虚拟机器人灭火-汪卫军.ppt

全国中小学信息技术创新与实践活动Network Originality Competition（第十届全国中小学信息技术与实践活动虚拟机器人灭火赛项培训讲义）,培训人：汪卫军2011年12月10日,赛事概况,第十届NOC学生竞赛项目虚拟机器人灭火,虚拟机器人灭火,赛事概况,第一阶段3D虚拟仿真机器人灭火,第二阶段机器人现场主题创作,总成绩,60%,40%,虚拟机器人灭火,热博机器人3D虚拟仿真系统软件,热博HOTROBOT型教学机器人套装,竞赛目标,虚拟机器人灭火比赛旨在提高中小学生程序设计和机器人的应用能力。该竞赛的表现形式是要求学生通过机器人3D仿真系统自主搭建机器人及其传感器并且编写机器人迷宫灭火程序，自动控制虚拟机器人实现搜索房间和发现模拟火源并加以灭火施救,完成相应的竞赛任务,决出优胜者。通过该项目的实践,旨在提高青少年对机器人浓厚兴趣,开发学生的创新思维，提高青少年机器人硬件开发水平和软件研发能力。,虚拟机器人灭火,竞赛范围,小学组、初中组、高中组（含中职）。,每支参赛队伍限1名选手,虚拟机器人灭火,比赛环境,1.软件环境：操作系统：Windows2000、WindowsXP（NetFramework2.0 DirectX9.0c）中任何一种（推荐WindowsXp）。仿真软件：热博RB-3DRSS虚拟机器人3D仿真系统软件。编程软件：热博图形化编程系统软件,虚拟机器人灭火,2.硬件环境：（1）电脑硬件配置：CPU2.4GHZ以上，内存512G以上，显卡64M支持3D硬件加速（推荐配置CPU3.0G，内存1G，显卡128M支持3D硬件加速)。（2）电脑数量：组委会提供竞赛现场编程用电脑（每人一台），参赛选手不允许携带任何可以复制文件的工具进入竞赛现场（如U盘等）。（3）热博HOTROBOT教学型机器人,比赛环境,虚拟机器人灭火,第一阶段任务,虚拟仿真机器人灭火是模拟现实家庭环境中处理火警的过程。制作一个由计算机程序控制的虚拟机器人，在一套模拟平面结构的房间里运动，找到代表房间里火灾点的正在燃烧的蜡烛并尽快将它扑灭。,虚拟机器人灭火,第一阶段场地说明,竞赛场地地板为黑色的平整表面。门框上没有门，在门框所在地面上用一条白线表示房间入口和门，白线本身的面积属于房间内的区域。机器人必须从竞赛场地中代表起始位置的白色正方形中开始启动。参赛选手可以用一些装置来校正机器人在正方形中的位置。一旦启动，它可以在竞赛场地中向所希望的方向横向或纵向运动。最终虚拟竞赛场地以组委会当天提供为准。,虚拟机器人灭火,说明:小学、初中组场地灭有白色搜救区域模拟家具有且只有一个，并且安放在蜡烛所在的房间。,第一阶段场地说明,虚拟机器人灭火,出发位置,搜救区域,4号,1号,2号,3号,门口识别白线,黑色地板,白色墙壁,蜡烛火焰,火焰识别圈,模拟家具,第一阶段比赛规则,虚拟机器人灭火,出发,小学组,初中组,高中组,搜索房间,灭火,停止,出发,搜索房间,灭火,回家（回到出发点）,停止,出发,搜索房间,灭火,搜救,停止,回家（回到出发点）,机器人停在灭火的位置,机器人停在出发位置,机器人停在出发位置,第一阶段比赛规则,虚拟机器人灭火,各单项任务必须根据以上任务顺序完成否则即整个任务失败 每个单项任务必须在其相应的顺序和位置完成才能算该单项任务完成 比赛过程中，任何一个单项任务失败，则此次计时比赛结束，此次任务及其后的各单项任务均按失败计时 各单项任务失败其时间均按照最长时间计时，并且不能获得相应任务系数,任务完成,第一阶段比赛规则,虚拟机器人灭火,任务划分,小学组,初中组,高中组,灭火任务,灭火任务,回家任务,灭火任务,搜救任务,回家任务,任务目标：在3分钟内机器人从启始点出发，搜索房间找到火焰、熄灭火焰并停止,任务目标：在3分钟内机器人从启始点出发，搜索房间找到火焰、熄灭火焰,任务目标：机器人完成灭火任务后，在4分钟内回到出发点停止，并且中途不得进入任何房间,任务目标：在3分钟内机器人从启始点出发，搜索房间找到火焰、熄灭火焰,任务目标：机器人完成搜救任务后，在4分钟内回到出发点停止，并且中途不得进入任何房间,任务目标：机器人完成灭火任务后，在3分钟内到达搜救区域，然后走出灭火所在房间。机器人垂直投影全部走出房间,第一阶段比赛规则,1.机器人运行机器人必须是由计算机程序控制。机器人运行过程中可以碰撞接触墙壁。高中组比赛中，将列入搜救和回家任务。机器人灭火后才能进行搜救。搜救区域放在火源房间中。机器人灭完火后，必须到达搜救区域（机器人的任何一个轮子接触搜救区域）后离开房间才算作有效搜救 2.熄灭蜡烛蜡烛在燃烧时不允许被碰倒，否则按未完成灭火任务处理。机器人必须完全进入蜡烛所在房间。机器人必须有部分或全部到达蜡烛所在的白色识别圈内。3.蜡烛位置由抽签确定房间号。,虚拟机器人灭火,第一阶段比赛规则,4.竞赛方式小学组完成灭火任务。初中组完成灭火、回家任务。高中组完成灭火、搜救、回家任务。5.时间限制机器人搭建、编程及调试:90分钟/组。完成任务时间：灭火任务为3分钟、搜救任务为3分钟，灭火后回家为4分钟,虚拟机器人灭火,第一阶段比赛评分标准,1.评分标准每次得分=600实际时间房间系数参赛队伍程序连续运行两次，取得分较高的一次计为该阶段的竞赛成绩（得分越高成绩越好）。参赛队伍该阶段的得分占其成绩的60%。2.任务完成判断及其系数 灭火任务：超时视为任务失败。搜救任务：机器人走出蜡烛及搜救区域所在房间但未能到达搜救区域、超时均视为任务失败。回家任务：机器人回家途中进入任何房间（机器人全部越过白线即为进入房间）、机器人进入起始位置而未停止动作、机器人未回到起始位置、超时均视为任务失败。注：各单项任务必须根据以上任务顺序完成否则即整个任务失败。每个单项任务必须在其相应的顺序位置完成才能算该单项任务完成，当前各单项任务失败则此次计时比赛结束，此任务及其之后的各单项任务按任务失败计时。各单项任务失败其时间按照最长时间计时，并且不能获得相应任务系数,虚拟机器人灭火,第一阶段比赛评分标准,虚拟机器人灭火,3.房间系数机器人找到蜡烛前搜索的房间越多，房间系数值越小。成功搜索1个房间，房间系数为1.00。成功搜索2个房间，房间系数为0.75。成功搜索3个房间，房间系数为0.50。成功搜索4个房间，房间系数为0.30。注：机器人搜索房间顺序不限，机器人须全部越过门框白线进入房间内才能视为机器人搜索了该房间。未完成灭火任务不计算房间系数；重复搜索同一个房间，房间系数不重复计算。,4.实际时间实际时间为系统自动计时时间。包括灭火时间、搜救时间和回家时间。搜救时间定义：机器人熄灭蜡烛开始计时至机器人完全离开搜救对象所在房间终止。机器人地面垂直投影完全越过房间的白线视为机器人离开房间。回家时间（初中组）定义：机器人熄灭蜡烛开始计时至机器人回到代表家的白色区域并处于静止状态终止。回家时间（高中组）定义：机器人离开搜救对象所在房间开始计时至机器人回到代表家的白色区域并处于静止状态终止。,第一阶段比赛评分标准,虚拟机器人灭火,小学虚拟灭火方案,虚拟机器人灭火,有火不进房无火进房,初中虚拟灭火方案,虚拟机器人灭火,有火不进房无火进房,高中虚拟灭火方案,虚拟机器人灭火,有火不进房无火进房,注意事项,虚拟机器人灭火,各单项任务必须根据任务顺序完成否则即整个任务失败。每个单项任务必须在其相应的顺序位置完成才能算该单项任务完成，当前各单项任务失败则此次计时比赛结束，此任务及其之后的各单项任务按任务失败计时。各单项任务失败其时间按照最长时间计时，并且不能获得相应任务系数机器人搜索房间顺序不限，机器人须全部越过门框白线进入房间内才能视为机器人搜索了该房间。未完成灭火任务不计算房间系数；重复搜索同一个房间，房间系数不重复计算。,相关说明,裁判宣布入场后5分钟内，参赛队员没有入场。裁判宣布停止调试，参赛队员未及时上交程序。比赛过程中队员出现严重犯规事件。机器人完成规定的任务。规定的比赛时间用完。参赛选手主动宣布放弃。第一阶段比赛得分占总成绩的60。,虚拟机器人灭火,第二阶段现场主题制作,选拔赛参赛队伍依据组委会统一提供的机器人构件（全国决赛采用“杭州热博科技有限的积木式机器人平台HOTROBOT”器材）按走孤岛探索的主题依序进行现场机器人搭建、编程及动作展示。参赛队伍该阶段的得分占其总分数的40%，与第一阶段得分相加后为参赛队伍的最终得分。最终得分最高者优胜。,现场主题制作,场地任务与场地要求,现场主题制作,场地任务与场地要求,整个比赛场地为白色灯箱布喷绘而成。场地中的每个白色的方格子是边长为20厘米的正方形（不包含线条），每条线的宽度为2厘米，颜色为黑色。起点：起点是边长46厘米的黑色正方形。机器人出发前，整个身体必须位于起点黑色区域内。机器人完全走出起点，位于A线或者B线上，就得到了起点的1分。生死转盘：生死转盘为一个直径为4厘米的黑色圆点，位于交叉点上。机器人到达生死转盘后开始原地旋转360度，机器人在原地旋转时不得脱离黑色转盘，脱离该转盘即任务失败。多转不得分。雷区：雷区分布着10颗地雷。地雷是竖放的5号电池（直径1.5厘米，高度5厘米）。过雷区时，机器人碰倒2个地雷就算任务失败，碰倒一个地雷不得分。机器人整体通过雷区才能得分。沼泽：是由一段宽度是25厘米的通道。通道的直线距离是42厘米。通道用高度45厘米厚2左右厘米的木板组成，两边木板的上方用木条钉好，墙壁上粘满了双面胶。机器人完全通过沼泽才能得分。1分点：该交叉点旁标着黄色的数字1。机器人完全通过该点就得到1分。终点：终点是边长为40厘米的黑色正方形，当机器人完全进入终点，并且停止2秒以上时间，就得到终点得5分。实际场地可能有0.2厘米的误差，以实际提供的场地为准。,现场主题制作,实际场地示意图,现场主题制作,实际场地示意图,现场主题制作,实际场地示意图,现场主题制作,实际场地示意图,现场主题制作,实际场地示意图,现场主题制作,任务目标,现场主题制作,机器人从起点（1分）出发，沿着黑色线条，到达终点，限时5分钟。沿途寻找5个1分点，1个生死转盘(2分)、1个雷区(3分)、1个沼泽(4分)、终点(5分)，共10个得分点。得分点是现场随机分布，都位于十字交叉点上（注意：机器人只有完全通过得分点才能获得分数，重复通过同一得分点不重复得分）。机器人前进时不得跳过相邻的交叉点，到达斜对角的交叉点，否则就算任务失败，该轮比赛结束。任务失败时，计时停止，计分结束，原先的得分有效。,任务目标,现场主题制作,小学组：必须完成生死转盘任务，其它任务可选择完成并得相应分数。如果没有完成生死转盘任务，则该项目成绩将扣除相应必须完成任务的分数。（该任务没有完成不得分，还要扣罚相应的分数。）初中组：必须完成生死转盘、雷区两任务，其它任务可选择完成并得相应分数。如果没有完成必须完成的任务，则该项目成绩将扣除相应没有完成任务的分数。（该任务没有完成不得分，还要扣罚相应的分数。）高中组：必须完成生死转盘、雷区、沼泽三任务，其它任务可选择完成并得相应分数。如果没有完成必须完成的任务，则该项目成绩将扣除相应没有完成任务的分数。（该任务没有完成不得分，还要扣罚相应的分数。）,机器人尺寸必须为不大于直径为20厘米高度为15厘米的圆柱体。竞赛用时：90分钟/组别（在规定用时内可进行机器人搭建、编程、场地调试及程序调整。比赛时，机器人在同一地点（终点除外）停止1分钟以上的就算任务失败，原先得分有效，计时停止。动作展示仅限一次，时长5分钟/组别，按抽签顺序完成。,竞赛规则,现场主题制作,（1）动作展示用时：机器人由起点（整个机器人须全部落在起点黑色色块内）启动后开始计时至到达终点（机器人全部进入终点黑色色块内并停止2秒以上）停止计时。（2）规定动作展示时间内，机器人按规定取得分数越高成绩越好。,评分标准,现场主题制作,相关说明,该项比赛为现场搭建、现场编程、现场调试项目，不允许参赛选手带任何计算机存储介质（U盘、光盘、磁盘等）进场。不允许带组装完好的机器人套装（机器人主机平台应和种类积搭套件、传感器分离，现场搭建）。违反规定且不听裁判阻劝者判定比赛失败。在规定用时内可进行机器人搭建、编程、程序导入、场地调试及程序调整。成绩计算：总成绩=虚拟灭火得分 60%+机器人现场主题创作得分 40%。比赛成绩以得分高的为胜；得分相同看时间，以机器人现场主题创作用时少的为胜。,现场主题制作,方案演示视频,现场主题制作,机器人搭建,杭州热博科技RB-3DRSS仿真系统,机器人编辑环境下可以使用部件库中提供的机器人部件自由搭建机器人。,传感器安装,用户可自由选择机器人及其传感器配件，进行机器人搭建，如：灰度传感器、红外测障传感器等可进行检测距离和角度的调节。,杭州热博科技RB-3DRSS仿真系统,机器人程序编辑与运行,虚拟仿真环境下可以导入编辑好的机器人与场地，通过机器人程序设置模拟现实机器人运行。,杭州热博科技RB-3DRSS仿真系统,仿真内C语言编辑器,杭州热博科技RB-3DRSS仿真系统,图形化编程环境,杭州热博科技图形化编程系统,图形化编程环境马达转动设置,完成机器人的前进、倒退、转弯、原地转等动作。0、1号电机分别代表机器人的左、右电机（默认情况）。通过功率大小滚动条的拖拉或者功率数值输入框的输入可以设定电机的运行功率。无符号表示电机正转,表示电机反转。功率应是介于-100至100的整数,功率绝对数值越大，电机转速越快。,图形化编程环境程序循环设置,在使用中要使机器人或传感器持续的工作一般需要设置条件循环，可以是条件，也可以设置成永远循环，默认情况为永久循环,杭州热博科技图形化编程系统,图形化编程环境条件判断设置,设置条件使机器人在满足一定的条件的时候做特定的动作，该模块可以使机器人在满足不同条件的情况下作不同的事情。,杭州热博科技图形化编程系统,场地编辑,场地编辑环境下可以使用部件库中提供的场地部件自由搭建场地。,杭州热博科技RB-3DRSS仿真系统,机器人走迷宫的简单实现,所谓机器人走迷宫其实就是在一个迷宫中沿着一面墙行走，并且不撞上或者脱离这面墙。机器人走迷宫，其实就是利用红外避障传感器检测到障碍返回数值0，没检测到障碍返回数值1的原理来实现的。下面我们具体介绍一种典型的走迷宫的方法。,机器人示意图,走迷宫的几种状态处理,图1机器人直行,图2机器人右转,图3机器人右转,图4机器人左转,简单迷宫程序,右图程序大意：先判断左前与左中红外（1,2号端口），若检测到障碍向右转；否则判断左边红外（0号端口），若检测到墙面向前直行；假如两个都没检测到则向左转弯。,两灰度传感器走轨迹介绍,现场主题制作基本轨迹介绍,两个都没看到黑线机器人往前走直线左看到黑线机器人往左转右看到黑线机器人往右转注意：走的时候传感器处于线的两边,杭州热博科技有限公司,杭州热博科技有限公司,联系方式公司电话 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