第十二届中国青少年机器人竞赛机器人创意比赛主题与规则

本文发布于:
2011-09-27
来源:

1 关于机器人创意比赛
  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。
(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(central pattern generator ),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,力求节省成本,避免比赛的成人化倾向。提倡在初、高中组参赛作品中一定程度采用自制器材,且机器人的创意、设计、搭建、编程应由学生独立或集体亲身实践和完成。
3.3 参赛机器人作品应该体现六个要素
  (1)符合创新比赛的主题,正确体现机器人的内涵;
  (2)在契合主题的前提下,机器人演示的完整性和创意的新颖性;
  (3)科学性和一定的研究制作工作量;
  (4)研制过程和作品成果均体现出学生的主体性;
  (5)注重机器人的外观设计、制作工艺、观赏性;
  (6)规范的研制报告。
3.4 机器人创意比赛程序
3.4.1申报
  机器人创意比赛参赛队应在规定的截止日期,即2012年6月5日前向组委会办公室提交申报资料,其内容如下:
  (1)机器人创意比赛项目纸质申报表;
  (2)机器人创意比赛项目研制报告一份。该报告的文字与图表(外观图、结构图、原理图等)共计不超过5页,另附作品彩色照片、但数量不超过5幅;
  (3)机器人动作演示的视频资料1~5分钟;
  (4)项目研发所需材料清单一份;
  (5)项目运行的完整程序设计(程序设计可以使用图形程序设计),使用的语言不限;
  (6)除必须邮寄纸质版本申报表一份和视频光盘外,其它申报资料均以电子版本形式提交(通过中国青少年机器人在线网站robot.xiaoxiaotong.org,以下简称网站)
  (7)是否按时、完整、规范地提供上述资料,将作为申报作品资格审查与项目初评的重要依据。凡未达到合格要求者,将被视为初评不合格,而取消参加全国终评的资格。
3.4.2资格审查与初评
  竞赛组委会和专家委员会将根据申报资料对参赛作品进行资格审查与初评。其结果定于2012年6月15日前在网站公示。通过资格审查与初评的作品才被允许进入全国终评阶段。
3.4.3现场布展
  (1)获得终评资格的参赛选手要为各自作品制作一块120厘米(高)、90厘米(宽,一律竖用)的作品展示板,供展示使用;
  (2)各参赛机器人作品的展台面积不超过2平方米;
3.4.4机器人的组装与调试
  在正式展示和问辩前,组委会安排一定时间段供参赛队布展、组装和调试作品。
3.4.5终评
  机器人创意比赛的终评包括作品展示、公众对现场作品的评价和评审小组成员的现场问辩。
  (1)公众评价:在参赛作品面向公众的展示、演示的过程中,竞赛组委会将随机组织部分公众对作品进行民意测验。公众评价对终评起参考作用;
  (2)现场问辩:在终评的指定期间段内,所有参赛选手应在展台旁待命,以便接受评审小组的现场问辩。现场问辩为封场评审,除参赛学生选手外,其他人等均不得进入场区。选手有5分钟的讲解与演示时间,问辩时间通常为5~10分钟;
  终评是在综合初评、现场展示效果、公众评价、问辩表现的基础上,依据评分标准(见后),经评审小组集体评议后做出的,交评审委员会主任签字后生效。
  组委会将在闭幕式上发布终评结果,并在网站上公告。
4 机器人创意比赛作品的评分标准
  按照表1所示的六项标准评分。
 

表1 机器人创意比赛作品的评分标准

 

作 品 评 分 标 准

项目

细目

权重

创意

新颖性、独立性、特色,有一个创新点或多个创新点

25%

目标

1.目标明确,契合主题,选题有新颖性
2.问题带有社会性和典型性,解决方案有可行性

25%

工作量和完整性

1. 作品申报的资料完整、按时、规范
2. 工作量.适当,由学生独立或团队合作完成

15%

设计制作

1.作品结构合理巧妙,制作精良

15%

表达操作

1.现场操作娴熟、机器人演示过程完整
2.展板内容简明,版式富有创意,视觉效果好
3.陈述清晰,问辩回答正确,能反映对创意的深入理解

 10%

团队精神

1.团队分工明确,各司其职,团结协作
2.项目成果由团队集体合作完成

10%

5 奖励
  按照高中、初中、小学的组别分别评奖。
  一等奖-------20%,颁发金牌(和证书)
  二等奖-------30%,颁发银牌(和证书)
  三等奖-------50%,颁发铜牌(和证书)
6 其它
  6.1关于比赛规则的任何修订,将在中国青少年机器人教育在线网站http://robot.xiaoxiaotong.org/上发布。
  6.2 关于规则的问题可通过该网站的Q&A栏目答疑。
  6.3 比赛期间,凡是规则中没有说明的事项由裁判委员会决定。
  6.5 第十一届中国青少年机器人竞赛裁判委员会对凡是规则中未说明事项,以及有争议事项,均拥有最后解释权和决定权。

评论(0)