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1、第九届中国青少年机器人竞赛机器人基本技能比赛主题与规则1 机器人基本技能比赛简介机器人基本技能比赛是中国青少年机器人竞赛项目之一。其活动对象为中小学生，要求参加比赛的代表队在现场自行制作机器人并进行编程。参赛的机器人是自动程序控制的，可以在赛前公布的特定竞赛场地上，按照一定的规则进行比赛活动。在中国青少年机器人竞赛中设置机器人基本技能比赛的目的是检验青少年对机器人基本技术的理解和掌握程度，激发我国青少年对机器人技术的兴趣，培养动手动脑的能力，为适当的国际机器人比赛选拔参赛队。2 竞赛主题本届机器人基本技能比赛的主题为“重建家园”。2008年四川汶川特大地震破坏力之强、波及范围之广，中外罕见，令
2、世界震惊。灾难发生，举国奋起。中华民族迸发出气壮山河、撼天动地的伟大力量，一场与死神赛跑、不惜一切代价抢险救人的抗震救灾斗争和灾后重建家园工作迅速展开。积极行动起来，我们要与自己研制的机器人一起投身重建家园！让中华民族万众一心、不屈不挠、友爱互助、自强不息的伟大精神永远激励我们快乐成长！经过比赛，学生们不仅完成自己的比赛机器人，也提升了对科技和利用科技来积极影响周围世界的认识。在每场比赛中，一支参赛队的机器人从指定的启动区出发，在尽可能短的时间内完成几种任务,获得尽可能高的得分。3 比赛场地与环境3.1 场地图1是比赛场地的示意图。图1 比赛场地3.2 赛场规格与要求3.2.1 机器人比赛场地
3、的内部尺寸为长3000mm、宽2000mm，用木工板制成三块底板，拼接而成，厚1520mm。场地四周装有白色木质围栏，栏高为150mm，厚1520mm。用厚1520mm、长500mm、宽500mm的木工板制成18块固定拼装块和16块可换拼装块。场地四周装有白色木质围栏，栏高150mm，厚1520mm。3.2.2 场地底板刷白色亚光漆，亚光黑色胶带粘贴的黑色引导线宽度为2025mm。黑色引导线间距为500mm，横平竖直。以下凡是涉及黑线的尺寸，均指其中心线。3.2.3 场上有一块长300mm、宽300mm的蓝色方形区，是机器人的启动区。另一块长300mm、宽300mm的黄色方形区，是重建家园施工
4、区，也称为机器人移动的目标区（以下称为目标区）。启动区附近有一个长150mm、宽150mm的黄色方形区，是仓库。启动区、目标区与仓库的具体在赛前确定，不过仓库一般位于启动区的附近。3.2.4 需要运送给灾民的建筑材料有两类：一类为“方砖”，用边长30mm的立方体（木制，涂红色漆）代表，重约2030g，共4块；另一类为“圆木”，用直径30mm、高45mm的圆柱体（木制，涂棕色漆）代表，重约2535g，共4根。比赛开始前，允许有4个（最多）建筑材料装载在机器人上（参赛队可以自由选择全装“方砖”或全装“圆木”或混装，只要它们与机器人接触且未接触比赛场地，预装就是合格的），另4个码放在仓库中。在图1的
5、例子中，机器人上混装了“方砖”和“圆木”各2个，故剩下的2个“方砖”和2个“圆木”被存放在仓库中，如图2所示。图2仓库示意图（mm） 图3 安全岛尺寸（mm） 3.2.5 在黑色引导线的某个交叉点上，还布置了一个白色的高地，称为安全岛，如图3所示。在完成任务后应将机器人停放在安全岛上（表示它随时处于待命状态）。安全岛的具体位置和朝向另定。3.2.6 尚待清除的山崩滚落的“巨石”用去掉标签（或在罐外包一层铝箔）的标准355毫升易拉罐表示，向上直立。罐中装黄沙（不能采用液体），使重量达到500g。“巨石”被布置在黑色引导线或它们的交叉点上，具体位置另定。3.2.7 图1中有6块500mm500mm
6、没有画黑色引导线的空白，留待填入预先做好的500mm500mm、厚1520mm的正方形可换拼装块（表示需要临时抢通的区域，以及该区域中可能出现的各种道路状况），以构成完整的场地。木工板制成的可换拼装块共16种，如图4所示。拼装块表面颜色应该一致。16种可换拼装块的特征分述如下：#1 居中有一条黑色引导线，拼装时可能旋转90。#2 有两条连接正方形相邻两边中点的黑色引导线，拼装时可能旋转90。#3 有一条连接正方形对边中点的正弦黑色引导线，拼装时可能旋转90。#4 在可换拼装块2的两条黑色引导线的2/3处连一条Z形黑色引导线，拼装时可能旋转90。#5 有两条连接正方形相邻两边中点的圆弧形黑色引导
7、线，圆弧半径为250mm，拼装时可能旋转90。#6 正方形正中有直径为360mm的圆形黑色引导线，正方形各边中点与圆用直线就近相联。#7 直径为360mm的3/4圆形黑色引导线在垂直和水平方向偏离正方形可换拼装块中心各35mm。正方形两边中点与圆弧端点用斜线就近相连。拼装时可能旋转90、180、270。图4 可换拼装块#8 正方形正中有边长为360mm的正方形黑色引导线，可换拼装块一对边的中点用直线与正方形引导线就近相连，拼装时可能旋转90。#9 正方形正中有一个截面为等腰三角形的双面斜坡（表示临时修建的桥梁），坡面有黑色引导线。三角形底边长500mm，高40mm。斜坡宽360mm。拼装时可能
8、旋转90。#10 居中有一条黑色引导线，两边灰色部分是两面高“墙”（表示临时路面穿过的峡谷），墙高150mm，两墙面间距为400mm。拼装时可能旋转90。#11 正方形相邻两边中点有两条折线的黑色引导线相连，每条折线由两段较短的直线和两段较长的直线组成，较短的线段长100mm，较长的线段长150mm。拼装时可能旋转90。#12 可换拼装块中有一块不规则的棕色区域，表示泥石流阻断了道路，不能通过。拼装时可能旋转90。#13 可换拼装块上居中粘贴了三条长400mm、宽60mm、高3mm的木条，彼此相隔60mm，表示临时修建的碎石路。有一条黑色引导线贯穿可换拼装块。拼装时可能旋转90。#14 从可换
9、拼装块一边中点到邻边中点用直线段和1/4圆弧段连接，分别是50mm直线、半径50mm圆弧、50mm直线、半径50mm圆弧、200mm直线、半径50mm圆弧、200mm直线、半径50mm圆弧、50mm直线、半径50mm圆弧、50mm直线，表示临时修建的小路。拼装时可能旋转90、180、270。#15 可换拼装块14的变形，从200mm线段中点到正方形边的中点有100mm长的直线短相连。拼装时可能旋转90、180、270。#16 可换拼装块上有一块表示堰塞湖的不规则图形，不能通过。拼装时可能旋转90。3.2.8 比赛场地尺寸的允许误差是10mm，拼装块尺寸的允许误差是2mm，对此，参赛队设计机器人
10、时必须充分考虑。3.2.9 拼装的场地尽可能平整，但接缝处可能有3mm的高低差和3mm的间隙。3.2.10 启动区、目标区、仓库、“巨石”、安全岛的位置、选用的可换拼装块的类型以及位置和方向在赛前准备时公布。小学、初中、高中三个组别场地的复杂程度是不同的。场地一经公布，在整个比赛过程中不再变化。一个整的场地示例的照片如图5所示。图5 一个完整的场地的示例3.3 赛场环境机器人比赛场地环境为冷光源、低照度、无磁场干扰。但由于一般赛场环境的不确定因素较多，例如，场地表面可能有纹路和不平整，边框上有裂缝，光照条件有变化等等。参赛队在设计机器人时应考虑各种应对措施。4 任务说明4.1 小学组基本任务4
11、.1.1 机器人从启动区出发到达目标区。机器人至少要通过3个不同的可换拼装块和清理1块“巨石”后方能进入目标区；否则，进入目标区是无效的。4.1.2 清理“巨石”的标准是把它移动到不再与黑色引导线接触的地方并保持这种状态一直到终场。进入目标区的标准是机器人的任何一部分在地面的正投影包含在目标区内，且机器人保持这样的状态至少3秒钟。4.1.3 把机器人停放在安全岛上“待命”。只有进入过目标区的机器人才能停在安全岛上。停在安全岛的标准是机器人不与该岛以外的地面接触，且这样的状态一直要维持到终场。4.2 初中组基本任务4.2.1 除上述小学组的基本任务外，必须通过的可换拼装块数量增加到4个。4.2.
12、2 机器人在进入目标区后，还要把2个建筑材料放入目标区。建筑材料放入目标区的标准是该建筑材料的任何一部分与目标区地面接触。4.3 高中组基本任务4.3.1 除上述初中组的基本任务外，必须清理的“巨石”数量增加到2个，运送到目标区的建筑材料增加到3个。4.4 额外任务除上述各组别的基本任务外，机器人还可以通过完成额外的任务，即经过更多的可换拼装块、清理更多的巨石、运送更多的建筑材料到目标区来获取更多的得分。5 机器人本节提供设计和构建机器人的原则和要求。参赛前，所有机器人必须通过检查。参加机器人基本技能比赛的机器人限用竞赛组委会指定的教育机器人套材。只要有可能，也允许套材的混合使用。5.1 每支
13、参赛队只能使用一台按程序运行的机器人。5.2 在启动区内，机器人外形最大尺寸不得超过长300mm、宽300mm、高400mm。在开始比赛后，机器人可以超出此尺寸限制。5.3 机器人上必须展示参赛队编号。在不影响正常比赛的基础上，机器人可进行个性化的装饰，以增强其表现力和容易被识别。5.4 每台机器人所用的控制器、电机、传感器及其它结构件，使用数量不限。5.5 机器人上的所有零部件必须可靠固定，不允许脱落在场地上。5.6 为了安全，机器人所使用的直流电源电压不得超过12V。5.7 不允许使用有可能损坏竞赛场地的危险元件。5.8 机器人必须设计成只用一次操作（如，按一个按钮或拨一个开关）就能启动。
14、6 比赛6.1 赛制6.1.1 机器人基本技能竞赛按小学、初中、高中三个组别分别进行比赛。6.1.2 比赛前，用电子抽签方式确定参赛队的编号。6.1.3 比赛不分初赛与复赛，进行三轮。每轮比赛，参赛队均按自己的编号依次上场。每支参赛队有三次上场机会，每次均记分。6.1.4 三轮比赛结束后，取每个参赛队的两次最好成绩之和作为该队的总成绩。按总成绩对参赛队排名，确定每个组别的冠军、亚军和季军。6.2 参赛队每支参赛队应由2名学生和1名教练员（教师或学生）组成。学生必须是截止到2009年6月仍然在校的学生。6.3 比赛过程6.3.1 搭建机器人与编程6.3.1.1 搭建机器人与编程只能在准备区进行。
15、6.3.1.2 参赛队的学生队员检录后方能进入准备区。裁判员对参赛队携带的器材进行检查，所有器材必须是散件，队员不得携带U盘、光盘、手机等存储和通信器材。裁判员把场地图发给参赛队。6.3.1.3 教练员不得以任何形式对进入准备区的学生队员进行指导。学生队员在准备区不得上网和下载任何程序。6.3.1.4 参赛队在准备区有2小时的搭建机器人和编制程序的时间。结束后，各参赛队把机器人排列在准备区的指定位置，封场。6.3.1.5 参赛队在每轮比赛结束后，允许在准备区简单地维修机器人和修改控制程序，但不能打乱下一轮出场次序。6.3.2 赛前准备6.3.2.1 准备上场时，队员领取自己的机器人，在引导员带领下进入比赛区。在规定时间内未到场的参赛队将被视为弃权。6.3.2.2 只有2名学生队员可以上场，站立在启动区附近，教练员不得入场。6.3.2.3 队员将自己的机器人放入启动区。机器人的任何部分及其在地面的投影不能超出启动区。6.3.2.4 到场的参赛队员应抓紧时间（不超过1分钟）做好启动前的准备工作。完成准备工作后，队员应向裁判员示意。6.3.3 启动6
