Ботбол
Botball — это образовательная программа по робототехнике, направленная на привлечение учащихся среднего и старшего 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, направленную на проектирование, создание и программирование пары автономных роботов. Команды используют стандартизированный набор материалов, документируют процесс, а затем соревнуются в турнире, задачи которого меняются ежегодно. Все материалы в комплектах одинаковы для каждой команды по всему миру, поэтому нет несправедливых преимуществ. Команды по ботболу в основном базируются в Соединенных Штатах, насчитывая более 300 команд и проводя местные турниры более чем в дюжине регионов. В последние годы он также проводит ежегодную Глобальную конференцию по образовательной робототехнике (GCER) с международным турниром, в котором участвуют команды со всей страны, а также из Мексики, Австрии, Китая, Уганды, Польши, Катара, Кувейта, Египта и многих других стран. другие. [1]
Обзор
[ редактировать ]Мантра Ботбола гласит: «Сегодняшние дети Ботбола — это завтрашние ученые и инженеры». [2] Программой управляет некоммерческий Институт практической робототехники KISS (KISS расшифровывается как инженерная аббревиатура: Keep It Simple Stupid), чье видение состоит в том, чтобы использовать робототехнику, «чтобы стимулировать и вовлекать студентов в раскрытие их потенциала в инженерии, науке и математике». " [3] Цель Botball и KISS — обучать рабочую силу будущего и привлекать студентов к науке, технологиям, инженерному делу и математике. Эту цель разделяет проект NASA Robotics Alliance Project (RAP), который сотрудничает с Botball и другими образовательными программами в области робототехники. Миссия NASA RAP — «обеспечить реализацию будущих роботизированных миссий по исследованию космоса». НАСА спонсирует Botball, предоставляя технических наставников и другие ресурсы. [4] Здесь также проводится бесплатный онлайн-курс по программированию роботов на языке C с использованием контроллера, который использовался в Botball. [5] NASA RAP рассматривает Botball как возможность обратиться к своей будущей рабочей силе и предоставить соответствующий практический опыт и необходимые навыки потенциальным будущим ученым НАСА. [6]
Ботбол известен изощренностью и сложностью своих роботизированных соревнований. Что отличает Botball от других программ студенческой робототехники, так это то, что роботы автономны; поэтому ими не управляют с помощью пульта дистанционного управления. Студенты используют информатику, чтобы запрограммировать роботов на распознавание задач, а затем попытаться достичь целей соревнования. Роботы содержат несколько типов датчиков , а также две цифровые камеры для систем компьютерного зрения. [7] Журнал Robot Magazine в статье, посвященной игровому процессу и системам, подчеркнул: «Каждый год игра предлагает различные задачи разного уровня сложности, поэтому участники могут сосредоточиться на более сложных целях или найти более простые решения, в зависимости от своих способностей… Botball использует CBC2». , мощный контроллер робота, который легко взаимодействует с большим количеством датчиков и исполнительных механизмов и оснащен процессором центрального процессора / машинного зрения на базе ARM 9 под управлением LINUX, системой сбора данных / двигателем на базе ARM 7, а также встроенным дисплеем и сенсорными экранами, которые легко CBC2 использует интегрированную среду разработки KISS-C и ее библиотеки, специально разработанные для пользователей с совершенно разным опытом программирования. И CBC2, и KISS-C были разработаны Институтом KISS и используются в университетских исследовательских программах. а также программа «Ботбол». [8]
Соревнования по ботболу заключаются в использовании 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 передают данные роботам, которые помогают идентифицировать объекты. До начала соревнований и между раундами участники программируют роботов, используя интегрированную среду разработки (последняя версия — KISS-C). Чтобы набрать очки, участники ботбола также должны заполнить онлайн-документацию о своем прогрессе и целях.
Аналогичное соревнование для взрослых под названием KIPR Open (ранее Beyond Botball) началось в 2001 году. [9]
История
[ редактировать ]Институт практической робототехники KISS — это некоммерческая образовательная и исследовательская организация 501(c)(3), зарегистрированная в Вирджинии в 1994 году. Ее штаб-квартира сейчас находится в Нормане, штат Оклахома. Институт KISS был основан г-жой Кэтрин Штайн, доктором Дэвидом Миллером и доктором Марком Слэком с целью создания центра системы программ технологического и научного образования, основанных на робототехнике, и использования робототехнических технологий для лучшего обслуживания. общественное благо. Г-жа Штайн недавно ушла с поста исполнительного директора; ее сменил доктор Стив Гудгейм, опытный педагог, ставший генеральным директором в результате конкурса без конкурса. Доктор Миллер является техническим директором, а также профессором аэрокосмической и машиностроительной промышленности имени Уилконсона в Университете Оклахомы. Доктор Миллер – бывший сотрудник Лаборатории реактивного движения, внесший значительный вклад в проект НАСА «Марсоход».
Ботбол был впервые запущен в 1997 году Институтом KISS (КИПР). практической робототехники [10]
Технические компоненты
[ редактировать ]В начале каждого сезона ботбола каждая команда получает комплект компонентов, в котором достаточно материала для создания двух полностью автономных роботов.
Механические компоненты, используемые в Botball, представляют собой кубики Lego Technic . Электрические компоненты включают в себя различные контроллеры роботов, из которых в комплект каждой команды входят по два (что позволяет им построить двух полностью автономных роботов из каждого комплекта), а также ряд различных датчиков и двигателей.
Контроллеры роботов, используемые в ботболе
[ редактировать ]- КИПР Вомбат
- КИПР Валлаби
- iRobot Create с прикрепленным XBC или CBC.
-
КИПР Валлаби -
Немодифицированный iRobot Create .
Ранее использовалось:
- Handy Board с платой расширения и без нее.
- LEGO RCX , v1 и v2
- XBC – v1, v2 и v3
- CBC – v1 и v2
- КИПР Ссылка
-
Пример удобной доски . Этот размер больше, чем тот, который входит в большинство наборов. -
RCX без каких-либо насадок и моторов. -
робота XBC Контроллер . Game Boy Advance , Game Boy Micro или Game Boy Advance SP . С XBC можно использовать -
Контроллер ботбола CBC (на основе Chumby ) -
КИПР Ссылка
Датчики и моторы
[ редактировать ]Моторы
[ редактировать ]- В ботболе серводвигатели обычно используются для приведения в действие руки или приспособления робота. Это стандартные сервоприводы для хобби, которые переводятся в положение с помощью стандартного сигнала ширины импульса, 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 можно калибровать со специального экрана управления на CBC без какого-либо программирования для проверки/регулировки их механических положений для желаемой угловой команды.
- Электрические постоянного тока двигатели
- В Ботболе электрические двигатели постоянного тока обычно используются для привода колес. Однако, используя Wallaby, им можно приказать бежать с точной скоростью и останавливаться в точном положении вращения. Это обеспечивается на уровне операционной системы в CBC путем периодической выборки ЭДС при вращении двигателя и регулировки мощности. В коде пользователя необходимо только указать желаемую скорость (и положение остановки, если требуется) с использованием функций двигателя.
Датчики
[ редактировать ]- Пассивные датчики
- Сенсорный датчик определяет момент удара по сенсору.
- Датчик освещенности
- 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 «капель») цвета (это называется «отслеживанием пятен»). Координаты капли, в свою очередь, могут использоваться для направления руки или для направления робота к объекту с помощью программы навигации.
- ИК-датчик прерывания луча
- Этот датчик использует луч, проходящий между излучателем и приемником, для проверки наличия небольших препятствий.
- Активные датчики
- Инфракрасный излучатель/приемники
- сонара Датчик
- Эти датчики используются для определения расстояния между роботом и объектом.
Язык программирования
[ редактировать ]Официальным языком программирования, используемым 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 — официальная среда программирования, используемая в Botball осенью 2011–2016 гг. KISS IDE поддерживает C , C++ , Java и Python .
Правила
[ редактировать ]Строительство роботов
[ редактировать ]Роботов можно собрать только из деталей, входящих в комплект. [11]
- Максимум 93 квадратных дюйма бумаги (это должна быть бумага плотностью 20 фунтов или меньше). [ нужна ссылка ] можно использовать. Используемая бумага должна быть черной или белой.
- При изготовлении робота можно использовать веревку; можно использовать до 36 дюймов.
- Можно использовать десять резинок №19.
- Металлические детали, входящие в комплект, невозможно разбить на более мелкие части.
- Из металлических деталей гнуть можно только плоские стержни и пластины.
- Единственные съемные части iRobot Create — это заднее колесо, зажимы ведущего колеса и задняя стенка грузового отсека. Любые другие детали нельзя снимать или разбирать.
- Район, в котором стартуют роботы, меняется в зависимости от года. В 2010 году стартовая площадь составляет 22 на 31,5 на 15 дюймов (10395 дюймов). 3 )
- В начале матча робот должен находиться под определенным ограничением по высоте.
- Команда может иметь на поле четыре разных объекта.
- Все объекты должны поместиться в стартовую коробку.
- Во время турнира беспроводная связь запрещена.
Игра
[ редактировать ]
Каждый год имеет разные цели. Темой 2008 года был космос 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 Ботгая (плюшевого робота) и Сад (большой зеленый шар) и положить их на бок. Доска состоит из двух досок размером восемь на четыре фута, соединенных рвом два на четыре фута. По обе стороны рва есть два моста, которые роботы должны снести, чтобы перебраться на другую сторону.
Размер поля зависит от игры; его размеры составляют 8 на 12 футов, большая часть поверхности окружена 1 + 1 ⁄ 2 дюйма ПВХ Труба . Когда две команды соревнуются друг с другом, они начинают на противоположных концах игровой поверхности и имеют 120 секунд, чтобы передвигаться вокруг объектов и набирать очки. В конце игры роботы должны остановиться, после чего судья оценивает игру, чтобы определить, роботы какой команды победили.
Подсчет очков
[ редактировать ]В сезоне 2008 года первоначальный результат команды равен 0, а затем очки подсчитываются в конце игры с использованием значений очков, указанных в следующей таблице: [11]
| Сторона 1 («ваша сторона») | Солярий | Приют | Космос | Сторона 2 («сторона другой команды») | |
|---|---|---|---|---|---|
| Спутник | -4 | -6 | -6 | 0 | Н/Д |
| Солнечный парус | -3 | -3 | -3 | 0 | Н/Д |
| Растение | 1 | 6 | 0 | 0 | Н/Д |
| Экипаж | 1 | 0 | 6 | 0 | Н/Д |
| Сад | 5 | 15 | 3 | 0 | Н/Д |
| Ботгай | 5 | 3 | 15 | 0 | Н/Д |
| Робот команды 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 15 на их стороне и 30 в укрытии |
Ботбольный сезон/Соревнования
[ редактировать ]Региональный сезон ботбола длится с конца января примерно до начала мая. За это время, Студенты посещают двухдневный семинар и обучаются основам компьютерного программирования. У студентов есть шесть-восемь недель, чтобы запрограммировать, построить и протестировать своих роботов. По мере развития роботов учащиеся должны документировать, как продвигается работа их робота, а также изменения, которые они внесли в исходную конструкцию. Региональные соревнования состоят из трех раундов: посев, двойное выбывание и альянс. Посев: Посев — это когда одна команда играет против себя (это больше похоже на тренировочный раунд), но ученики по-прежнему зарабатывают очки, и есть награда для команды, набравшей наибольшее количество очков в раунде посева. Double Elimination — это то место, где начинается настоящее соревнование, и где команды соревнуются друг с другом, пока не выбывают дважды. Матчи альянсов — это матчи для команд, которые дважды выбыли из турнира в начале соревнования. Две команды объединяются в пары и соревнуются за очки (это похоже на раунды посева, но с каждой стороны есть по одной отдельной команде, и они пытаются набрать очки как альянс).
Регионы и международные соревнования
[ редактировать ]По состоянию на 2012 год регионы США следующие:
- Аризона
- Колорадо
- Флорида
- Чикаго район
- Большой Лос-Анджелес
- Грузия
- Большой округ Колумбия/Вирджиния
- Большой Сан-Диего
- Большой Сент-Луис
- Гавайи
- Мэриленд
- Новая Англия
- Нью-Мексико
- Нью-Йорк / Нью-Джерси
- Северная Калифорния
- Оклахома
- Польша
- Южная Калифорния
- Техас
Ботбол также провел 4 турнира. [12] [13] на Ближнем Востоке :
По состоянию на 2011 год по Ботболу также проводились турниры в
С 2001 года КИПР начал проводить национальные соревнования, а в 2003 году в них приняла участие первая международная команда. Международные соревнования проводятся летом после завершения всех региональных соревнований. Каждая команда, участвующая в региональном соревновании, имеет право участвовать в международном соревновании. Правила игры на международных соревнованиях в целом идентичны правилам региональной игры того года. Мероприятие проводится во время GCER (Глобальной конференции по образовательной робототехнике). KIPR Open (ранее Beyond Botball) также проводится в GCER, и несколько докладчиков приходят и рассказывают о области робототехники. GCER проводился на Гавайях; Северная и Южная Калифорния; Норман, ОК; Джексонвилл, Флорида; Лисбург, Вирджиния; и Эдвардсвилл, штат Иллинойс, и Вашингтон, округ Колумбия. В 2013 году GCER пройдет в Нормане, штат Оклахома.
Примечания
[ редактировать ]- ^ «Команды и регионы | Программа образовательной робототехники Botball®» . Ботбол.орг. Архивировано из оригинала 17 мая 2013 г. Проверено 29 января 2013 г.
- ^ «Что такое ботбол? | Программа образовательной робототехники Botball®» . Ботбол.орг. Архивировано из оригинала 19 июня 2013 г. Проверено 29 января 2013 г.
- ^ «Институт практической робототехники KISS» . Кипрр.орг . Проверено 29 января 2013 г.
- ^ «НАСА Робототехника — События: BotBall» . Robotics.nasa.gov . Проверено 29 января 2013 г.
- ^ «Робототехника НАСА — Архив: Курсы» . Robotics.nasa.gov. Архивировано из оригинала 28 декабря 2011 г. Проверено 29 января 2013 г.
- ^ «НАСА — сотни роботов примут участие в региональном турнире по ботболу» . НАСА.gov . Проверено 29 января 2013 г.
- ^ [1] Архивировано 11 января 2011 г. в Wayback Machine.
- ^ [2] Архивировано 14 марта 2012 г., в Wayback Machine.
- ^ «Открытые игры КИПР по автономной робототехнике» . Архивировано из оригинала 21 декабря 2010 г. Проверено 11 января 2011 г.
- ^ «Статистика и цифры» . Архивировано из оригинала 28 февраля 2008 г. Проверено 18 марта 2008 г.
- ^ Перейти обратно: а б См. правила ботбола 2008 года.
- ^ «Обзор ботбола» . Архивировано из оригинала 18 марта 2008 г. Проверено 18 марта 2008 г.
- ^ «Текущий сезон» . 2008. Архивировано из оригинала 15 июня 2008 г. Проверено 1 июня 2008 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- www.botball.org — Официальный сайт Ботбола.
- Сайт Института практической робототехники KISS
- Ботбол на Facebook