第九届集创赛杯赛题目——海云捷迅杯

海云捷迅杯

一、杯赛题目：基于FPGA的机械臂精确控制系统设计

二、组别要求：A组、B组

三、赛题任务：

本赛项涉及的机械臂精确控制系统是工业自动化和智能制造关键技术，随着机械臂在工业、特种机器人、医疗、服务型机器人中越来越广泛的应用，对机械臂控制系统的功能、性能要求越来越高。多自由度机械臂的控制精度、稳定性、灵活性对于机械臂的应用有十分重要的意义。

本次杯赛要求选手使用指定的FPGA开发套件控制多自由度机械臂完成将一定数量含有不同形状和颜色图案的正方形物块按照指定规则(赛题图片)进行仓库至目的地的移动、拼接和还原。

正方形物块表面图案共包含4种颜色 (红、黄、蓝、黑) 和4种形状 (正方形、圆形、正六边形、三角形)，正方形物块尺寸为3*3 cm²，厚度为2mm，表面图案与正方形物块的物块的尺寸关系如下所示。

赛题图片则是将从4种颜色和4种形状正方形物块中随机抽取不少于2种颜色和2种形状正方形物块进行拼接，正方形物块数量为15，并置于一个4*6网格状的方框中，每个网格尺寸为4*4 cm²。

选手根据自身能力选择合适的难度（见下文2个不同的难度等级介绍），并进行方案设计，完成物体取放、移动路线计算、规划等功能实现，对机械臂进行精确控制，将物体移动到目的地并按照要求进行排列。

具体比赛细节流程及相关要求将于赛前另行公布。

四、系统设计要求

1.参赛团队必须在指定的FPGA开发套件上完成运动控制的算法和功能；

2.本次杯赛允许借助MCU、树莓派、FPGA等外接算力平台作为协处理器进行颜色和形状识别。但在实现同样功能的情况下，不同外接算力平台得分会有不同，例如：A队使用FPGA作为外接算力平台并实现规定功能；B队使用除FPGA以外的处理器作为外接算力平台；则在设计及汇报得分方面A > B，且A队有附加分B队无附加分。

3.本次杯赛只能使用如下图所示类似的机械臂，机械臂自由度不少于3；若比赛过程中发现机械臂外观与例图不类似，则直接取消成绩。机械臂需要摆放至于比赛场地内（亚克力玻璃板上）。

4.不提倡滥用设备、堆性能的行为，注重成本控制。注：设备和外接算力平台的性能参数会影响最终分数。

5.本赛题对物体的移动分为2个不同的难度等级，如下：

（1）难度1：不同形状和颜色的正方形物块，随机乱序规则放置在左侧仓库中(该难度下有辅助镂空网格)；

（2）难度2：不同形状和颜色的正方形物块，随机乱序不规则放置在左侧仓库中(该难度下没有辅助镂空网格)；

（3）注意：难度2不会出现等待移动的物体重叠的情况，但是可能有边缘粘连。另外，比赛场地可如上图所示为亚克力玻璃底板，也可为钣金或者其他形式的材料，请参赛团队自行考量固定装置的形式和规格。

五、设计指标：

1.本赛题的基本完成要求为：完成难度1的要求；

2.为激励参赛队伍选择高难度，完成难度2的参赛队伍正确完成的正方形物块数量将进行综合评分，例如若选择难度2且能最终正确完成10个正方形物块，则难度1能最终正确完成的正方形物块数量也为10，得分将相加；

3.参赛团队所实现的功能使用RTL实现的均认定为优于非FPGA实现，比如：使用RTL实现机器视觉识别得分优于外接算力平台进行机器视觉识别。视觉识别算法不一定是神经网络算法。

六、硬件要求及说明

1.本次比赛必须使用指定AWC_C4 FPGA开发套件（青春版）作为赛题硬件平台；

2.海云捷迅可以提供80套的AWC_C4 FPGA开发套件（青春版）免费使用，申请开发套件的团队需要缴纳押金600元，并保证赛事结束后完整归还，如有损坏或遗失需进行赔偿。

3.需要申请借用开发套件的参赛团队发送邮件到ciciec_support@awcloud.com。邮件主题为“[集创赛硬件借用申请]”，并以“附件一集创赛硬件借用申请表格（手写签字版本）”、“赛事报名表（签字盖章版本）”及“参赛押金缴费的截图（报名平台内显示已支付）”作为邮件附件，工作人员在收到申请邮件后会与参赛团队进行联系；

4.报名开始后即可申请借用，开发套件数量有限，先申请先得（按照押金到账时间顺序），请参赛团队及时提交申请。如开发套件借用名额已满，参赛团队需自行购买开发套件。具体购买流程请邮件向工作人员咨询（ciciec_support@awcloud.com，邮件主题为“[开发套件购买咨询]”），工作人员在收到申请邮件后会与参赛团队进行联系；

5.机械臂、赛题所需其他外用设备、初赛用的正方形物块和比赛场地等设备需参赛队伍自行采购，初赛的场地和物块仅对尺寸做限制，材质无限制。

6.分赛区决赛和全国总决赛将统一使用杯赛企业提供的正方形物块及比赛场地；

七、提交内容：

初赛阶段

1.汇报PPT：

（1）项目介绍

（2）关键技术介绍

（3）性能指标（目标锁定时间、定位精度、移动速度等）

2.详细设计方案：

（1）系统架构分析

（2）关键技术分析

（3）性能分析（目标锁定时间、定位精度、移动速度等）

3.测试报告

4.工程源码

5.效果演示视频

分赛区决赛及总决赛阶段

1.现场汇报PPT：

（1）项目介绍

（2）关键技术介绍、提升点、数据统计

（3）仿真及测试过程例证、呈现

（4）性能指标（目标锁定时间、定位精度、移动速度等）

2.详细设计方案：

（1）系统架构分析

（2）关键技术分析

（3）性能分析（目标锁定时间、定位精度、移动速度等）

3.测试报告

4.现场效果演示

八、评分标准

项目	内容	分值	评分要求
基本指标（20分）	可正常运行	5分	系统正常运行，能正常完成机械臂控制
	可正常运行	0分	系统无法正常运行
	能正确完成难度1的要求	15分	每完成一个正方形物块加1.5分，满分15分。
性能指标（50分）	能正确完成难度2的要求	30分	每完成一个正方形物块加2分，满分30分。
性能指标（50分）	完成图片摆放的总时间	20分	按照移动耗时进行排名，得分从0分到20分按排名均布。总耗时不超过5分钟，超过5分钟按当前完成正方形物块数量进行相应排名。
设计完整性（20分）	设计方案	6分	设计方案原理合理、逻辑清晰
	测试报告	6分	详细且充分的测试报告；对整个方案实现提供详尽的数据支撑
	工程源码	8分	工程源码完整；进行详尽的注释说明
汇报及答辩（20分）	汇报PPT	5分	汇报PPT重点突出、条理清晰
	方案描述	5分	方案原理分析合理、逻辑清晰
	测试描述	5分	对开发过程中测试进行合理描述，对方案实现过程进行数据支撑，描述简单明了、抓住重点
	现场表现	5分	体现团队协作分工，答辩和文档表现优秀。

注：完成的正方形物块必须正确且完整放置在方框内，若有些许超出或者未完全放置的，不计分。

九、附加分：

分值	说明
20分	根据外接算力平台的选择以及实现功能进行评分。若外接算力平台为FPGA，则可得部分附加分，另外根据在外接算力平台上实现的功能进行酌情加分；若外接算力平台为除FPGA以外的处理器，则附加分为0。

十、硬件说明：

AWC_C4 FPGA开发套件（青春版）