一个外观极其简陋的小车是怎么赢下清华电子设计大赛的?

Momenta,打造自动驾驶大脑。

伟大的公司都是由年轻的员工创立的,在人工智能的时代,更需要我们迸发年轻的力量,一起创造更大的成果。

——Momenta CEO 曹旭东 大赛致辞

历时两个多月,从50支队伍参加预审到16强展开正赛,经数轮PK,直至8强竞技、决赛问鼎,清华大学第十九届电子设计大赛落下帷幕。Momenta曾在清华自动化系开设过控制算法的课程,与同学们交流紧密,本次专门邀请到了大赛的冠军队伍“秋名山车神队”,跟我们聊聊冠军是如何诞生的。

秋名山老司机

冠军队伍介绍充满诗意:秋名山上行人稀,常有车神较高低。如今车道依旧在,不见当年老司机。

冠军队伍由清华大学自动化系自62班的4名同学组成。队长蔡文汉高中时期就研究过足球机器人相关的算法,还在世界比赛中获得过亚军,此次负责顶层算法。另外3名队员分别是严虎、王永浩和娄志强同学。其中,王永浩负责底层的电机驱动控制,提供转向转速的函数; 娄志强负责串口通信,把上位机通过蓝牙发的信息接收并传回给主函数;严虎负责硬件的连接,以及比赛中辅助队长进行调试。

大赛要求参赛队伍设计小车,使其能够自动行进,并与上位机实时通信,获取场地信息,实现控球。严虎介绍,课业繁忙导致比赛筹备时间不是很充足,所以都是集中精力解决最关键的问题。

“我们的小车并没有很多外设,可以说是很简陋,只有主办方提供的材料,加上一个陀螺仪模块。”严虎说,“中途曾用过电子指南针,但是电磁干扰太多,最后改成了陀螺仪。而且这只是入门级的单片机开发,也想过增加一个射门装置,但因为课业繁忙,没有足够的时间,如果有时间会做得更好。”

简陋不简单的小车

夺冠的秘诀

比赛的核心是争球和射门,经过综合考量,秋名山老司机们觉得外设只是锦上添花,不是重点,核心就是路径查找,寻找最优路径。

王永浩介绍,参赛时有两种小车可以选择,一种是使用两个普通轮子的小车,另一种是三个全向轮的小车。“我们最终在队长的建议下选择了全向轮,这样小车可以做360度的平动。大多数队伍用的是两轮小车,进入决赛的八支队伍只有两个用的是三轮小车,我们是其中一个。”王永浩说,“所以结果是,其他队伍的车要追球必须先过去再找方向,我们则能保证自己朝向不变的情况下弧线绕到球的后面。 比如球在车的正后方,两轮小车需要先旋转180度,往前行走,然后再转180度;而我们可以在保持不转向的情况下直接运动。 ”

小车的车轮

严虎说:“我们在最后的PK里致胜的关键是算法+三轮小车的经验之选,当然对手找球的算法也存在问题。8进4那场比赛,‘不会踢球队’对我们产生了一些压力,他们把两轮小车找球做得非常好,双方进球量是一样的,而我们是用时少险胜。”

“未来AI会是人们生活中习以为常的事情”

对他们来说,人工智能不只是一场比赛中的探索,而是已经融入学习、深入生活。清华大学自动化系科协推出了一个通过照片生成画像的小程序,秋名山车神的队员们表示十分感兴趣。“未来这些技术会更加深入到大家的生活中,就像用电一样。”王永浩说,“AI会是人们生活中更加习以为常的事情。”

同学们还谈起曾经参加过Momenta工程师在清华举办的算法课程。“他讲得很高端,很深刻。我们只是刚学了基础知识,还没接触到控制理论。就像刚学会说话,还不知道该说什么。所以对Momenta的技术还是抱着敬畏之心的。”严虎说。

Momenta创始人兼CEO曹旭东为大赛致辞

文末小彩蛋:队长蔡文汉专访

M:你的技术是怎么积累起来的?

蔡:我高一的时候开始接触机器人,学习有关机器人的知识,包括结构设计,工作原理以及程序设计等等。高中每年都参加机器人比赛。在2015年的RoboCup Junior中学组轻量组足球机器人世界赛上获得总分亚军、超级联队冠军,2016年获得超级联队冠军。

M:你认为这次比赛的核心是什么?

蔡:最基础的一点是选择了3轮小车,在小车能够向任意方向平动的基础上,才有程序里对寻找小球的路径算法。寻找小球的路径算法应该是比赛程序的最核心部分,也是最简洁的部分。基本原理就是,小车平动的方向变量,是直接由球相对于小车的方向以及球相对于小车的距离这两个变量所直接决定的。本质上就是一个二元函数关系,并不复杂。

M:对人工智能有怎样的展望?

蔡:我十分看好人工智能未来的发展。未来人工智能肯定会存在于生活与工作中的方方面面,帮助人们提高工作效率和生活水平,提升社会生产力。我现在做的东西只能算是机器算法控制,不是人工智能,但是我很希望能够往人工智能的方向发展学习。

M:对Momenta的印象是怎样的?

蔡:我知道Momenta是做有关深度学习和自动驾驶方面的。我看过一些技术演示,我认为Momenta在对道路环境感知、图像识别方面做得非常理想。我暑期实践调研的时候也参观过一些做无人驾驶的公司,但是看得出,Momenta的图像识别,尤其在行人与车辆等的识别方面更胜一筹。

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