种现象或者趋势的新队伍，希望引以为戒，没有的话那更好，至少我们队在建队早期的时候挺迷茫的，并没有什么人来告诉我们这些东西，所以这就是我为什么要写出来。

哇，写的那么多，我稍微浏览了一下，写的还是很不错的。我也打RM好多年了，也去过其他的学校交流，每个队都有各自不同的情况，所以我认为并没有共用的建队经验，就像我可以谈很多怎么和老师进行斡旋来获取更多实验室使用时间的经验，但很多队伍可能并不需要这些。当然，很多经验也可以被借鉴。RM毕竟是个很复杂的比赛，要打好RM是困难的，必然也会踩各种各样的坑，有些朋友分享经验，对新队伍确实有很大的帮助（不过你既然在群里要“踩”，那我也勉为其难的打个赏吧）（感觉我好久没进论坛了，上次好像还是“过年”的时候，哎，老了老了）

最近正在招新，感谢仲谋兄的帖子

我们新建队，尤其是非机械专业的偏多，对机械原理之类的原理课不大了解，新队员去学cad，sw，老队员就得好好把专业知识补回来。感觉要做的事儿好多