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花了6个月时间完成本科优秀毕业设计，我做了什么？

2022-06-27 18:26:00 【Mr.Winter`】

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1 前言

从去年12月开题到今年6月结束，整整半年时间都在处理毕业设计的项目。好在取得了一个比较好的结果，遗憾的是没能推荐为校级优秀。本文记录一下毕业设计和答辩完成的过程。考虑到论文的保密性，隐去部分技术细节，但不影响理解。

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2 选题

我的毕业设计选题是《某环境下多机协同系统设计》，为什么选择这个题目呢？我出于以下考虑：

可以锻炼全技术栈能力
系统涉及底层硬件控制，也是我所在的控制系的老本行；算法设计，主要包含任务调度和路径规划算法；软件设计，包含可视化界面(Web)、控制服务器、算法工程化等内容。总之，这是一个包含前后端、软硬件的综合性项目，既然本科阶段做不到深入，那就把面铺开。
涉及大量通识技术
什么叫通识技术？就是那些课上一般不教(默认会)，且将来一定用得到的技术。举例而言，ROS对于从事机器人控制、自动驾驶等方向的来说就是一种通识技术。既然早晚都得会，不如用毕业设计的时间来学。
多机协同是复杂任务处理的趋势
随着智能化水平的提高，越来越多的复杂任务都期望实现自动化，大多数情况下，这类复杂任务交付多机协作的效率会远远超过单机，所以了解和学习多机协作有必要性。
其他题目没啥意思

因为疫情影响没能部署到实体，最后就在下图所示的Gazebo环境里实现了一下多机协同，文末放演示动图。

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3 技术选型

硬件
工业界用的比较多的是AGV——一种轮式机器人，所以毕设里我就采用通用轮式移动机器人，建立运动学模型即可。机器人上包含激光雷达、RGB摄像头、里程计等传感器，这部分内容我都写在《ROS从入门到精通》
控制服务器
为了更好协调多个机器人，设计了一个主控平台，也是系统的后端，负责调用智能算法、发布任务包、作为中继协调底层和前端的数据流动等。本设计采用Flask做服务端，用蓝图管理API。其实做服务器还是得用java，flask显得比较轻量
GUI
用VUE+ElementUI设计前端Web界面，因为重点不在前端，所以简单设计了登录注册、机器人管理、地图预览、用户管理这些最基本的功能
插件
选择PostgreSQL作为数据库、ROS3d.js实现前端三维渲染、ROS-Bridge作为前端和ROS服务器的通信插件
算法
改善了传统A*路径规划算法并增加局部协作；改善了传统任务调度算法。

4 研究过程

以我目前的眼界来看待研究过程：

查阅文献，了解某个问题在领域内的主流解决方案
复现别人的算法，控制领域主要用Matlab
发现别人算法的不足，改进它，设计自己的算法(哪怕是很小的改进)
比较算法的性能，并进行多次测试
确认算法设计无误后，进行工程化，简单说就是将Matlab脚本转换为C++代码
将多个工程化代码集成为若干个模块
将若干个模块集成为一个系统

举个例子，我毕设中用到了路径规划，最简单的算法就是A*算法，它部署到ROS上是下面这个样子，紫色的区域是搜索空间

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改进后算法的如下所示，简单说就是计算出相同最优路径的前提下，改进后算法搜索空间远远小于传统A*算法，改善了算法效率。这个改进就是“查阅+复现+对比”的结果，大概仿真了5种算法进行优势互补。

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Mark一下，等研究生毕业回来看看这套方法论有没有需要完善的地方。

5 毕业答辩

经过指导老师和评阅老师同意后，可以进行毕业答辩。在答辩前对着PPT练了二十遍左右，练的时候不是单纯背稿，而是看看阐述过程中有没什么Bug，我大概列举了18个可能会问的问题，虽然最后一个也没问到，但是思考的过程会改善答辩的效果。

真正答辩的时候，对于本科生来讲，只要论文是自己写的、答辩老师和指导老师没仇，一般不会为难你，问的也都是论文本身的问题，可能是技术问题，也可能是那种主观性很强的问题，结合我所听到的，列举一些主流问题在下面，有需要可以收藏：

为什么选择这个题目？ / 选题的意义是什么？
你的方案和现有方案比，有什么优势？
论文的创新点是什么？
设计过程中遇到最大的难点是什么？(这个问题要注意，老师会顺着你说的难点考察你的解决过程，务必仔细思考)
算法为什么这么设计？
原理性问题
做出的假设是否合理？对实际应用有什么要求？
为什么不考虑xxx的影响？
你的主要工作是什么？

对论文写作有问题的同学可以参考我的这两篇文章

6 效果展示

最后是结果的简单展示，欢迎从事相关领域的同行来交流~

前端展示：

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标注好任务点后点击发布任务，任务包就会传到后端进行调度，然后分发到底层机器人。

Matlab仿真：

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Gazebo仿真(动图太大上传不上来，放一张图片)：

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