Ботбол - Botball

Перед началом соревнований участники Botball 2011 тренируются за официальным игровым столом.

Ботбол - это образовательная программа по робототехнике, которая ориентирована на вовлечение учащихся средних и старших классов в командные соревнования по робототехнике. В программе «Ботбол» участвуют тысячи детей и молодых людей. Он действует с 1998 года и включает учебную программу по робототехнике, в которой основное внимание уделяется проектированию, созданию и программированию пары автономных роботов. Команды используют стандартный набор материалов, документируют процесс, а затем соревнуются в турнире, в котором задачи меняются ежегодно. Все материалы в формах абсолютно одинаковы для каждой команды по всему миру, поэтому здесь нет несправедливых преимуществ. Команды по ботболу в основном базируются в Соединенных Штатах, насчитывают более 300 команд и проводят местные турниры в более чем десятке регионов. В последние годы он также проводит ежегодную Глобальную конференцию по образовательной робототехнике (GCER) с международным турниром, который привлекает команды со всей страны, а также из Мексики, Австрии, Китая, Уганды, Польши, Катара, Кувейта и Египта.

Обзор

Мантра ботбола гласит: «Сегодняшние дети-ботболисты - завтрашние ученые и инженеры». Программой управляет некоммерческий институт практической робототехники KISS (KISS расшифровывается как инженерная аббревиатура: Keep It Simple Stupid), целью которой является использование робототехники «для стимулирования и вовлечения студентов в изучение их потенциала в области инженерии, естественных наук и математики. " Цель Botball и KISS - обучать сотрудников будущего и вовлекать студентов в науку, технологии, инженерию и математику. Эту цель разделяет проект NASA Robotics Alliance Project (RAP), который является партнером Botball и других образовательных программ по робототехнике. Задача NASA RAP - «обеспечить выполнение будущих миссий по исследованию космоса роботами». НАСА спонсирует Botball, предоставляя технических наставников и другие ресурсы. Он также проводит бесплатный онлайн-курс по программированию роботов на языке C с контроллером, который использовался в Botball. NASA RAP рассматривает Botball как возможность обратиться к своим будущим сотрудникам и предоставить соответствующий практический опыт и необходимые навыки потенциальным будущим ученым НАСА. .

Ботбол известен изощренностью и сложностью соревнований роботов. Что отличает Botball от других программ студенческой робототехники, так это то, что роботы автономны; следовательно, они не управляются дистанционным управлением. Студенты используют информатику, чтобы запрограммировать роботов, чтобы они распознавали проблемы, а затем пытались достичь целей соревнования. Роботы содержат несколько типов датчиков, а также две цифровые камеры для систем компьютерного зрения. Журнал Robot Magazine подчеркнул в статье игровой процесс и системы: «Каждый год игра предлагает различные задачи на разных уровнях сложности, поэтому участники могут сосредоточиться на более сложных целях или найти более простые решения в зависимости от своих способностей ... Ботбол использует CBC2. , мощный контроллер робота, который легко взаимодействует с большим количеством датчиков и исполнительных механизмов и оснащен процессором CPU / Vision на базе ARM 9, работающим под LINUX, системой DAQ / Motor на базе ARM 7, а также интегрированным дисплеем и сенсорными экранами, которые легко CBC2 использует интегрированную среду разработки KISS-C и ее библиотеки, специально разработанные для удобства пользователей с совершенно различным опытом программирования. CBC2 и KISS-C были разработаны KISS Institute и используются в университетских исследовательских программах, а также Программа Botball ».

Соревнования по ботболу вращаются вокруг использования автономных роботов для выполнения ряда задач (таких как сбор объектов и перемещение их в другое место или распознавание объектов определенного цвета и их сортировка) в течение установленного срока в две минуты. Датчики и цифровые камеры предоставляют роботам данные, которые помогают идентифицировать объекты. Заранее и между раундами соревнований участники программируют роботов с помощью интегрированной среды разработки (последняя версия - KISS-C). Участники ботбола также должны заполнить онлайн-документацию о своем прогрессе и своих целях, чтобы набрать очки.

Аналогичное соревнование для взрослых под названием KIPR Open (ранее называвшееся Beyond Botball) началось в 2001 году.

История

Институт практической робототехники KISS - это некоммерческая образовательная и исследовательская организация 501 (c) (3), зарегистрированная в Вирджинии в 1994 году. Ее штаб-квартира в настоящее время находится в Нормане, Оклахома. Институт KISS был основан г-жой Кэтрин Штайн, доктором Дэвидом Миллером и доктором Марком Слэком с целью создания центра системы программ обучения в области технологий и естественных наук, основанных на робототехнике, и использования роботизированных технологий для улучшения обслуживания. общественное благо. Г-жа Штайн недавно вышла на пенсию с должности исполнительного директора; ее сменил доктор Стив Гудгейм, опытный педагог. Доктор Миллер - технический директор, а также профессор Уилконсона аэрокосмической и механической инженерии в Университете Оклахомы. Доктор Миллер - бывший сотрудник JPL, внесший значительный вклад в проект NASA Mars Rover.

Ботбол был впервые запущен в 1997 году Институтом практической робототехники KISS (KIPR).

Технические компоненты

В начале каждого сезона ботбола каждая команда получает набор компонентов с достаточным количеством материала для создания двух полностью автономных роботов.

Механические компоненты, используемые в Botball, - это кубики Lego Technic . Электрические компоненты включают в себя множество контроллеров роботов, из которых каждая команда содержит два комплекта (что позволяет им создавать по два полностью автономных робота из каждого комплекта), а также ряд различных датчиков и двигателей.

Контроллеры роботов, используемые в Botball

  • КИПР Валлаби
  • iRobot Create с прикрепленным XBC или CBC.

  • КИПР Валлаби

  • Немодифицированный iRobot Create .

Бывшего употребления:

  • Пример Handy Board . Этот больше, чем тот, который входит в большинство наборов.

  • RCX без каких - либо вложений или двигателей.

  • Контроллер робота XBC . С XBC можно использовать Game Boy Advance , Game Boy Micro или Game Boy Advance SP .

  • Контроллер ботбола CBC (на основе Chumby )

  • КИПР Ссылка

Датчики и моторы

Двигатели

В Botball серводвигатели обычно используются для питания руки или приспособления робота. Это стандартные сервоприводы для хобби, которым задают положение с помощью стандартного широтно-импульсного сигнала, как для автомобилей и самолетов с дистанционным управлением, но в этом случае сигналы генерируются CBC (или более ранними контроллерами). Сервоприводы имеют угловой диапазон от 0 до 180 градусов и обеспечивают крутящий момент двигателя для удержания заданного положения. Сервоприводы могут быть откалиброваны со специального экрана управления на CBC без какого-либо программирования, чтобы проверить / отрегулировать их механические положения для желаемой угловой команды.
В Botball электрические двигатели постоянного тока обычно используются для привода колес. Однако с помощью Wallaby им можно приказать бежать с точной скоростью и останавливаться в точном поворотном положении. Это обеспечивается на уровне операционной системы в CBC путем периодической выборки ЭДС по мере вращения двигателя и регулировки мощности. Код пользователя должен только указать желаемую скорость (и положение остановки, если требуется) с использованием функций двигателя.

Датчики

Сенсорный датчик определяет, когда датчик ударяется.
    • Световой датчик
Датчик освещенности обнаруживает свет. Датчики света используются в начале раунда, когда загорается лампочка, сигнализирующая о начале раунда.
В Botball камера используется для отслеживания движущихся объектов или перемещения к объектам. Камера может отслеживать центр областей (или «пятен») цвета (это называется «отслеживатель капель»). Координаты капли могут, в свою очередь, использоваться для указания руки или для направления робота к объекту с помощью программы управления.
    • ИК датчик пробоя
Этот датчик использует луч, проходящий между излучателем и приемником, чтобы проверить наличие небольших препятствий.
Эти датчики используются для определения расстояния между роботом и объектом.

Язык программирования

Официальный язык программирования , используемый в Botball с 1997 по 2008 год был Interactive C .
KISS-C - официальный язык программирования, используемый в Botball с 2009 по 2011 год. KISS IDE - это официальная среда программирования, используемая в Botball с осени 2011–2016 годов. KISS IDE поддерживает C , C ++ , Java и Python .

Правила

Конструкция роботов

Роботы могут быть сконструированы только из деталей, входящих в комплект.

  • Можно использовать не более 93 квадратных дюймов бумаги (которая должна быть не более 20 фунтов). Используемая бумага должна быть черной или белой.
  • Струна может быть использована в конструкции робота; можно использовать до 36 дюймов.
  • Можно использовать десять резинок №19.
  • Металлические детали, входящие в комплект, нельзя разбить на более мелкие части.
  • Из металлических деталей можно гнуть только полосы и пластины.
  • Единственные съемные части iRobot Create - это заднее колесо, зажимы ведущих колес и задняя стенка грузового отсека. Любые другие детали нельзя снимать или разбирать.
  • Район, в котором запускаются роботы, меняется в зависимости от года. В 2010 году начальная площадь составляет 22 на 31,5 на 15 дюймов (10395 дюймов 3 ).
    • Робот должен находиться под определенным ограничением по высоте в начале матча.
  • У команды может быть четыре разных объекта на поле.
    • Все объекты должны поместиться в стартовую коробку.
  • Во время турнира беспроводная связь запрещена.

Игра

Схема поля Ботбол 2008 года . A - солярий, b - укрытие, c - предметы, которые нужно собрать, d - спутники, e - солнечные паруса, f - сад, g - Botguy, h - мост.

У каждого года свой набор целей. Тема 2008 года была основана на космосе , с роботами на борту космической станции. Роботы должны подготовиться к солнечной вспышке , собирая «еду» (зеленые шары), спасая «членов экипажа» (оранжевые шары) и развертывая «спутники» (синие чашки) и «солнечные паруса» ( коктейльные зонтики ). Роботы также должны собрать Botguy (плюшевый робот) и сад (большой зеленый шар) и положить их на бок. Доска состоит из двух досок восемь на четыре фута, соединенных канавой размером два на четыре фута. По обеим сторонам рва есть два моста, которые роботы должны снести, чтобы попасть на другую сторону.

Размер поля зависит от игры; общая его площадь составляет 8 на 12 футов, большая часть поверхности окружена трубой из ПВХ диаметром 1-1 / 2 дюйма . Когда две команды соревнуются друг с другом, они начинают игру на противоположных концах игровой поверхности и имеют 120 секунд, чтобы перемещаться между объектами и набирать очки. В конце игры роботы должны остановиться, и в это время судья оценивает игру, чтобы определить, какие роботы команды выиграли.

Подсчет очков

В сезоне 2008 года начальный счет команды равен 0, а затем очки подсчитываются в конце игры с использованием значений очков, указанных в следующей таблице:

Сторона 1 («ваша сторона») Солярий Приют Космос Сторона 2 («сторона другой команды»)
спутниковое -4 -6 -6 0 Нет данных
Солнечный парус -3 -3 -3 0 Нет данных
Растение 1 6 0 0 Нет данных
Экипаж 1 0 6 0 Нет данных
Сад 5 15 3 0 Нет данных
Botguy 5 3 15 0 Нет данных
Робот команды 1 0 0 0 0 15 на их стороне и 30 в убежище

Ботбольный сезон / Соревнования

Региональный сезон ботбола длится с конца января до начала мая. За это время студенты посещают двухдневный семинар и обучаются основам компьютерного программирования. У студентов есть от шести до восьми недель на программирование, сборку и тестирование своих роботов. По мере развития роботов ученики должны документировать, как продвигается их робот, а также какие настройки и изменения они внесли по сравнению с исходной конструкцией. В региональном соревновании есть три раунда: Seeding, Double Eliminations и Alliance. Посев: при посеве одна команда выступает против себя (это больше похоже на тренировочный раунд), но учащиеся по-прежнему зарабатывают очки, и есть награда для команды, которая набрала наибольшее количество очков в раунде посева. Double Eliminations - это место, где начинается реальное соревнование, и где команды соревнуются друг с другом, пока они не выбывают дважды. Матчи альянсов - это матчи для команд, которые дважды выбывали из турнира. Две команды объединяются в пары и соревнуются за очки (это работает как раунд посева, но с каждой стороны есть по 1 отдельной команде, и они пытаются набрать очки как союз).

Регионы и международные соревнования

По состоянию на 2012 год регионы США следующие:

Ботбол также провел 4 турнира на Ближнем Востоке :

С 2011 года у Botball также были турниры в

Начиная с 2001 года КИПР начал проводить национальные соревнования, а в 2003 году в них участвовала первая международная команда. Международные соревнования проводятся летом после завершения всех региональных соревнований. Каждая команда, участвующая в региональных соревнованиях, имеет право участвовать в международных соревнованиях. Правила игры на международном соревновании в целом идентичны правилам региональной игры того года. Мероприятие проводится в рамках GCER (Глобальная конференция по образовательной робототехнике). KIPR Open (ранее называвшийся Beyond Botball) также проводится в GCER, и несколько докладчиков приходят и рассказывают о сфере робототехники. GCER был размещен на Гавайях; Северная и Южная ЦА; Норман, хорошо; Джексонвилл, Флорида; Лисбург, Вирджиния; и Эдвардсвилл, штат Иллинойс, и Вашингтон, округ Колумбия. В 2013 году GCER пройдет в Нормане, штат Оклахома.


Ноты

внешние ссылки