第十二届中国青少年机器人竞赛(山西赛区)联赛规则

第十二届中国青少年机器人竞赛（山西赛区）联赛竞赛规则二零一一年十二月山西·太原目录总则····································································································1机器人超级轨迹比赛规则········································································3机器人创意比赛主题与规则·····································································4机器人基本技能比赛主题与规则·······························································8机器人足球比赛规则··············································································18VEX机器人工程挑战赛主题与规则···························································28FLL机器人挑战赛主题与规则·································································35FLL机器人工程挑战赛技术问辩要求·························································42FLL机器人工程挑战赛课题研究要求·························································43FLL机器人工程挑战赛团队合作要求·························································45第十二届中国青少年机器人竞赛（山西赛区）联赛-3-总则1竞赛的性质中国青少年机器人竞赛（山西赛区）联赛以培养青少年的创新意识和实践能力、提高青少年的科学素质为目的，是一项将知识积累、技能培养、探究性学习融为一体，面向广大青少年机器人爱好者的科学普及性活动。2竞赛的主办单位、承办单位、协办单位中国青少年机器人竞赛（山西赛区）联赛每年举办一次。由山西省科学技术协会主办，由山西省青少年科技活动中心、主办地市科协承办及有关部门协办。中国青少年机器人竞赛（山西赛区）联赛诚邀有志于青少年机器人教育活动的国内外企业作为合作伙伴。3组织机构竞赛组委会由主办单位与承办单位共同组成。竞赛组委会办公室设在山西省青少年科技活动中心，负责竞赛日常工作。4赛事安排中国青少年机器人竞赛（山西赛区）联赛的比赛项目要根据我省中小学机器人科技活动和中国青少年机器人竞赛活动的发展进行安排。除我省自主开展的机器人超级轨迹比赛和简单机械比赛以外，还有中国青少年机器人竞赛的比赛项目。6参赛对象及组团方式凡竞赛前在校就读的中小学生（包括中专、中技、中师、中职）均可参加各市举办的竞赛活动，各地通过市级竞赛选拔优秀代表队组成市参赛代表团参加全省竞赛活动。参赛队按小学、初中、高中三个组别组建，不允许跨组别。7奖项设立7.1各单项赛事设一、二、三等奖；7.2优秀组织单位奖、优秀教练员奖和特殊贡献奖；7.3选拔优秀队伍组成山西青少年机器人竞赛代表队参加中国青少年机器人竞赛及相关赛事。8参赛申报第十二届中国青少年机器人竞赛（山西赛区）联赛-4-8.1名额分配竞赛组委会将根据各市组织的比赛规模，按照一定的比例，下发参赛申报名额。各市根据限定的名额数，择优进行申报。每名参赛选手只能申报参加一个竞赛项目。8.2申报时间申报时间和要求以当年下发的竞赛通知为准，如有变动，以补充通知为准。8.3申报方式为了加强我省机器人竞赛组织工作的科学性和规范性，提高工作效率，报名表除电子版以外还需要邮寄纸质材料，由各市组织机构统一申报。9未尽事宜由竞赛组委会解释机器人超级轨迹比赛规则第十二届中国青少年机器人竞赛（山西赛区）联赛-5-此竞赛为我省自创项目，目的是让我省更多学校参与，此规则适用各个组别。1比赛场地规格：机器人轨迹比赛的场地将在竞赛前一天公布，场地上将贴有一条1.5—2.5厘米宽的黑色轨迹线。此条黑色轨迹线由起止线、直线、折线、圆弧组成。轨迹长度预计在10米以上，具体比赛场地的轨迹图形、障碍设计与要求、各区域的色彩搭配将由组委会在赛前确定。2竞赛要求：（1）机器人体积大小的设计应不超过，长25厘米，宽15厘米，高15厘米。（2）使用传感器数量不能超过5个、电机不能超过3个。（3）机器人完成整个比赛动作不得超过3分钟，不能脱离轨迹运行，否则视为犯规，不再记录当次的比赛成绩。（4）记分方法：本届机器人轨迹比赛将采取任务分解计分加记录时间的计分方法。每位选手在连续完成三次比赛任务后，计取最好的一次成绩为最终比赛成绩。竞赛成绩统计时，如果评选等级或名次的最后一名成绩相同时，以机器人技术设计最好或重量最轻（不包含电池）为优胜者。（5）竞赛期间，凡是规则中没有说明的事项由竞赛裁判委会临时决定。机器人创意比赛主题与规则1关于机器人创意比赛第十二届中国青少年机器人竞赛（山西赛区）联赛-6-机器人创意比赛是基于每年一度的中国青少年机器人竞赛的主题与规则，组织在校中小学生机器人爱好者，花费6个月左右的时间，在课题导师或教练员的指导下，在学校、家庭、校外机器人工作室或科技实验室里，以个人或小组的方式，进行智能机器人的创意、设计、编程与制作，最后以具体的机器人创意作品的形式参加中国青少年机器人竞赛组委会举办的机器人创意比赛活动。机器人创意比赛对于培养学生学习与综合运用机器人技术、电子信息技术、工程技术，激发创新思维潜能，提高综合设计和制作的能力极为有益。2主题：仿生机器人2.1主题简介早在人类出现之前，各种生物已在地球上存活了亿万年。在历经沧海桑田、物竞天择的进化过程中，它们的内部形成了极其精确和完善的机制，获得了适应大自然环境变化的强大能力。神奇的生物界具有许多卓有成效的本领，显示出比迄今任何人造机械都优越的特性或功能。如结构的物理力学特性；体内的生物合成、能量转换、信息的接受和传递；识别、导航、定向计算和综合等。生物的小巧、灵敏、快速、高效、可靠和抗干扰性堪称巧夺天工，令人惊叹不已。仿生学（bionics）是一个在具有生命之意的希腊语bion上，加表达工程技术涵义的ics而组成的词语，大约始于1960年。仿生学就是要在工程上实现并有效地模仿和应用生物功能的一门学科，是连接生物与技术的桥梁。顾名思义，仿生机器人是仿生学原理在机器人学科的具体应用。与生物界的所有类群比较，人类的能力和智慧之所以无与伦比，就在于人类能够借助智慧和双手制造工具，改造自然，其中也包括通过观察、设计、实验去认识自然界，模仿生物，从而在生存环境里获得更多的自由。人们的仿生探索活动由来已久，从比照鱼类的形体打造船只，到模仿鸟儿的双翅，乘飞机翱翔蓝天，例子俯首皆是。机器人学科的情况同样如此。从古至今，人类创造仿生机器人的冲动方兴未艾。近的，如机器狗、双足机器人、人工假肢等等，在现代机器人发展的半个世纪中，仿生机器人始终是一个热门研究课题，是机器人学重要的一个分支。本届“机器人创意比赛”的主题选定“仿生机器人”，其主旨在推动我国青少年亲近自然界，通过观察和了解生物界，汲取创作机器人的灵感，让机器人更好的为人类服第十二届中国青少年机器人竞赛（山西赛区）联赛-7-务。2.2课题研究仿生机器人涉及到两个关键词，一是机器人，二是仿生。对于前者，大家都有比较多的了解，所以重点来解读后者。（1）生物界的多样性，决定了仿生机器人的多样性。因此，仿生机器人的选题很宽泛，可谓多姿多彩。在课题研究的选题阶段，参赛队需要注意自然界生物的多样性，从中提炼所要模仿的生物的独特之处，查明它们的具体原理、机理、机制，归纳出机器人的创新点。仿生机器人的创新点一定聚焦在机器人与生物的结合点上，在那里生长出新颖性。（2）研究步骤通常研发仿生机器人需要经过下面几个环节：类比——既然要仿生，就必须有意识地向生物界学习，对生物原型加以调查剖析。最通常的方法是运用类比方法，即比对人类和生物之间的差异，找出后者的优异之处，以此锁定模仿的对象，探究其基本原理和组织机制，从中汲取创新的源泉。抽象——由于生物系统的复杂性，为了探究生物系统的原理和机制，需要从纷繁的因素中抽丝剥茧，去伪存真，提炼主要因素，得到一个较为简化的生物模型。这个模型应该能够描绘出所模仿的生物的主要特质及原理。这样就确定了创新点。映射——生物体和机器之间存在明显的区别。简单说，生物体是一个有机的生命体，而机器是无生命的无机体。后者必须遵循物理-力学的定律，才能使各部分协调运转。因此，如何由机械系统实现生物功能，不能局限于简单的仿生，更重要的是把生物模型映射成一个机械模型，一个具有工程可行性的实物模型，这就要求在原有基础上创新和提高。生物模型、数学模型和机械模型三者，前者是基础，后者是目的，而数学模型则是这两者的桥梁。实验——经过实践-认识-再实践的多次重复，仿生机器人逐渐趋近被模拟生物的功能，最终仿生机器人可能与生物原型有些许区别，有时存在落差，有时在某些方面超过原型。例如动力假肢的承重能力就超过了普通人类的体能极限。再一个浅显的例子是电子计算机比人的计算能力迅速而又可靠。第十二届中国青少年机器人竞赛（山西赛区）联赛-8-（3）选题范围仿生学的研究范围主要包括：力学仿生、分子仿生、能量仿生、信息与控制仿生等。力学仿生——研究并模仿生物体形态、结构、力学性质（包括运动学、静力学和动力学）。典型的，如模仿人类的躯体和四肢的组织结构，以及静步态和动步态下的力学特性，实现双足步行机器人的行走和跑跳。分子仿生——研究与模拟生物体中分子结构、酶、膜等起到的功能和作用。例如壁虎的指和趾端上密布着腺毛，有极强的粘附能力。受此启发，在“粘虫”式机器壁虎的足底制作出数百万个极其微小的人造毛（人造橡胶材料，长约2m，直径约500nm），它们与墙壁间能产生所谓的“范德瓦尔斯力”分子弱电磁引力（仅2mm2见方内的100万根毛发就能支承20kg重量）。能量仿生——研究与模仿生物体能量转换机理，如发光、肌肉将化学能转换成机械能等。化学家已经开发出一种具有-共轭结构的导电聚合物人工肌肉（人造橡胶和泡沫的混合物），它可在受控条件下将电能转换为机械能，适合用做仿生机器人的面部皮肤，让脸部的表情更丰富。信息与控制仿生——研究与模拟生物体感觉器官、神经元、以及高级中枢的智能活动等方面的信息处理过程。例如生物的中枢模式发生器CPG（centralpatterngenerator），在人工蠕虫、六足步行机器人等多肢体节律运动协调控制中得到成功应用。在充分理解比赛主题的基础上，经过课题研究确定作品的制作方案后，就可以进入课题的实施阶段。一定要让自己所遴选的项目研究和演示的内容紧扣主题，贴合主题，在此前提下，围绕自己最有心得的，或者最感兴趣的机器人（或机器人系统）作品形式抒发创意，表述创新。创新点不必贪多，突出一个或两个深入研究，避免陷入把精力放在编排故事、构造情节的误区。3比赛规则3.1分组比赛按小学组、初中组、高中组分组进行。参赛队应该在赛前完成参赛作品的制作和搭建，届时携带作品赴现场，比赛的内容为展示、演示和评审。每支参赛队的参赛人数为不多于3名学生和1名教练员（教师或学生）。学生必须第十二届中国青少年机器人竞赛（山西赛区）联赛-9-是截止到2012年6月底前仍然在校的学生。在现场布展阶段学生队员和教练员均可以入场工作，但是在封场评审阶段教练员不得入场指导和参与问辩。3.2参赛作品的器材要求参加本届竞赛的机器人作品，除不得选用污染环境、有害健康的器材外，原则上不限定参赛使用的器材。鼓励小学组参赛作品尽量利用平时课外活动的、现成的机器人器材套件开展设计和搭建，力求