Stanley-系列一

介绍

机器人挑战大赛是由国防部高级研究计划局DARPA在2003年发起的，这是为了鼓励在无人地面车辆导航上的创新。挑战的目标是开发出能够在越野地形上自动行驶的机器人，且比赛的路程是机器人从未行驶过的。第一场比赛奖金是100万美元，在2004年3月13日举行。它需要机器人导航142英里长的路程通过Mojave沙漠且不超过10个小时。 注册了107个队伍，比赛了15场，然而参与的机器人导航没有一个超过全部路程的5％。这个比赛在10月8日，2005年再次举行，奖金增加到200万美元。这一次，注册了195个球队，比赛了23场。其中，五支球队完了挑战。斯坦福大学的机器人“Stanley”第一个完成了任务，用时是6小时53分58秒，是DARPA挑战赛的赢家;参见图1。



本文介绍了机器人Stanley，尤其是软件系统。Stanley由一个研究小组开发以提高国家最先进的自动驾驶技术。Stanley的成功是以斯坦福引导，来自美国大众，Mohr Davidow Ventures，英特尔研究所和许多其他团体的专家参与共同开发的结果。Stanley基于2004年大众途锐TDI R5，配备了由英特尔提供的六个处理器计算平台，还有一系列传感器和执行器来自动驾驶。图2显示了比赛中的Stanley。

开发Stanley主要的技术挑战是建立一个高度可靠的系统，该系统能够驱动汽车以相对高的速度通过多样化和非结构化的越野环境，并且要精确地做到这一切。这些要求导致在自动导航领域产生了许多先进的技术。目前已经开发出了一些方法，在现有方法的基础上增加远距离地形感知可以扩展出实时区域避障功能，以及在湿滑和崎岖的地形上汽车能够保持稳定。这种开发许多都是有速度要求的，使得许多经典的方法在越野场合就不适用了。在从事这些发展的过程中，研究团队所利用不同领域的算法，包括分布式系统，机器学习和概率机器人。

1.1 比赛规则

DARPA挑战的规则（DARPA，2004年）很简单。要求参赛者造一个自动地面车，它能够沿着沙漠路线行驶175英里长且用时不超过10小时。第一个完成在10小时内完成这个任务的将赢得200万美元奖金。绝对不允许人工干预。机器人由DARPA人员启动而之后机器人不得不自己开车。队员只能在起跑线上看到他们的机器人，运气好的话，就是在终点了。

2004年和2005年都进行了比赛，在美国西南部的Mojave沙漠举行。测试地形从高质量分级的污垢道路到蜿蜒的岩石山路;见图2。测试的一小部分沿着铺设的道路。 2004年测试起点在Barstow，CA，洛杉矶东北约100英里，终点在Primm，内华达州，拉斯维加斯西南约30英里。 2005年的测试起点和终点都在Primm，内华达州。

具体的比赛过程是所有队员都是保密的，直到比赛前两小时。此时，各团队给出CD-ROM上的过程描述，该CD-ROM是DARPA定义的路线定义数据格式（RDDF）。RDDF是经度，纬度和定义路线边界的道路宽度列表，以及相关车速限制的清单;一段段实例在图3中显示。机器人行驶的路线大幅超过边界要求将取消资格。在2005年的比赛中，RDDF包含了2935个航点。

比赛道路的宽度一般和道路的宽度一致，在2005年的比赛中在3到30米之间。限制车速是为了保护沿线的重要基础设施和生态环境，并保证跟在机器人后面DARPA工作人员的安全。速度限制在5和50英里每小时。RDDF定义了机器人将行驶的大致路线，所以全局路径规划不是必要的。结果，比赛主要是测试在沙漠地形中发现高速路段，障碍物检测和避障。

机器人都在同一路段比赛;一个接一个开始，中间的间隔是5分钟。当更快的机器人追上较慢的时候，速度较慢的机器人被DARPA工作人员暂停，允许第二机器人将它当做一个静态障碍物一样通过它。这就不需要机器人处理动态通过（dynamic passing）的情况。

1.2 团队组成

斯坦福大学车队主要由四个小组组成。汽车小组监视与核心汽车相关的所有修改和组组件开发。这包括线控系统，传感器和计算机支架，以及计算机系统。该小组由美国大众电子研究实验室的研究人员领导。软件小组开发所有的软件，包括导航软件和各种健康监测和安全系统。该小组由隶属于斯坦福大学的研究人员领导。测试小组根据特定的测试计划表，负责所有系统组件和系统整体测试。该小组的成员独立于其它组，由隶属于斯坦福大学的研究人员领导。通讯小组管理所有的媒体关系以及为斯坦福赛车团队的活动集资。通讯小组由Mohr Davidow Ventures的雇员以及其他赞助商领导。由所有主要支持者组成的指导委员会提供操作监督。