第十二届中国青少年机器人竞赛-VEX机器人工程挑战赛主题与规则

1第十二届中国青少年机器人竞赛VEX机器人工程挑战赛主题与规则1VEX机器人工程挑战赛简介VEX机器人工程挑战赛是一项青少年国际机器人比赛项目。其活动对象为中小学生，要求参加比赛的代表队自行设计、制作机器人并进行编程。参赛的机器人既能自动程序控制，又能通过遥控器控制，并可以在特定的竞赛场地上，按照规则的要求进行比赛活动。在中国青少年机器人竞赛中设置VEX机器人工程挑战赛的目的是激发我国青少年对机器人技术的兴趣，为国际VEX机器人工程挑战赛选拔参赛队。2竞赛主题本届VEX挑战赛的主题为“大破栅门”。“大破栅门”是一个令人兴奋和充满活力的比赛。每场比赛包含两种不同类型控制方式——手控和自动。比赛的特点是两个参赛组成的联队从赛场的两边出发进行比赛。参赛队通过完成各种任务（把圆球和圆筒放入篮筐、获得奖励分以及把倍增筒和消分筒放入圆形篮筐内，等等）竞争得分。参加“大破栅门”比赛，参赛队要开发许多新技能来应对各种面临的挑战和障碍。有些问题需要个人来解决，还有些问题要通过与队友及指导教师的交流来处理。参赛队员要一起构建自己的机器人参加多次比赛，与自己的队友、家人和朋友欢庆取得的成绩。经过比赛，学生们不仅可以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。此外，他们还可提高素质，如研究、规划、集思广益、合作、团队精神、领导能力等。在每场比赛中，各由两支参赛队组成的两个联队（红队和蓝队）上场竞技，获取比对方联队更高的得分。每场比赛的时间是140秒。3比赛场地与环境3.1场地的构成图1是比赛场地的透视图。图2为俯视图。3600mm×3600mm的比赛场地四周有高约为282mm、厚25～35mm的木质围栏。围栏内的场地表面为泡沫塑料的场地垫，底色为灰色，有四块600mm×600mm的方形区域，红色和蓝色各两块，是两个联队的机器人的启动区。场外相邻的两边分别为红、蓝联队的站位。2图1比赛场地透视图图2场地俯视图从图2可知，场地被并排的红、蓝两道栅门分割为互动区和隔离区，而隔离区又被一道隔断分为相等的两块。场地垫上用约20mm宽的白色胶带贴出四道呈“井”字形的引导线。场上分布着九个高低不同的篮筐，场地四角用白色胶带贴3出四个等边直角三角形的地面篮筐，如图3所示。图3场地要素的分布图4栅门比赛场地尺寸的允许误差是±25mm，对此，参赛队设计机器人时必须充分考虑。3.2栅门两个隔离区各有一道栅门，如图4所示。栅门是由一根PVC管和两端的托架构成的。比赛开始前，栅门是水平的，必要时可以撤除。43.3隔断安装在围栏上的隔断如图5所示。隔断是不可动的。图5隔断3.4篮筐场上有9个高度不同的圆形篮筐，如图6、7、8所示。参赛队可以将得分物品放入其中。圆形篮筐由两个保持环和五根PVC管组成。保持环的外边缘就当成是圆形篮筐的外边缘。保持环一边削平，以便将篮筐固定到场边或隔断上。高、中、低篮筐除高度不同外，中篮筐的两个保持环的间距比高、低篮筐小，因为它是固定在隔断上的。图6低篮筐5图7高篮筐图8中篮筐场地四角用20mm宽的白色胶带划出4个地面篮筐，如图3所示。它的外边缘由场地围栏的内沿和白色条带的外沿确定。3.5得分物品6比赛中与得分有关的物品为泡沫塑料制成的圆球、圆筒、倍增筒和消分筒。得分物品的尺寸误差约为6mm。参赛队在设计机器人时应充分考虑此因素，让抓取机构能够适应圆环的尺寸变化。图3已经标示出比赛开始前得分物品在场地上的分布状况。红、蓝隔离区中各有红、蓝球2个，红、蓝筒3个。互动区中，红、蓝球各3个和红、蓝筒各6个码放成图9所示的中央堆垛，如图2所示。在红、蓝联队的站位处，各有作为预装和赛中装填的4个红、蓝球和4个红、蓝筒。图9中央堆垛3.5.1圆球圆球外径为152mm，重约109g。红球、蓝球各9只，分别供红、蓝联队使用。图10圆球和圆筒3.5.2圆筒圆筒为圆柱形，外径为152mm，高127mm，端面为深34mm，半径76mm的凹球面，以便与圆球贴合。圆筒重约240g。红筒、蓝筒各13只，分别供红、蓝联队7使用。3.5.3倍增筒倍增筒的尺寸与重量与圆筒相同，白色，共2个，红、蓝联队各有1个。3.5.4消分筒消分筒的尺寸与重量与圆筒相同，黑色，共2个，红、蓝联队各有1个。3.5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，场地垫不平整；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名词解释互动区—场地围栏和栅门所确定的1800mm×3600mm区域。隔离区—红或蓝色栅门及隔断和场地围栏所确定的两个1800mm×1800mm区域。在该隔离区的栅门未撤除时，机器人不可以进、出。场地要素—泡沫塑料场地拼接块、场地围栏、隔断、栅门和圆形篮筐的统称。隔断—分隔红、蓝色隔离区的黑色PVC场地要素。隔断高190mm。篮筐—包括地面篮筐和圆形篮筐。圆形篮筐—放入得分物品可以得分的圆筐形装置。地面篮筐—场地上用白色条带标示的四个区域，参赛队可放入圆球和圆筒得分。地面篮筐的外边缘由场地围栏的内沿和白色条带的外沿确定。栅门—分隔互动区与隔离区的红色或蓝色PVC场地要素，高190mm。栅门可以撤除。得分物品—圆筒、圆球、倍增筒或消分筒的统称。圆球—红色或蓝色球形塑料得分物品。圆筒—红色或蓝色圆柱形塑料得分物品。倍增筒—可使圆形篮筐中任何分值（包括奖励分）加倍的白筒。消分筒—可消除圆形篮筐中任何分值（包括奖励分）的黑筒。机器人—参赛队在比赛开始前放在赛场上的任何通过了检查的东西。手动机器人—参赛队使用手动控制器控制完成比赛任务的机器人。自动机器人—只能受控于传感器的输入和预先写入机器人控制器的命令，以完成比赛任务的机器人。参赛队与联队—参赛队是指报名参加本届VEX机器人工程挑战赛的单个参赛队；联队在初赛中是由两支参赛队经随机搭配组成的联盟，初赛中的联队不分8主队和副队；复赛中的联队是由两支参赛队经过选配组成的联盟，复赛中的联队分主队和副队。主队与副队—在初赛后的联队选配中主动去邀请其联盟队友的参赛队称为主队；作为主队的联盟队友参与复赛的队伍称为副队。联队选配—初赛结束后，根据各参赛队的初赛成绩排名经过邀请和接受邀请组成联队的过程。联队启动区—给机器人启动指定的有色（红或蓝）区域。联队站位—在任何比赛中，供参赛队员站立的区域。操作手—在比赛中负责操作和控制机器人的学生队员。比赛期间，每个参赛队仅允许有2名操作手在场地上。教练员—竞赛期间被指定为参赛队指导者的一名学生或教师。学生—在任何中小学校注册就读接受教育的人。比赛—每场比赛包括自动比赛时段和操作手控制时段，总时间是140秒。自动比赛时段—这是一个20秒钟的时段。在此时段内，机器人运行只能受控于传感器的输入和预先写入机器人控制器的命令，不允许人对机器人的干预或相互沟通。操作手控制时段—这是一个120秒钟的时段。在此时段内，操作手通过遥控器控制机器人的运行。初赛—各参赛队在复赛前采用随机方式组成联队后所进行的比赛。初赛的目的是为取得复赛参赛资格的队伍排名。复赛—进行联队选配后所进行的淘汰赛，包括1/4决赛、1/2决赛和决赛（含确定第三名的比赛）。取消比赛资格—对违反规则的参赛队所施加的惩罚。在初赛某一场中被取消比赛资格的参赛队，该场得分为零。在复赛中，某参赛队被取消比赛资格，整个联队就被取消比赛资格，输掉该场比赛。反复犯规和被取消比赛资格的某一参赛队可能被禁止参加所有后续场次的比赛。预装—每场比赛开始前，每支联队可以装入机器人的2个圆筒和2个圆球。如不使用预装，这些得分物品就成了赛中装填。赛中装填—每个连队站位有4个圆筒和4个圆球，可在比赛的任意时刻装入机器人。在这些圆筒和圆球中，只有2个圆筒和2个圆球可以用于预装。得分—如果在篮筐中的得分物体没有与本联队的机器人接触，且满足下列条件之一1.得分物品完全低于圆形篮筐PVC管的顶部并完全在圆形篮筐外圆之内9（见图11和12）；2.得分物品高于圆形篮筐PVC管的顶部并有一部分在圆形篮筐外圆之外（见图12）；3.圆球或圆筒部分地在地面篮筐外边沿之内并与场地拼接块接触（见图13）。就可以得分。奖励分—对圆形篮筐中最低（最接近场地拼接块）的圆筒或圆球给予的奖励。纠缠—如果一台机器人抓住或钩住对方的机器人，就被认为是纠缠了对方的机器人。牵制—如果一台机器人阻止对方机器人的运动，而对方机器人与场地表面和某个场地设施接触，就被认为是牵制了对方的机器人。·如果一台机器人阻挡或阻止了对方机器人运动，但对方机器人除与场地表面接触外并不与其它场地设施接触，就不被认为是牵制了对方的机器人。·牵制的定义并不需要牵制和被牵制的机器人之间的接触。把对方的机器人困在场地一角也是牵制。图11第一种得分条件图12第二种得分条件10图13地面篮筐中的得分条件5机器人本节提供设计和构建机器人的原则和要求。参加VEX机器人竞赛的机器人是由注册的VEX参赛队设计和构建的遥控车或自动车，它们在“大破栅门”比赛中可以完成特定的任务。参赛前，所有机器人必须通过检查。请参照附录A“机器人检查指南”及“检查表”。参加VEX挑战赛的机器人必须使用VEX主控制器（ROBOTICSDESIGNSYSTEM）、接收器、VEX手动控制器及配套的VEX器材。5.1每支参赛队只允许使用一台机器人参加VEX机器人竞赛。该机器人既可以执行手动遥控操作，又可以自行按程序操作。在联队中，每支参赛队使用各自的机器人。虽然参赛队可以在大赛期间修改这台机器人，但不能更换底盘、电源和控制系统。5.2参赛的机器人必须通过全面检查，以确保符合相关规定。初次检查在参赛队报到注册是进行，第二次检查在参赛队检录进场时进行。参赛队应对不符合规定的地方进行改进，直至通过检查方可参赛。5.3机器人（不包括手动控制器）外形最大初始尺寸不能超过长457mm、宽457mm、高457mm。在开始比赛后，机器人可以伸展超出初始尺寸。5.4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创意装饰，以增强其表现力和容易被别人识别。5.5每台机器人只允许使用一个VEX主控器和两个VEXRF接收器（操作手控制时段中，对一台机器人可以使用两个VEX手动控制器，不允许用光、声控制机器人）。最多使用10个马达或伺服电机（任意组合，总数不超过10个，其中393大输出力矩电机不得超过4个）。其它器件如VEX传感器以及其它结构件等，使用数量不限。比赛中，任何机器人的器件都要保证连接在机器人上，而且安装11的位置不能影响其它机器人的正常工作。任何合法的VEX部件均可使用。5.6不得对马达、延长线、传感器、控制器、电池及VEX机器人设计系统的任何其它电子元件进行任何形式的改动。5.7参赛机器人如果不用VEX功率扩展器，只能使用一个VEX7.2V机器人电池包和一个9V备份电池。使用了VEX扩展器的机器人可以加用一个任何类型的7.2V机器人电池。a.机器人上不能使用额外的电池（没有接上的额外电池也不可以）。b.机器人上最多只能用一个功率扩展器。c.为保证可靠的无线通讯，要求所有参赛队都必须用VEXnet备份电池盒（276-2243）将一只可用的9V备份电池连接到VEXnet系统上。d.在上述数量限制下，任何VEX7.2V电池包都是合法的。5.8参赛队必须把机器人带到准备区参赛，使用VEX气动部件的参赛队不得在比赛区对机器人充气。5.9机器人必须有一个装置，用以在整个比赛中安全地固定VEX机器人标识旗。5.10不允许使用有可能损坏竞赛场地、损害和干扰其它参赛队机器人、在竞赛中能够造成不必要纠缠和危险的元件。5.11允许使用VEXnet系统进行通信的机器人参赛。对这些机器人要进行“赛场控制检查”。5.12对于不使用VEXnet系统进行通信的机器人，组委会将在每场比赛前把晶振模块交给参赛队，各参赛队所设计的机器人应在不分解机器人的情况下便于拆装晶振模块。参赛队不得使用自己的晶振，以避免相互干扰。拒绝使用组委会提供的晶振的参赛队将被视为弃权。5.13机器人的设计必须保证在赛后断电的情况