FLL机器人工程挑战赛.docx

1、FLL机器人工程挑战赛晋江市第五届青少年电脑机器人竞赛FLL机器人挑战赛主题与规则1 FLL机器人挑战赛简介FLL机器人挑战赛是一项青少年国际机器人比赛项目。要求参加比赛的代表队自行设计、制作机器人并进行编程。参赛的机器人可在特定的竞赛场地上，按照一定的规则进行比赛。在中国青少年机器人竞赛中设置FLL机器人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FLL机器人挑战赛选拔参赛队。2 竞赛主题本届FLL挑战赛的主题为“关爱老人”。请铭记在心：你热爱老人，你也会成为老人。“关爱老人”挑战赛涉及到直接或间接、当前或未来影响到每一个人的观念。老人们想独立，在他们希望的时间、以他们希望的方式做

2、他们想做的事；他们想有为，感觉被需要，有成就感，有乐趣；他们想不孤独，与家人和朋友保持有意义的联系。老人有来自他们毕生的经验的智慧和想法，问题是越老生活就越困难。体能、速度、灵活性和记忆会丧失，听力、视力和其它官能会下降，这是难以避免的。健康问题悄悄而至，挚爱的人逝去。我们能用新技术做点什么？在“关爱老人”的机器人比赛中，你和你的机器人将涉及一些关于独立、有为、不孤独的挑战和活动。有些事并不需要老人亲历亲为，但有的事做起来很难，有的事较容易。注意那些事难在哪里，设计你的机器人来做这些事，设想一下你能为你热爱的老人或将来的你自己进行什么创新的技术设计，使生活变得更容易。老龄社会问题有些是在我们不

3、经意的情况下发生的，有些则是人为的。近年来频发的老年人安全事件应该引起我们对老龄化问题的足够重视了！3 比赛场地与环境3.1 场地图1是比赛场地。一张印制的场地膜上散布着多种任务模型。有些任务模型是用子母扣固定在场地膜上的，在整个比赛期间，机器人不能挪动它们的位置，只能对模型上的可动部件进行操作；还有些模型是散放在场地膜上的，机器人在完成任务时通常是要让它们或带它们回到基地的。图1 比赛场地3.2 赛台3.2.1 赛台是进行机器人比赛的地方。3.2.2 单个赛台的内部尺寸长为1143mm、宽2362mm，四周装有边框，高为77mm13mm，厚度为38mm，赛台底板厚度为18mm，如图2所示。边

4、框内侧为黑色。3.3.3 场地底板上铺有亚光场地膜，底色为白色。场地膜上画有基地，比赛用的部分模型则布置在场地膜上。场地膜（含黑边）的尺寸为1140mm、宽2350mm。场地膜紧贴北面和东面的边框。参赛队在设计机器人时必须充分考虑到场地膜的误差。3.2.4 比赛时两张赛台背靠背放在一起，如图2所示。两支参赛队各占一张赛台。参赛队员面向赛台时，赛台左西右东，场地膜上有一个表示方向的标志。3.2.5 场地上物品较多，比赛期间，参赛队和裁判员要共同维护好场地的秩序。参赛队可以把基地内当前不动或机器人不用的物品放到基地外，只要这个动作不具有任何策略性。物品也可由赛台旁两名队员之一拿在手里或在盒子里。如

5、因其它原因而非机器人的动作使模型断裂、失效、移动或被激活，如果可能，裁判员应尽快将它恢复。3.3 基地场地膜的西南角有一块基地。基地是垂直向上延伸的基地区周边（包括边框的内表面）和一个40cm高的虚拟天花板组成的盒子，如图3所示。如果场地膜的尺寸有误差（一般是略小），不能与边框相配，则优先保证场地膜的东、北边缘与边框贴紧。基地是一个空间而不是平面。基地是机器人准备、启动和必要时维修的地方。3.4 任务模型3.4.1 显示屏场上有大、小两个显示屏。大显示屏用3个子母扣固定在场地膜的中西部，小显示屏用4个子母扣固定在场地膜的东北部。标记上的粗线表示屏幕的方向。比赛开始前小旗是倒下的，如图4所示。图

6、4 显示屏3.4.2 被子两床蓝色被子用5个子母扣，另两床橘黄色被子用6个子母扣，固定在场地膜西北角接近方向标的地方，如图5所示。场地膜上露出的黑色标记为“缝被子”任务的目标区。基地中还有蓝色被子和橘黄色被子各两床。图5 被子3.4.3 花园花园模型只用2个子母扣固定，不用管图6左边用一个白色圆环框住的子母扣标记。场地膜上棕色的标记表示模型上的棕色方箱。基座上花的数量、形状和位置不很严格，方箱内装的东西也不严格。露出的白色区域为“种花”任务的目标区图6 花园3.4.4 火炉火炉用4个子母扣固定，放置时要注意使炉子上的两个红色火头与场地膜上的标记一致，如图7所示。火炉一侧有一根黑色拨杆，翻转18

7、0，可使火头全黑。图7 火炉3.4.5 合作模型表示合作的模型用4个子母扣固定在场地膜北面中部的标记上，比赛开始前，模型上的标杆要向东倾斜，如图8所示。图8 合作模型3.4.6 宠物狗宠物狗模型由一个带滑板的狗和一个推动机构组成，后者用5个子母扣固定在场地膜上，如图9所示，不用管图中用白色圆环标记的子母扣标记。把灰色圆盘完全向东拉出，滑板要准确地放在标记线之间，与南面的撞锤紧密接触。只能用推/拉灰色圆盘的方法触发和恢复模型。图9 宠物狗3.4.7 健身器健身器用4个子母扣固定在场地膜南面中部，如图10所示，不用管图中用白环表示的两个子母扣标记。健身器上有3个红灯、6个绿灯。比赛开始前，拨轮的红

8、色叶片向上，并且指针对准第三个绿灯。拨轮每次可转动90，每转动6次才能从一个灯指向另一个灯。拨轮可向两个方向转动，一是加分（机器人面向拨轮，顺时针转动），另一个是减分。 图10 健身器3.4.8 举重机举重机模型用8个子母扣固定在场地膜东南角，如图11所示，不用管图中用白环表示的两个子母扣标记。重锤向下，棘轮止回杆朝向东。抬起西侧的握杆，可使重锤上升，止回杆卡住齿轮，使重锤保持在升起的位置。东侧的两个红色的标记用来判断重锤的高低。图11 举重机3.4.9 灯架灯架用4个子母扣固定在场地膜中东部，如图12示，不用管图中用白环表示的三个子母扣标记。一个环在灯架上平板中央。下面的吊环与灯架的白色立板

9、平行，上面的吊环转90。吊环应垂直且不应变形。图12 灯架3.4.10 桌椅图13 桌椅桌子用4个子母扣固定在场地膜上。椅子要对正其标记，如图13所示。比赛开始时，椅子是被“损坏”的，分为大、小两个相连的部件，小部件的南边摆向西。两个黑色的连接销在小部件上，只有北面的那个销子插在大部件上。3.4.11 保龄球瓶6个保龄球瓶要准确地放在标记上，如图14所示。 每次恢复场地时都要检查排列是否整齐。保龄球在击打球瓶前必须完全被机器人释放且除与场地膜接触外不能与其它任何物品接触。图14 保龄球瓶3.4.12 药瓶图15 随机排列的药瓶1个绿色药瓶和3个橘黄色药瓶准确地放在两条标记线之间，但颜色的顺序是

10、随机的，而且是沿着标记的长度方向上间隔不等地放置的，吊环应垂直且不变形，如图15所示；它们之间的间隔至少要有一个药瓶的宽度，白色的标签向南，如图16所示。图16 药瓶的间隔和朝向3.4.13 球架一个球架模型用4个子母扣固定在赛台北面中部，东、西两侧的滑道呈V字形。球架是两个背靠背的赛台共享的，子母扣分列两边。如果只有一个练习用的赛台，这个模型就要伸出一半，在赛台外侧可能需要垫些木板保持均衡。球的放置如图17所示，比赛开始前，中球是黄色的，红球和蓝球各3个，按颜色分开，自己一方的球在西侧滑道上。球架的每一边都有一根灰色的推杆。向东推动推杆一次，就可使中球落下球架，推杆复位时，原来在西侧滑道上的

11、一个球（即自己的球）就会替补落下的中球。图17 球架3.4.14 楼梯、平台和斜面楼梯用8个子母扣固定在赛台中部，如图18示，不用管图中用白环表示的两个子母扣标记。平台的固定器和斜面分别用2个和8个子母扣固定在场地膜上。平台被固定器卡住，可向北或向南倾翻，但不滑动。平台与楼梯和斜面之间均有间隙，与斜面的间隙较大，但平台应与楼梯和斜面对准。图18 楼梯、平台和斜面3.4.15 基地中的模型基地中放有4床被子、1盆植物和1个黄球，如图19所示。如何放置没有关系，因为基地中的物品可以随时放到别的储存盒中。图19 基地中的模型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

12、场环境的不确定因素较多，例如，场地膜下面有纹路和不平整；场地膜本身有皱褶；尺寸有误差；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 机器人和器材本节提供设计和构建机器人的原则和使用器材的要求。机器人在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。4.1 参赛的机器人必须使用LEGO NXT或RCX控制器以及配件或附属装置。安装方法可以是压装或松配合。脱离机器人的物体不属于机器人的一部分。4.2 竞赛用到的每种器材必须使用原始出厂状态的LEGO元件制作，导线和软管可以剪成需要的长度。4.3 除不允许用发条/回力“马达”外，对非电气LEGO元件的数量及来

13、源没有限制。气动元件是允许的。4.4 所用的电气元件必须为LEGO生产的正规MINDSTORMS型元件。参赛报名结束后，不符合此要求的参赛队会被取消参赛资格。4.5 只允许参赛队使用三个电机。例如，如果你的机器人上有三个电机，就不能再把其它电机带到比赛区，即使该电机只是用于配重或装饰或放在场外的盒子里。再如，如果你的机器人上有两个电机，但是你有多个附属装置要用电机带动，你必须设计一种方法将第三个电机从一个附属装置取出迅速装到另一装置中。4.6 对使用的传感器数量不再有限制。但只能使用接触传感器、光电传感器、颜色传感器、转角传感器和超声传感器。要注意的是，LEGO专卖店销售的或贴有LEGO标志的

14、传感器不一定是LEGO生产的。允许使用的传感器的外形如图20所示。图20 允许使用的传感器4.7 LEGO导线和转接线可以随意使用。4.8 在准备区可以有备份/替换的电气元件。4.9 不允许将计算机带入比赛区。不能在比赛区内给机器人下载程序，可以在准备区中进行。4.10 无论在何处，不允许使用有遥控功能的物品。4.11 只允许在机器人的不外露位置使用辨别身份的标记。4.12 不允许使用油漆、胶带、胶水、油等。4.13 除了可按LEGO说明书使用LEGO的不干胶标签外，其它标签均不可使用。4.14 注意，在单场比赛中使用多台机器人是违规的，但是，在不同场次的比赛中可使用不同的机器人。4.15 如

15、果机器人违反本规则且无法纠正，裁判长可以决定它如何参赛，但此机器人不能获奖。4.16 可以使用LEGO MINDSTORMS、RoboLab或NXT软件（任何版本）给机器人编程。允许使用由制造商（LEGO和NI公司）提供的补丁、插件和新版本软件。不允许使用工具包（LabVIEW）、基于文本的编程软件或“外部”软件。5 任务说明5.1 机器人要完成的任务有14种。有的任务有两种用“或”连在一起的得分条件，它们是二选一的，对于任务所涉及的某个模型来说，它不可能既满足这个得分条件，又满足那个得分条件，只能得到一个分数；有的任务有两种用“及”连在一起的得分条件，它们是二合一的，有可能被同时满足，得到两

16、个分数。每种任务相应的分值如表1所示。表1 任务说明任务名称涉及的模型任务内容及得分条件分值修理桌椅桌子和椅子机器人把椅子带回基地，用手修好它，还可以用机器人把椅子送回桌子下面椅子在基地里15分或，椅子某一部分在桌子下25分拿药药瓶机器人从随机排列的药瓶中把绿色药瓶拿回基地，不影响橘黄色药瓶的原有位置25分喂养宠物宠物狗机器人只能推动模型上的灰色圆盘，使宠物狗回到基地20分打保龄球基地的黄球和保龄球瓶机器人释放出黄球击打保龄球瓶。如果球瓶没有一次全中，还有第二次机会15个球瓶倒下7分/个或，6个球瓶全倒60分举重运动举重机机器人抬起举重机模型西侧的握杆，使重锤升起重锤未完全高于标记15分或，重

17、锤完全高于标记25分灭掉炉火火炉机器人使火炉模型上的4个火头全黑25分种花植物和花园机器人把基地中的植物模型带到花园，使植物的基座接触白色目标区25分视频呼叫显示屏机器人使显示屏旁的小旗一直立起20分/面缝被子蓝色和橘黄色被子机器人把基地中的被子带到目标区蓝色被子接触其黑色目标区15分/床及，橘黄色被子接触其黑色目标区30分/床健身运动健身器机器人每次将拨轮转动90，在两次转动之间机器人必须至少完全回基地一次详见表2灵活性训练灯架机器人把灯架上的黄环带回基地20分/个过桥楼梯、平台和斜面比赛结束时，机器人登上楼梯和斜面之间的中央平台并只与平台接触，除场地膜和机器人外，中央平台不与其它物品接触中

18、央平台倾翻45分或，中央平台保持平衡65分合作合作模型机器人使自己一方的标杆与对方的标杆平行，不考虑两杆的指向45分球类游戏球架机器人只能用推杆的方法使球架上的球每次落下一个比赛结束时留在球架上球的总数10分/个及，自己的球在球架中央60分注：。健身运动的得分取决于健身器上指针的位置，详见图21和表2。拨轮每转90，指针只能转3.75。拨论转6次，指针才能从一个灯转向另一个灯。图21 健身器上的指针位置表2 健身任务的得分指针位置得分指针位置得分指针位置得分指针位置得分9-01186-51034-4502-3-158-51176-41004-3452-2-208-41166-3974-2402

19、-1-258-31156-2944-1352-0-308-21146-1914-0301-5-358-11136-0783-5251-4-408-01125-5753-4201-3-457-51115-4723-3151-2-507-41105-3693-2101-1-557-31095-2663-151-0-607-21085-1633-007-11075-0602-5-57-01064-5552-4-10注：。从6-0到6-1，得分有13分的跳跃，这不是印刷错误。5.2 机器人从基地出发，出去走一圈或多圈，每次完成一个或多个任务。5.3 完成任务不必按照某种特定的顺序，可以反复尝试完成某个

20、任务（打保龄球任务最多只能试两次），但场上物体不会按照参赛队员的要求归位。5.4 完成任务的结果必须一直保留到比赛结束，即，所要求的结果在场上仍能看到，这是得分的必要条件。机器人要完成的任务虽然是独立的，但是，如果在完成任务B时破坏了已经完成过的任务A的得分条件，任务A将不能得分。5.5 理论上的最高得分为723分。6 比赛6.1 赛制FLL机器人工程挑战赛不分组别。比赛不分初赛和复赛，每支参赛队有23次(注：具体比赛次数未定，届时视我市参赛队数及时间安排情况再做决定)与不同对手比赛的机会。各参赛队按事先排定的顺序进行比赛。所有场次的比赛结束后，剔除每个参赛队的一次最差成绩，取其余场次得分之和

21、作为该队的总成绩（如每支参赛队只有2次与不同对手比赛的机会，该参赛队最好的一次成绩将作为该参赛队的总成绩）。按总成绩对参赛队排名。6.2 参赛队6.2.1 每支参赛队可以由2名学生和不超过2名教练员组成。学生必须是截止到2013年6月仍然在校的学生。每场比赛中2名队员面向赛台，教练员不得站在赛台旁。6.3 比赛过程6.3.1 赛前检查参赛队的机器人在比赛前需要接受裁判员的检查，检查内容包括器材来源、机器人安全性等。6.3.2 赛前准备6.3.2.1参赛队准时到场参赛后，至少有一分钟时间去准备和安排未加电的机器人以及将要移动和使用的物品。6.3.2.2 参赛队必须使用比赛提供的任务模型，不能携带

22、自己的模型到竞赛区。参赛队员与裁判员一起核查赛台上的模型的数量和位置。6.3.2.3 赛前准备中，参赛队不能为满足自己的需要而拆下任务模型，把任务模型固定到机器人上，把任务模型相互连接，将任何东西固定到任务模型上，为策略的需要接触基地外的任务模型，以及在竞赛区附近下载程序。6.3.2.4 在准备时间内，参赛队员可以在基地外校准光电传感器。6.3.2.5 在准备启动时，机器人必须在启动位置不动，参赛队员不能接触机器人和将要移动或使用的任何物品。机器人的任何部分以及将要移动或使用的任何物品必须完全纳入基地，不允许任何东西超出虚拟的基地空间，如图22所示。机器人可以（但不要求）与将要移动或使用的物品

23、接触。图22 启动位置6.3.2.6 准备一台尚未加电的机器人时，参赛队可以用自己准备的策略物品（为了策略的需要而准备的物品，不是机器人）使它对准某个目标，但是在机器人启动前，必须松开策略物品。6.3.2.7 完成准备工作后，队员应向裁判员示意。6.3.3 启动6.3.3.1 裁判员确认两个参赛队均已准备好后，将发出“5，4，3，2，1，开始”的倒计数启动口令。随着倒计时的开始，操作手可以用一只手慢慢靠近机器人，听到“开始”命令的第一个字，操作手可以触碰一个按钮或给传感器一个信号去启动机器人。6.3.3.2 负责启动机器人的参赛队员对机器人所做的唯一动作是让程序运行。在倒计时期间，参赛队员不能

24、触摸机器人或将要使用或移动的物品。如果触摸了，裁判会重新开始倒计时。6.3.3.3 在“开始”命令前启动机器人将被视为“误启动”并受到警告或处罚。6.3.3.4 一旦比赛开始，不得以任何理由中断或暂停比赛。6.3.4 对比赛动作的规定6.3.4.1 一般来说，完成任务并不需要使用特定的方法，也鼓励参赛队自由创造。但是，如果规则要求用某种特定方法完成某个任务，就必须用那个方法，否则裁判不认为是完成任务。6.3.4.2 不允许将任务模型与其它物品（包括另一个任务模型）不合法地连接。任务模型与其它物品的合法连接应满足以下条件：握住其中一个（如果二者不同，则握住较重者）轻轻晃动，另一个会因重力而完全分

25、离。如有不合法的连接，裁判员将不允许机器人启动。6.3.4.3 机器人一经启动，就被认为是“活动的”，这种状态一直保持到参赛队员下一次触碰机器人或任何模型或正在移动或使用的物品。发生上述接触动作时，机器人就立刻被认为是“不活动的”，如果它不在基地，就必须拿回基地调整、重新配置并准备重新启动。6.3.4.4 如果接触活动的机器人时它正在策略性地移动某个模型或策略物品，正在被移出基地的物品随机器人一起拿回基地，继续使用；裁判员将把那些在基地外遇到的物品拿出场地，不再使用。6.3.4.5 只有在显然是要让机器人出基地的时候，参赛队员才可以将要移动的物品完全放到基地里，让活动的机器人与它相互作用。然而

26、，把物品放到活动的机器人上，被认为是间接接触，必须重新启动。6.3.4.6 不管因为什么原因而重新启动，应按照6.3.2.5的要求在基地内摆放机器人与物品。6.3.4.7 如果未被接触的活动机器人与所移动或使用的物品脱离了接触，则该物品应留在原地，直到机器人重新与它接触。这类物品不能用手去恢复。6.3.4.8 被活动机器人改变了的场地状态，不能恢复。参赛队员接触活动的机器人时，机器人必须立即停止。如果在机器人停止期间改变了场地状态，裁判会尽力恢复。如果无法恢复场地，就只能保持“原样”。本届比赛中，可以从场上拿走的物品只有从球架上掉落的球和用过的黄色保龄球。6.3.4.9 比赛可能会有一些偶然的

27、事故导致场地的状态发生变化。如果裁判员觉得不难恢复，就立即恢复原状；否则不予恢复。如果场地状态的变化是参赛队的过失造成的，变化导致的得分无效，变化导致的扣分有效；如果场地状态的变化不是参赛队的过失，参赛队将在得分上获得从宽的裁决。例如，A队把球架中央的球推落时，球落在B队场上，继续滚动后撞倒了保龄球瓶，B队可以因此得分。6.3.4.10 基地内可得分的任务模型或物品，应一直在裁判员视线之内。6.3.4.11 在比赛过程中，对于显然不是故意损坏而导致脱落的机器人零件，参赛队可自行或请求裁判帮助先移出场外，在机器人回到基地后，可将脱落的零件恢复。6.3.4.12 参赛队的机器人不能以任何方式干扰对

28、方的机器人、场地或策略。但本届比赛中，对球架和合作模型的任何操作及其结果不被认为是干扰。6.3.4.13 只要机器人（或与它接触的物体）的某一部分进入基地就可以用手将它们拿到基地里。但是，对这个机器人上所携带的从基地外拿回的任务模型，要按6.3.4.4处理。如果机器人进入基地里的仅是一条绳索、软管、导线、管子、链条或其它显然是为了伸展机器人而设计的配件（非机器人主体），就不认为机器人的某一部分进入了基地。6.3.4.14 如果机器人停在即将获得一个任务得分的状态，即使策略性地拿回机器人，这个任务也不能得分。6.3.5 比赛结束6.3.5.1 每场比赛时间为150秒钟，裁判员以哨音结束比赛。此后

29、，参赛队员应立即停止活动的机器人。因停止不及时造成的得分无效。在裁判员确认得分前，任何人不能触碰和移动场上的得分物品和改变得分状态。6.3.5.2 裁判员记录场上状态，填写记分表。参赛队员应确认自己的得分，协助裁判员恢复场地，立即将自己的机器人搬回准备区并注意不要带走任务模型和比赛用物品。6.3.5.3 裁判员或志愿者将任务模型和物品恢复到启动前状态。6.4 确定获胜队6.4.1 每场比赛后，参赛队的最终得分为各种动 图23 对机器人和携带物品进入基地的判断作的得分扣除罚分，按最终得分多少确定胜负。6.4.2 挑战赛结束后，每支参赛队以其场次的得分总和排名。如果出现局部并列的情况，以参赛队所用

30、时间多少确定先后；如果仍然并列，由裁判长根据参赛队的场上表现确定先后。7 记分7.1为减少比赛期间的争议，该场比赛结束后只根据当时场地上的情况来判定得分。比赛结束时，裁判会仔细检查赛场并记下物品的状态和位置。这就是说，如果已经完成的任务被机器人在比赛结束前破坏了，就无法得到该分数。7.2 对于每项已完成的任务所记的分数，参见“5 任务说明”一节。图24 “里面”的判断7.3 判定得分时，常常要判定某物品是否在某区域“里面”，判断标准是如果A的任何一部分覆盖B区域，A就在B的“里面”，如图24所示。直接接触也没有关系。容器中的物品要单独裁定，与容器无关。7.4 有时，还需要判定某物品与机器人、任务模型或另一物品是否接触。如果A与B直接接触，就是A接触了B，如图25所示。图25 “接触”的判断8 犯规和取消比赛资格8.1未准时到达的参赛队，每迟到1分钟则判罚该队10分。如果比赛开始2分钟后参赛队仍未到场，该队将被取消比赛资格。8.2 第一次误启动的参赛队将受到裁判员的警告，第二次误