30 秒扫描 10 秒穿越电赛 K 题国一方案破解随机布局（2026-08-12）

电赛每日一题 · 第 6 期 ｜ 今日拆解：2025 年 K 题 自动避障小车（高职高专组）
栏目主持：前国一队长 · 现任高校电赛总教练 ｜ 整理日期：2026-08-11 ｜ 方向：控制类

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📌 一、赛题速览与难点剖析

一、原题再现

任务

制作一辆自动避障小车，从测试场地边墙入口 A 驶入，按具体任务要求绕过场地内的圆柱障碍，在规定时间内从出口 C 驶出。测试场地为边长 2 米的正方形，四周有边墙围挡，两侧有入口 A 和出口 C，场地上用圆柱座固定 4 个白色、5 个黑色圆柱作为障碍物。

要求

测试场地布局如图 1 所示：

官方原理图（场地示意图）：边长 2 m × 2 m 方形场地，三行 × 三列九宫格布局 9 个圆柱（白 4 黑 5）；A 口位于场地西侧中央、C 口位于场地东侧中央偏上；柱距 50 cm、入口通道宽 50 cm。

基本要求：

任务	指标	时限
(1) 任选路径出场地	一键启动从 A 口进入，自选任意路径	10 s 内车身完全从 C 口驶出
(2) 蛇行绕障	左右变向蛇行绕过第 2 行各圆柱	10 s 内车身完全从 C 口驶出
(3) 绕柱转圈	分别绕任意两个不同颜色的圆柱各转行 1 圈（方向不限）	10 s 内车身完全从 C 口驶出

发挥部分：

任务	指标	时限
(1) 障碍调整穿越	按指令将第 1 行第 3 列处黑柱与任一白柱互换位置，一键启动从 A 口进入	用时越少越好（上限 20 s）
(2) 随机排列探测	按指令随机排列圆柱，一键启动探测圆柱	30 s 内完成探测、穿过出发线进入 A 口，10 s 内车身完全从 C 口驶出
(3) 其他	创新点与附加功能	—

说明

▸ 穿越过程中还必须满足：不从两个黑柱间穿过、沿边墙墙角转弯不超过 1 次；小车行驶不得触碰圆柱，可触碰但不可跨越场地边墙；

▸ 场地用 300 cm × 210 cm 哑光喷绘布制作（灰底 R170/G170/B170），圆柱为直径 2 cm、长 20 ± 1 cm 的 PVC 电工穿线管，黑柱表面涂哑光黑色；场地边墙高 3 ± 0.5 cm；

▸ 所有传感器及控制电路均安装在小车上，小车尺寸（含所有传感器）≤ 35 cm（长）× 25 cm（宽）× 35 cm（高）；测试中小车与外部不得有任何通信交互；

▸ 小车上只有 1 个"启动按键"，设置好测试项目后一键启动；发挥部分 (2) 探测时间内小车可在准备区任意移动；

▸ 完成各项穿越要求的用时不得超过 20 s，否则该项计 0 分；所有测试项目只能测试一次；测试时参赛队必须自带圆柱。

评分标准

部分	项目	满分	判分关键解读
设计报告	方案论证	3	比较与选择，方案描述（重点说清"为什么选视觉+里程计双融合"而非纯循迹/纯视觉）
	理论分析与计算	6	路径选择算法分析 ——这是 K 题唯一会考"算法"的题目，必须写出 A* / 预规划 / 状态机的核心逻辑
	电路与程序设计	7	圆柱侦测 + 小车驱动电路设计（含驱动电流估算、传感器布局）
	测试方案与测试结果	2	数据完整 + 误差分析（如 PID 调参前后对比、路径偏移测量）
	设计报告结构及规范性	2	摘要 + 报告正文结构 + 图标规范
	小计	20	—
基本要求	完成 (1) 任选路径	10	10 s 内完成即满分（满分时间约 6.5 s）
	完成 (2) 蛇行绕障	15	必须蛇形轨迹绕过第二行所有圆柱
	完成 (3) 绕柱转圈	25	必须绕两个不同颜色柱各 1 圈（本题单题最高分）
	小计	50	—
发挥部分	完成 (1) 障碍调整穿越	20	互换柱子后的动态路径（限时 20 s）
	完成 (2) 随机排列探测	25	30 s 探测 + 10 s 穿越（双段计时）
	其他创新	5	实用性 + 完成度 + 创新性
	小计	50	—
总分		120	设计报告占 17%，实物演示占 83%

判分关键解读：K 题是国赛少有的"重算法、轻硬件"小车题——基本 + 发挥 = 100 分纯实物表现，硬件只决定能不能跑，算法决定能拿多少分。基本 (3) 绕圈 25 分 + 发挥 (2) 随机排列 25 分，两题合计 50 分（约 42% 总分）——绕圈和动态规划才是真正的"高分区"。理论分析 6 分必须写出路径选择算法逻辑，纯文字描述会扣分。

题目工程背景

把 K 题放到产业坐标系里看——它其实是室内移动机器人三大经典流派的"入门级集成训练场"：

▸ AMR（自主移动机器人）仓储物流：K 题的 2 m × 2 m 场地 ≈ 仓库的一格货架区，9 根圆柱 ≈ 货架立柱；"绕柱转圈" ≈ AMR 在货架前转向调头；"随机排列探测" ≈ AMR 在未知货架布局中首次建图。这题就是 AMR 的最小可行产品（MVP）——把所有算法压到一颗 Cortex-M0+ 上跑。

▸ AGV（自动导引车）巡线：基本 (2) 蛇行绕障 ≈ AGV 沿固定路径绕障；差别是 AGV 用磁条/二维码导航，K 题用里程计 + IMU 推算。

▸ 扫地机器人局部规划：发挥 (2) "30 秒建图 + 10 秒穿越" ≈ 扫地机的"快速构图 + 分区清扫"；扫地机的视觉 SLAM 模块（如石头 / 云鲸）算力比 K 题小车强 100 倍，但核心算法思想一致——先建图、再规划、最后跟踪。

为什么出这道题——电赛组委会的良苦用心：把"感知 → 决策 → 控制"三大机器人要素压到 4 天内、用一颗 100 MHz 主控、一块 25 cm² 小车平台完成。学生能走通这题，就具备了机器人专业 60% 的入门能力。

延伸认知：从 K 题到工业机器人，差的是传感器密度（K 题 1 个摄像头 vs 工业车 16 线激光雷达）和算力（K 题 80 MHz M0+ vs 工业车 GPU + NPU），但算法骨架完全相同——PID + 状态机 + A* 预规划。任何把 K 题"啃透"的参赛队员，进入机器人公司后上手速度会比其他同学快 6~12 个月。

二、大白话版解读

如果你是第一次接触这道题，最容易懵的三个词是 "蛇行绕障"、"绕柱转圈"、"随机排列探测"。我用一张"传统小车题 vs K 题"的对比表 + 系统模块人话版，帮你 5 分钟看懂这道题到底要做什么：

维度	传统小车题（如 2021 智能送药）	2025 K 题
场地	长走廊 + 房间 + 目标点	2 m × 2 m 正方形 + 9 根障碍柱
任务	沿固定路径走 / 送物到点	自选路径 、蛇行绕柱、绕圈、动态重规划
导航	循迹（红外 / 电磁 / 视觉）	里程计 + IMU 推算 （无固定轨迹）
决策	状态机（顺序执行）	预规划 + 状态机 + 反馈校正 三层
难点	循迹精度 + 多机协同	算法为王 ：路径规划、PID 整定、动态响应

系统模块人话版：

K 题小车的硬件看着"平平无奇"（一个主控 + 几个传感器 + 电机驱动），但软件难度比硬件大 5 倍：

▸ 感知层：一颗 MaixCAM 摄像头（10 元级 AI 模组）负责"看见" 9 根圆柱的颜色（黑/白）和位置；编码器 + IMU（LSM6DSV 六轴）负责"记住"小车走了多远、转了多少度。

▸ 决策层：摄像头告诉主控"前 50 cm 处有黑柱、左 30 cm 有白柱"，主控查"预存路径库"决定"直行 30 cm → 左转 90° → 直行 20 cm"。发挥 (2) 随机排列场景下，摄像头在 30 秒内扫全场建图，主控现场跑"4 条候选路径择优"。

▸ 执行层：TB6612FNG 双 H 桥驱动 4 个直流电机（差速转向），100 Hz PID 闭环把"目标速度"变成"实际速度"，编码器反馈实时校正。

硬骨头分级：

▸ 🟢 基本 (1) 任选路径：只要你 PID 调得不离谱，6~8 秒穿完没问题（送分题 10 分）。

▸ 🟡 基本 (2) 蛇行绕障：需要预先规划 S/Z 形轨迹 + 精确角度控制（PID 角度环 + 编码器位置环同步）。

▸ 🔴 基本 (3) 绕柱转圈：必须精确计算绕圈半径（内外轮差速 + IMU 航向闭环），多了会撞墙、少了会撞柱（25 分大头）。

▸ 🔴 发挥 (1) 障碍调整：黑柱变白柱后，整条预规划路径要重构——这是"动态规划"思想的最小实践。

▸ ⚫ 发挥 (2) 随机排列：30 秒探测 + 10 秒穿越——30 秒要把 9 根柱子的位置和颜色全部识别完，还要现场跑路径规划，这是 K 题的天花板。

三、核心指标速查表

层次	指标项	具体数值	难度
基本 (1)	路径自选 + 10 s 内驶出 C 口	时限 10 s（满分时间 ~6.5 s）	🟢
基本 (2)	蛇行轨迹 + 10 s 内驶出 C 口	时限 10 s	🟡
基本 (3)	绕两个不同色柱各 1 圈 + 10 s 内驶出 C 口	时限 10 s	🔴
发挥 (1)	黑柱换白柱 + 用时越少越好	上限 20 s（满分时间 ~6 s）	🔴
发挥 (2)	30 s 探测 + 10 s 穿越	双段计时	⚫
尺寸	含传感器 ≤ 35 × 25 × 35 cm	三维同时约束	🟡
通信	测试中不得与外部通信	严格离线	🟢
触发	仅 1 个启动按键	一键启动	🟢

四、最大卡脖子难点

我从历年 K 题备赛经验中，拎出 5 条最容易被带跑偏的卡壳点，按"中招率从高到低"排序：

1. 

🏆 卡脖子点 #1：基本 (3) 绕圈半径算不准，撞墙又撞柱（25 分大头）——本题最高单题分。常见错误是"用里程计算圈"，但里程计在小角度转弯时会累积误差，跑 1 圈可能偏 10°，下次再绕就撞上了。正确做法是 IMU 航向闭环 + 差速定半径：内轮速度 = v_中 − Δv、外轮速度 = v_中 + Δv，Δv 根据目标半径 R 和轴距 L 实时计算（v_外 − v_内 = 2v_中 × L / R）。国一队实测：固定 Δv 的"开环绕圈"误差 30%，PID 闭环绕圈误差 < 5%。

2. 

🥈 卡脖子点 #2：发挥 (2) "30 秒建图 + 10 秒穿越"——30 秒根本不够用——这是 K 题的天花板题，也是大多数队伍的"绝望题"。反常识的解法：国一队实测探测时间只用 1.1 秒（30 秒里大部分时间在"等"），方法是让小车里原地旋转一圈扫描全场，摄像头一次拍照全场 9 根柱子全部识别。真正的难点不是"识别"，而是"在 1 秒内跑完路径规划算法"——A* 在 3×3 网格里搜出最优路径需要 5~10 ms，这点时间紧迫到必须用查表法替代。

3. 

🥉 卡脖子点 #3：蛇行绕障"路径偏移 5 cm 就撞柱"——基本 (2) 看似简单，但蛇行轨迹的"峰谷"如果不在第 2 行圆柱正中央，小车就会擦着柱子过（触碰 = 0 分）。核心解法：预规划 + 实时校正双层——预规划给出"目标轨迹"，编码器 + IMU 每 10 ms 反馈实际位置，偏离目标 > 3 cm 立即触发轨迹重规划（在原轨迹基础上微调 1~2 cm）。

4. 

⚠️ 卡脖子点 #4：黑色 vs 白色识别阈值选错，碰到一半是黑一半是白——场地描述写"哑光黑色 + PVC 原色（白）"，但实测灰度阈值跟光源强相关：晴天室内 R/G/B ≈ (40, 40, 40)，阴天 ≈ (80, 80, 80)，LED 灯下 ≈ (20, 20, 20)。死板阈值 = 翻车。正确做法：自适应阈值——开场前先采集"已知白柱"和"已知黑柱"的灰度值，取中间值作为动态阈值；或用 HSV 空间（黑 H=any, S=any, V<50；白 V>150）。

5. 

⚠️ 卡脖子点 #5：电池电量 50% 以下时 PID 失稳——电赛 4 天里电池在第 2~3 天就开始衰减，11.1 V 锂电池从 12.6 V 满电降到 11.0 V（80% 电量）时，电机转速下降 ~10%。后果：原本调好的 PID 参数在电池半电时"飘"——直线走偏、转弯半径变大、绕圈撞柱。正确做法：电池电压反馈 + PID 自适应——ADC 实时采电池电压，根据电压动态调整 PWM 占空比（电压低 → 占空比补偿增大）。

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🛠️ 二、官方推荐/主流硬件方案

系统整体框图

K 题的硬件看起来比电源题简单得多（没有 IGBT、没有运放、没有变压器），但真正的难点不在硬件选型，而在"软件适配硬件边界条件"。下面用文字框图描绘信号/能量流：