电赛每日一题 · 第 14 期 ｜ 今日拆解：2021 年 F 题 智能送药小车
这道题最有趣的考点是"小车要会"读"数字——8 个病房号，3 个难度档位，2 辆小车协同——用单片机+摄像头+神经网络 4 天三夜能搞定吗？立创梁山派开源方案用 K210 KPU 数字识别 + GD32F470 主控 + RT-Thread 实时系统 + 双车蓝牙通信，把"机器学习"从云端搬到了 1MB MCU 上。本期从院区结构、寻迹算法、视觉识别到双车协同，一次讲透。
📌 一、赛题速览与难点剖析
一、原题再现
1. 任务
设计并制作智能送药小车，模拟完成在医院药房与病房间药品的送取作业。院区结构示意如图 1 所示。院区走廊两侧的墙体由黑实线表示。走廊地面上画有居中的红实线，并放置标识病房号的黑色数字可移动纸张。药房和近端病房号（1、2 号）如图 1 所示位置固定不变，中部病房和远端病房号（3-8 号）测试时随机设定。
【官方图 1：院区结构示意图】
工作过程：参赛者手动将小车摆放在药房处（车头投影在门口区域内，面向病房），手持数字标号纸张由小车识别病房号，将约 200g 药品一次性装载到送药小车上；小车检测到药品装载完成后自动开始运送；小车根据走廊上的标识信息自动识别、寻径将药品送到指定病房（车头投影在门口区域内），点亮红色指示灯，等待卸载药品；病房处人工卸载药品后，小车自动熄灭红色指示灯，开始返回；小车自动返回到药房（车头投影在门口区域内，面向药房）后，点亮绿色指示灯。
2. 要求
1. 基本要求
（1）单个小车运送药品到指定的近端病房（1、2 号）并返回到药房。要求运送和返回时间均小于 20s，超时扣分。
（2）单个小车运送药品到指定的中部病房（3-6 号）并返回到药房。要求运送和返回时间均小于 20s。
（3）单个小车运送药品到指定的远端病房（7、8 号）并返回到药房。要求运送和返回时间均小于 20s。
2. 发挥部分
（1）两个小车协同运送药品到同一指定的中部病房。小车 1 识别病房号装载药品后开始运送，到达病房后等待卸载药品；然后，小车 2 识别病房号装载药品后启动运送，到达自选暂停点后暂停，点亮黄色指示灯，等待小车 1 卸载；小车 1 卸载药品，开始返回，同时控制小车 2 熄灭黄色指示灯并继续运送。要求从小车 2 启动运送开始，到小车 1 返回到药房且小车 2 到达病房的总时间（不包括小车 2 黄灯亮时的暂停时间）越短越好，超过 60s 计 0 分。
（2）两个小车协同到不同的远端病房送、取药品，小车 1 送药，小车 2 取药。小车 1 识别病房号装载药品后开始运送，小车 2 于药房处识别病房号等待小车 1 的取药开始指令；小车 1 到达病房后卸载药品，开始返回，同时向小车 2 发送启动取药指令；小车 2 收到取药指令后开始启动，到达病房后停止，亮红色指示灯。要求从小车 1 返回开始，到小车 1 返回到药房且小车 2 到达取药病房的总时间越短越好，超过 60s 计 0 分。
（3）其他。
3. 说明
（1）院区可由铺设白色亚光喷绘布制作。走廊上的黑线和红线由喷绘或粘贴线宽约为 1.5cm~1.8cm 的黑色和红色电工胶带制作。药房和病房门口区域指其标线外沿所涵盖的区域，其标线为约 2cm 黑白相间虚线。
（2）标识病房的黑色数字可在纸张上打印，数值为 1-8，每个数字边框长宽为 8cm×6cm。数字标号纸张可由无痕不干胶等粘贴在走廊上，其边框距离实线约 2cm；图 1 中标识远端病房的两个并排数字边框之间距离约 2cm。
（3）小车长×宽×高不大于 25cm×20cm×25cm，使用普通车轮（不能使用履带或麦克纳姆轮等特殊结构）。两小车均由电池供电，小车间可无线通信，外界无任何附加电路与控制装置。
（4）作品应能适应无阳光直射的自然光照明及顶置多灯照明环境，测试时不得有特殊照明条件要求。
（5）每项测试开始时，只允许按一次复位键，装载药品后即刻启动运送时间计时，卸载药品后即刻启动返回时间计时。计时开始后，不得人工干预。每个测试项目只测试一次。
（6）小车于药房处识别病房号的时间不超过 20s。发挥部分（1）中自选暂停点处的小车 2 与小车 1 的车头投影外沿中心点的红实线距离不小于 70cm。
（7）有任何一个指示灯处于点亮状态的小车必须处于停止状态。两小车协同运送过程中不允许在同一走廊上错车或超车。
（8）测试过程中，小车投影落在黑实线上或两小车碰撞将被扣分；小车投影连续落在黑实线上超过 30cm 或整车越过黑实线，或两小车连续接触时间超过 5s，该测试项计 0 分。
（9）参赛者需自带 2 套数字标号纸张，无需封箱。
4. 评分标准（官方原始表）
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| 设计报告 |
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小计 | 20 |
| 基本要求 |
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小计 | 50 |
| 发挥部分 |
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小计 | 50 |
| 总分 |
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120 |
💡 判分关键：基本 + 发挥各占 50 分，但基本 (3) 远端病房 20 分 + 发挥 (1) 双车协同 23 分 = 43 分 是真正的"高分区"。"小车投影连续落在黑实线上超过 30cm 计 0 分" 是命题人埋的"红线"——寻迹稳定性比速度更重要。
二、题目工程背景：这道题不是空穴来风
很多同学第一眼看到"智能送药小车"会觉得：这不就是个循迹小车？其实这道题本质上是"机器视觉 + 实时控制 + 无线协同"三大领域的交叉工程——把题目里的每个模块和现实场景对上号，你立刻就能理解为什么要这么考。
逐模块对应表（题目 ↔ 现实）：
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为什么出这道题（我的理解）：
1. "机器视觉 + 实时控制"是当前机器人行业最热的方向——从扫地机器人到物流 AGV，从自动驾驶到服务机器人，视觉感知是机器人"看懂世界"的核心。电赛出一道视觉题，就是要选拔掌握"AI 落地"基本功的人。
2. "双车协同"考的是分布式控制系统——多机协同是工业 4.0、智能仓储的核心技术。学会这道题，等于摸到了"机器人协同"的门槛。
3. "普通车轮 + 25cm 体积 + 200g 载重"是工业 AGV 的微缩版——考的是嵌入式系统的工程实现能力，不是"算法能力"——很多 AI 算法不能在 MCU 上跑，必须模型压缩 + 量化 + 硬件加速。
4. "识别时间 ≤ 20s"是软硬结合的工程指标——既要算法准（识别率 ≥ 95%）、又要速度快（单帧推理 < 200ms），这就是边缘 AI 的核心挑战。
💡 延伸认知：为什么限定"普通车轮（不能履带或麦克纳姆轮）"？因为麦轮虽然能全向移动（横移/斜移），但速度、加速度、转弯半径的工程控制难度提升 3 倍。电赛限定普通车轮，是让参赛者把精力放在"视觉+控制"而不是"机械结构"上。
三、大白话版解读：这道题到底要你干嘛？
看完上面那一堆术语，是不是有点头大？别急，咱用最接地气的方式重新讲一遍：
一句话总结：让你做**"会认字、会走路、会对话"的两辆小黄车**——小车看到数字 1-8 后，自动沿着红线走到对应病房，到门口就停车亮红灯，卸完药自动返回药房亮绿灯。两辆车要会"说话"——一辆去送药、一辆去取药，时间卡在 60 秒以内。
传统循迹小车 vs 本题智能送药小车：
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数字识别 1-8
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双车蓝牙通信
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双车时间窗口协同
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稳定性 + 视觉精度 + 协同时间 |
系统长啥样（用人话说）：
硬骨头在哪（按难度排序）：
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四、核心指标速查表
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五、最大卡脖子难点
1.
K210 上跑神经网络模型——K210 是嘉立创梁山派的核心视觉芯片，内置 KPU 神经网络加速器，支持 YOLOv3 / MobileNet / Lenet 等模型量化部署。数字识别 1-8 的核心是"YOLO 目标检测 + 数字 OCR"两步——YOLO 找到数字位置，OCR 识别数字内容。KPU 模型大小限制 2MB（最大固件），必须用 MobileNet-V2 量化（INT8）。
2.
"识别时间 ≤ 20s"是软硬结合的工程指标——K210 单帧推理时间 50~200ms（取决于模型大小），从摄像头采集到识别完成总时间 < 1s。但 20s 的限制给了充足余量——难点是识别的"置信度" ≥ 95%，单次识别成功率 < 70% 就要重试。
3.
"红线：投影连续压黑线 > 30cm 计 0 分"——这是寻迹稳定性的"硬指标"。小车必须用 8 路灰度传感器（间距 1.5cm）做精确定位——单路偏离就调整方向、不能"压线"。PID 转向参数整定是关键：转向过激 → 车身晃动压线；转向过缓 → 反应慢错过修正窗口。
4.
"200g 载重 + 25cm 体积"是机械挑战——200g 药品 + 小车自重 500g = 700g 总重，两驱电机（12V 0.36A 额定）要保持 > 0.3m/s 速度。如果用橡胶轮 + 12V 锂电池（3S 11.1V），爬坡/加速电流峰值 2A，电池续航 30 分钟以上。
5.
"双车协同 ≤ 60s"是时间窗口挑战——发挥 (1) 要求"小车 2 启动 → 小车 1 返回药房 + 小车 2 到达病房" ≤ 60s。最优方案：小车 1 提前 5s 启动（送完药后立即返回）、小车 2 启动后直奔中部病房（30s）、小车 1 返回药房（25s）——总时间 60s 卡线。任何一段超时都会失败。
6.
"自然光 + 顶置多灯"的抗干扰——题目说明 (4) 明确"作品应能适应无阳光直射的自然光照明及顶置多灯照明环境"。K210 摄像头在强光下会过曝、识别失败。解决：摄像头加自动曝光 + 灰度阈值动态调整。
🛠️ 二、官方推荐/主流硬件方案
系统整体框图
立创梁山派开源方案（国二 · 雷超林等）：GD32F470ZGT6（梁山派主控）+ K210 视觉模块（KPU 数字识别）+ SGM6132 DC-DC 12V→5V + AT8870 电机驱动（×2 直流减速电机）+ QMI8658A 6 轴 IMU + QMC5883P 磁力计 + 8 路灰度循迹 + HC-05 蓝牙（主从通信）+ RGY 三色灯。开源代码 gitee.com/lcsc/medical_car + 原理图 PCB + 演示视频全公开。
