Mission · Spirit Landing · 16 Lessons
派动实验室 SpectraAI · 多谱智联 · AI感知实验基地出品

穿越风沙与未知,重构火星着陆场

以工业级火星无人巡视车为工程原型:从一行代码到底盘飞驰,完整经历需求论证、感知开发、动力调优与多端协同——通往前沿人工智能与 FIRST 顶级赛事(FTC / FRC)的首发站。

AI感知实验基地 派动实验室 科创营/竞赛营以「任务代号」进行 SPT AI Base

阶梯式营期 · 可复用硬件底座

标准基座:RC 车底盘 + 树莓派 + 广角摄像头 + PWM 驱动/电调 + Arduino + 传感器。共享端侧服务器:英伟达端侧 GPU。

派动改装智能小车:树莓派 + Arduino 开放式底盘
派动改装车 · Raspberry Pi + Arduino
派动智能小车侧视:摄像头与边缘计算模组
边缘计算上车 · 视觉感知就绪
RC 车底盘与传动结构

RC Car 底盘阿克曼转向 / ESC 电调,真实动力学反馈快,容错率高。

树莓派 4B 单板计算机

Raspberry PiLinux 边缘主控,跑通视觉推理、采数与联调。

NVIDIA Jetson 边缘 AI 开发套件

NVIDIA Jetson端侧 GPU 加速,服务 CNN / 目标检测训练与部署。

Ecosystem Raspberry Pi NVIDIA Arduino
Camp A · Spirit

派动实验室 ·「勇气登陆」无人车挑战营

旗舰一期 · 16 子任务。边缘计算、目标检测、CNN/视觉闭环、火星沙盘自主驾驶。

  • 改装联调与 PWM 校准
  • 端到端 / CNN+PID / 强化学习
  • 沙盘脱机自主巡航挑战赛
Camp B · Orbital

派动实验室 ·「星际号」自主机器人实训营

软硬件一体化、电机 PID、多传感器融合与底盘动力学——比拼「稳」与「准」。

  • 传动 / 舵机 / ESC 调校
  • P → PI → PID 闭环
  • S 弯绕桩与坡道防溜
Camp C · Frontier

派动实验室 ·「火星拓荒」深空物联网感知营

无线传感、通信协议、环境监测与多智能体协同。

  • MQTT / Socket 指令链
  • 遥测数据上大屏
  • 多车编队联合搜救

空间功能分区 · 沉浸式动线

借「重构」概念挂牌:从感知工位到火星仿真场,一条真实工程流水线。

ZONE 01

【感知重构区】

传感器标定、机器视觉调试、射频/光谱信号采集工位。

ZONE 02

【派动装配区】

硬件装配、底盘改造、电烙铁 / 3D 打印 / CNC 硬核创客台。

ZONE 03

【火星仿真场 / 勇气着陆区】

岩石、沙砾与坡道模拟火星地表,专供自动驾驶小车与机器人实跑。

ZONE 04

【智联中控台】

多路图传、数据可视化大屏与学员算法复盘区。

第一期:「勇气登陆」· 16 子任务日志

Spirit Landing · Mars Rover Camp | 共 16 个任务,每任务约 2 小时
对齐《AI 自主驾驶 K12 平台》:改装联调 → 端到端模仿学习 → CNN+PID → 强化学习 → 综合挑战与汇报。

模块一 · 重构骨骼遥控车改装与派动控制
第 01 堂
入职火星任务 · 安全与系统认知

任务背景、工程规范、工具与电池安全;认识车架、舵机、电机、驱动板、树莓派与摄像头分工。

第 02 堂
底盘动力与舵机转向原理

有刷/无刷与 ESC、PWM 脉宽含义;转向梯形与火星地表通过性直觉。

第 03 堂
硬件接线 · PCA9685 / I2C 联调

树莓派与驱动板接线、正负极与接地规范;ESC 或 H 桥配置入门。

第 04 堂
PWM 校准与摄像头安装

舵机左右与油门脉宽标定;固定广角相机,完成「能开、能看」的改装车。

第 05 堂
任务【手动巡航】· 手柄驾驶与采数比赛

遥控实操与优质驾驶数据标准;解锁「火星机械构型师」。

模块二 · 点亮视界端到端模仿学习(行为克隆)
第 06 堂
边缘计算环境与数据采集规范

树莓派/训练环境初始化;图像+转向/油门同步记录。

第 07 堂
模仿学习训练 · 端到端模型

用采数训练神经网络;观察损失曲线,理解拟合人类驾驶。

第 08 堂
模型部署与实车脱机测试

车端推理;处理冲出赛道、抖动等故障并复盘工程笔记。

第 09 堂
任务【模仿领航】· 端到端自主驾驶赛

仅凭「眼睛」跑圈;解锁「多谱感知工程师」。

模块三 · 破译沙盘打标签视觉 + CNN 与 PID 闭环
第 10 堂
打标签与车道/中心线提取

HSV/边缘与 ROI;从沙盘画面提取行驶路径参考点。

第 11 堂
CNN + PID 训练

视觉偏差 + PID 平滑控舵;调参消除超调与抖动。

第 12 堂
CNN + PID 部署与车端联调

感知偏差 → 控制输出;记录不同 P/I/D 对「稳」与「准」的影响。

第 13 堂
任务【双模对决】· 端到端 vs CNN+PID

两种管线同场竞技;解锁「自主决策系统架构师」。

模块四 · 勇气登陆强化学习与综合挑战
第 14 堂
强化学习原理 · 学员当裁判

奖励/惩罚如何塑造策略;设计偏移与撞障的奖惩规则。

第 15 堂
强化学习训练与纠偏实战

在线探索与策略更新;对比三条技术路线。

第 16 堂
任务【勇气登陆】· 全地形挑战赛 + 工程汇报

综合赛与答辩;颁发「勇气登陆金牌领航员」认证。

角色晋阶 · 任务徽章

每攻克一个软硬件关卡,解锁对应技术头衔。

火星机械构型师第 05 堂 · 改装与手动赛通过
多谱感知工程师第 09 堂 · 端到端跑通
自主决策系统架构师第 13 堂 · CNN+PID 闭环
勇气登陆金牌领航员第 16 堂 · 综合赛登顶

AI 双引擎 · 仍是标配

车上的模型是「自动驾驶 AI」;手里的助手是「工程 AI」。

  • 编程搭档:Cursor / Codex,及国内主流AI编程智能体——能讲清再提交
  • 智能评估:进度、卡点、教师辅导覆盖 → 针对性补强与家长阶段报告
  • 纪律:AI 是副驾驶;课件工程包禁止上传公共 AI

演进路线 · 通向 FTC / FRC

FIRST®(For Inspiration and Recognition of Science and Technology)由发明家 Dean Kamen 创立,被誉为全球顶级青少年机器人教育与竞技体系。官方项目矩阵见 firstinspires.org/programs。 派动以树莓派 RC Car 建立「传感器—主控—执行器」闭环直觉,再阶梯进入 FTC,最终冲击 FRC。

Stage 01 · 当前

勇气登陆 · 树莓派 RC Car

成本可控、组装快、反馈直接。16 堂课打通改装、视觉、PID 与边缘计算。

  • 底盘、舵机、电机与 PWM / ESC
  • OpenCV / 端到端 / CNN+PID / RL
  • 工程笔记与联调排障习惯
Stage 02 · 进阶

FTC · FIRST Tech Challenge

教室尺度机器人、联盟 2v2、严格工程作品集。视觉与控制能力可直接迁移。

  • REV Control Hub · Java / Blocks
  • 自主期 + 遥控期对抗
  • Engineering Portfolio 评审
Stage 03 · 巅峰

FRC · FIRST Robotics Competition

工业级机身、3v3 高强度对抗、赞助与品牌运营。全球顶尖理工高校高度认可。

  • roboRIO · WPILib · Kit of Parts
  • 视觉可嫁接 Limelight / PhotonVision
  • Regional → Championship 晋级链
FTC 世锦赛赛场:方形场地、机器人与驾驶员席
FTC · FIRST Championship 经典赛场(2019 Detroit)
Stage 02 · FIRST Tech Challenge

FTC:点燃工程创新的「中型赛场」

学生与导师一起设计、搭建教室尺度机器人,参加每年更新的挑战赛。场上练技术,场下做社区拓展与工程创新——官方定位见 FIRST Tech Challenge

参加条件 约 12–18 岁(7–12 年级)。需注册官方赛队、完成青少年队员注册,并遵守 Youth Protection 等安全规范。
机器人规格(概要) 典型起始尺寸约 45×45×45 cm 量级、重量上限约 19 kg 级(以当年官方手册为准)。常用 REV Control Hub,Java / Blocks 编程,可加视觉与传感器。
赛制结构 联盟制 2v2:约 30 秒自主运行 + 约 2 分钟遥控操作;强调传感器解码、路径与终局任务。工程作品集(Portfolio)与裁判奖项权重极高。
含金量 官方统计:全球约 10.9 万名学员、覆盖 80+ 国家;约 61% 的 FIRST 校友在大学四年级时选择工程或计算机专业。作品集与赛事履历获 MIT、斯坦福、CMU、清北、北航等理工路径高度认可。
投入参考(美国官方标价) 赛季注册约 $350;机器人套件估计约 $1,500(含 Driver Kit / Control Hub / Build Kit 等)。赛事场地费另计,因地区而异。
与勇气登陆的衔接 摄像头标定、PID、自主期逻辑、工程笔记、排障与团队分工——正是 FTC 上场与答辩的核心前置能力。

2026–2027 本赛季 · BIOBUZZ™ presented by RTX

属于 FIRST® CANOPY™ 主题年(自 2026 年 9 月起)。联盟 2v2,在自然能量主题场地中采集与投放得分物。

  • 开局约 30 秒自主期:机器人自主采集 Pollen(花粉),发射入 Hive(蜂巢)单元格;累计发射可使 Hive 倾倒得分,并解锁更多 Nectar(花蜜)。
  • 随后约 2 分钟遥控期:驾驶员继续收集、发射与摆放;终局阶段争夺 Flower(花朵)所有权(最上层面放置己方 Nectar)。
  • 比分最高的联盟获胜,并可通过额外成就获得 Ranking Points。
FRC 风格工业级机器人赛场示意
FRC · Industrial-scale Alliance Competition(示意)
Stage 03 · FIRST Robotics Competition

FRC:工业级工程与「头脑奥林匹克」巅峰

高中生团队从官方 Kit of Parts 起步,设计、编程并建造接近工业尺度的机器人,以三队联盟在主题场地中对抗;同时打造队徽品牌、筹资与社区 STEM 推广。官方介绍: FIRST Robotics Competition

参加条件 约 14–18 岁(9–12 年级)。需正式注册 FRC 赛队、完成队员注册与安全培训;通常需要导师/教练、工坊空间与赞助支持。时间投入按赛季计(Kickoff 后高强度 6–8 周建造期为经典节奏)。
机器人规格(概要) 工业级体量,常见重量约 50–65 kg 量级、底盘近 1 米;使用 NI roboRIO、WPILib(Java/C++)、CAN 总线、舵轮/气动等(以当年手册为准)。
赛制结构 联盟制 3v3:短自主期 + 约两分钟高强度遥控对抗 + 终局攀爬/平衡等任务。崇尚 Coopertition®(既竞争又协作)。可晋级 Regional / District 乃至 FIRST Championship。
含金量 官方披露约 9.3 万名学员、35 个国家;约 92% 学员表示显著提升问题解决能力。哈佛、MIT、斯坦福、卡内基梅隆及国内顶尖理工在招生中广泛认可 FRC 工程履历、安全文化与领导力证明。
投入参考(美国官方标价) 新队赛季注册约 $6,500(含一定赛事权益,视地区模型而定);另有差旅、加工、备件与赞助运营成本。属于「准工业项目」量级。
与前两阶段的衔接 树莓派视觉可迁移到 Limelight / PhotonVision;齿轮比、力矩、布线与联调习惯直接服务 FRC 底盘与机构;FTC 的联盟对抗与作品集文化是 FRC 工坊协作的预演。

本年度赛季节奏 · CANOPY 主题年

2026 赛季刚结束的挑战为 REBUILT™ presented by Haas:联盟争夺燃料得分、穿越障碍并攀爬高塔;自主约 20 秒,遥控约 2 分 20 秒。

  • 2027 赛季新挑战 BIOCORE™ presented by Haas 计划于 2027 年 1 月 9 日发布,同属 FIRST® CANOPY™ 主题,聚焦「维系地球生命」的工程想象。
  • 招生与建队建议:现在用勇气登陆 / FTC 打底,对齐 2027 Kickoff 进入 FRC 建造季。
为什么含金量高?

不只比拼机器人,更考核工程设计过程、安全、协作、社区影响力与书面/口头答辩——接近真实研发团队的评价维度。

我们如何护送?

Stage01 勇气登陆建立闭环直觉 → Stage02 组 FTC 预备队(电气/结构/作品集)→ Stage03 有条件冲击 FRC 工业平台。

家长可关注的出口

赛队履历、工程笔记本、自主期代码能力、领导与筹资经验——均可写入升学与科研文书的「可验证故事」。

资料来源(2026 年官方公开信息,赛规以当年手册为准): FIRST Programs · FTC BIOBUZZ · FRC · Cost & Registration

愿景

穿越风沙与未知,用人工智能重构火星着陆场。主标 · Hero
不仅是拼装一辆小车,更是亲手制造一台能思考的「火星漫步者」。动手篇
像真正的工程师一样:感知未知,链接想象力与物理世界。成长篇

招募下一批火星领航员

约 10–16 岁 · 16 个子任务 · 限额小班 · 动手摸底 · 通往 FTC / FRC

多谱智联 AI感知实验基地 · SpectraRemake Base | 王牌营:勇气登陆 Spirit Landing | 派动实验室出品