Ботбол - Botball

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

Ботбол - это образовательная программа по робототехнике, направленная на привлечение учащихся среднего и старшего школьного возраста к командным соревнованиям 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 более чем в 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.[1]

Обзор

Мантра ботбола гласит: «Сегодняшние дети-ботболисты - завтрашние ученые и инженеры». [2] 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. "[3] 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.[4] Здесь также есть бесплатный онлайн-курс по программированию роботов на языке C с контроллером, который использовался в Botball. [5] NASA RAP рассматривает Botball как возможность обратиться к своим будущим сотрудникам и предоставить соответствующий практический опыт и необходимые навыки потенциальным будущим ученым НАСА.[6]

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 конкурса. Роботы содержат несколько типов датчики а также два цифровых камеры для их систем компьютерного зрения.[7] Журнал Робот В статье, посвященной игровому процессу и системам, подчеркивается: «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, a мощный контроллер робота, который легко взаимодействует с большим количеством датчиков и исполнительных механизмов и оснащен процессором CPU / Vision на базе ARM 9 под управлением LINUX, системой DAQ / Motor на базе ARM 7, а также интегрированным дисплеем и сенсорными экранами, которые просты в использовании . CBC2 использует интегрированную среду разработки KISS-C и ее библиотеки, специально разработанные для удобства пользователей с совершенно разным опытом программирования. И CBC2, и KISS-C были разработаны KISS Institute и также используются в университетских исследовательских программах. как Программа Ботбола ".[8]

Соревнования по ботболу вращаются вокруг использования автономный роботы 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 ограничения времени в две минуты. Датчики и цифровой камеры давать входные данные роботам, которые помогают идентифицировать объекты. Перед началом и между раундами соревнований участники программируют роботов с помощью интегрированная среда развития (KISS-C - последняя версия). Участники соревнований по ботболу также должны заполнить онлайн-документацию о своем прогрессе и своих целях, чтобы набрать очки.

Аналогичный конкурс для взрослых, названный KIPR Open (ранее Beyond Botball), начатая в 2001 году.[9]

История

Институт практической робототехники KISS - это некоммерческая образовательная и исследовательская организация 501 (c) (3), зарегистрированная в Вирджинии в 1994 году. Сейчас ее штаб-квартира 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, а также 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 является главным техническим директором, а также профессором 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 ЦЕЛОВАТЬ Институт практической робототехники (КИПР).[10]

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: Лего Техник кирпичи. 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.

  • В RCX без каких-либо приспособлений или двигателей.

  • В XBC контроллер робота. В Game Boy Advance, Game Boy Micro, или же Game Boy Advance SP может использоваться с XBC.

  • Контроллер ботбола CBC (на основе Chumby )

  • Ссылка KIPR

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 света 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

Официальным языком программирования, который использовался в Botball с 1997 по 2008 год, был Интерактивный C.
KISS-C - официальный язык программирования, используемый в Botball с 2009 по 2011 год. KISS IDE - официальная среда программирования, используемая в Botball с осени 2011–2016 годов. KISS IDE поддерживает C, C ++, Ява, и Python.

Правила

Конструкция роботов

Роботы могут быть сконструированы только из деталей, входящих в комплект.[11]

  • Не более 93 квадратных дюймов бумаги (не более 20 фунтов)[нужна цитата ] может быть использовано. 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 на iRobot Create заднее колесо, зажимы ведущего колеса и стенка заднего 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 2008 Ботбольное поле. A - солярий, b - укрытие, c - предметы, которые нужно собрать, d - спутники, e - солнечные паруса, f - сад, g - Botguy, h - мост.

Каждый год ставит перед собой другой набор целей. Тема 2008 года была космическое пространство базируется, с роботами на борту космической станции. Роботы должны подготовиться к Солнечная вспышка 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; это всего 8 футов на 12 футов, большая часть поверхности окружена 1-1 / 2 дюйма ПВХ трубка. 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:[11]

Сторона 1 («ваша сторона»)СолярийПриютКосмосСторона 2 («сторона другой команды»)
спутник-4-6-60Нет данных
Солнечный парус-3-3-30Нет данных
Растение1600Нет данных
Экипаж1060Нет данных
Сад51530Нет данных
Botguy53150Нет данных
Робот команды 1000015 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 учащиеся должны задокументировать, как продвигается их робот, а также какие настройки и изменения они внесли по сравнению с исходным дизайном. Во время региональных соревнований есть три раунда: посев, двойное исключение и альянс. Посев: посев - это когда одна команда выступает против себя (это больше похоже на тренировочный раунд), но студенты все равно зарабатывают очки, и есть награда для команды. который набрал наибольшее количество очков в раунде посева. Двойные выбывания - 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 в начале соревнования. 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[12][13] в Средний Восток:

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 во время GCER (Глобальной конференции образовательной робототехники). 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 Эдвардсвилль, штат Иллинойс, и Вашингтон, округ Колумбия. В 2013 году GCER будет проходить в Нормане, штат Оклахома.


Примечания

  1. ^ «Команды и регионы | Программа образовательной робототехники Botball®». Botball.org. Архивировано из оригинал на 2013-05-17. Получено 2013-01-29.
  2. ^ «Что такое ботбол? | Программа образовательной робототехники Botball®». Botball.org. Архивировано из оригинал на 2013-06-19. Получено 2013-01-29.
  3. ^ «Институт практической робототехники KISS». Кипр.орг. Получено 2013-01-29.
  4. ^ «Робототехника НАСА - События: BotBall». Robotics.nasa.gov. Получено 2013-01-29.
  5. ^ «Робототехника НАСА - Архивы: Курсы». Robotics.nasa.gov. Архивировано из оригинал на 2011-12-28. Получено 2013-01-29.
  6. ^ «НАСА - Сотни роботов для участия в региональном турнире по ботболу». Nasa.gov. Получено 2013-01-29.
  7. ^ [1] В архиве 11 января 2011 г. Wayback Machine
  8. ^ [2] В архиве 14 марта 2012 г. Wayback Machine
  9. ^ «Открытая игра по автономной робототехнике КИПР». Архивировано из оригинал 21 декабря 2010 г.. Получено 2011-01-11.
  10. ^ «Статистика и цифры». Архивировано из оригинал на 2008-02-28. Получено 2008-03-18.
  11. ^ а б См. Правила ботбола 2008 года.
  12. ^ «Обзор ботбола». Архивировано из оригинал на 2008-03-18. Получено 2008-03-18.
  13. ^ «Текущий сезон». 2008. Архивировано с оригинал на 2008-06-15. Получено 2008-06-01.

внешняя ссылка