České Vysoké Učení Technické v Praze | Fakulta Elektrotechnická | Katedra řídicí techniky EN | CZ

Zadání soutěžní úlohy - Mobilní most

Cílem úlohy je sestavit a naprogramovat robot tak, aby samostatně bez jakékoliv další pomoci (ovládání robota pomocí hlasu, bluetooth či jiných komunikačních kanálů není dovoleno) jel po přímé dráze, našel „koryto řeky“ (otvor-příkop v celé šířce dráhy) přes kterou položí mobilní most, přejede po něm na druhou stranu, mobilní most si sebere a v co nejkratším čase s ním dojede do cíle.

Vybavení pro řešení úlohy

Každý tým může použít při řešení soutěžní úlohy pouze díly ze základní soupravy LEGO® MINDSTORMS® Education (9797), soupravy technických dílů (9648 nebo 9695) – doplňkové pasivní díly, síťový adaptér (9833 nebo 8887) a jednoosý gyroskopický senzor (1044).

Konstrukce robota

Ke konstrukci robota lze využít pouze dílů z výše uvedených stavebnic. Za díly z dané sady lze považovat pouze takové díly, které jsou uvedeny na seznamu obsahu příslušné sady (vyobrazeny na kartách příslušných setů - viz obrázek 7 a obrázek 8). Každý robot smí být sestaven z dílů obsažených právě v jedné sadě 9797 a jedné sadě 9648 nebo 9695. Použití vázacích pásků a obalů, s nimiž jsou sady dodávány, není přípustné. Díly stavebnice mohou držet pohromadě pouze pomocí standardních spojovacích prvků LEGO.

Robot by neměl mít větší půdorys než 30cm (délka) x 40cm (šířka). Výjimkou je rozměr mobilního mostu, který je umístěný na robotu. V odůvodněných případech může být k soutěži připuštěn i robot porušující tuto podmínku. O této výjimce rozhoduje organizátor soutěže Dr. Hlinovský. Týmy musí včas (alespoň 7 dní před soutěží) požadavek na překročení rozměrů oznámit.

Za žádných okolností není přípustné vybavit robot zařízením zajišťujícím předčasné protnutí cílové čáry za cenu změny jeho půdorysu, který měl na startu.

UPOZORNĚNÍ: Použití lepidel, šroubů a jiných spojovacích materiálů není povoleno.

Programování robota

V rámci řešených úkolů a soutěže je povoleno využít libovolného programovacího jazyka k naprogramování NXT kostky (řídicí jednotka LEGO® MINDSTORMS®). Pokud bude změněn firmware řídicí jednotky, je nutné dbát na to, že při odevzdání musí řídicí jednotka opět obsahovat standardní firmware LEGO® MINDSTORMS®. Při programování NXT kostky a testování robota lze využít k napájení akumulátor, vlastní baterie nebo síťový adaptér. Při vlastní soutěži je možné použít pouze akumulátor nebo baterie!

Soutěžní dráha

Soutěžní dráha je přímá, ale její povrch není vodorovný. Povrch na začátku stoupá a na konci naopak klesá s maximálním sklonem 15%. Klesání a stoupání je vždy ve směru osy dráhy. Celková vodorovná délka dráhy, kterou bude robot projíždět je 450cm a šířka 40cm. Dráha se skládá z jednotlivých unifikovaných segmentů o půdorysu 30x40cm (délka x šířka). Jeden z možných příkladů sestavení dráhy je na obrázku 1. Přehled všech dostupných typů segmentů a jejich orientačních rozměrů dává obrázek 2. Jednotlivé segmenty jsou vyrobeny z umělé hmoty (PSH deska – houževnatý polystyrén tloušťky 5mm) s hladkým nelesklým povrchem (viz obrázek 3). Podkladem dráhy, na nějž budou umístěny jednotlivé segmenty, je laminátová deska o rozměrech 4500 x 400 x 18 mm ohraněná bočními lištami s výškou 27mm.

Na začátku dráhy bude vyznačeno startovní pole tvořené vodorovnou plochou odpovídající jednomu segmentu dráhy, do kterého musí být umístěn robot před startem. Za tímto startovním polem budou následovat trojúhelníkový segment a lichoběžníkový segment, které robot přivedou na vodorovnou dráhu tvořenou obdélníkovými segmenty s výškou 15cm. Na všech obdélníkových segmentech s výškou 15cm bude nakreslena černá čára ve směru dráhy (bude použita černá izolepa s tloušťkou 10 až 20mm). Čára bude umístěna ve středu dráhy. Tato černá čára by měla robotu pomoci v orientaci na dráze, při pokládání mobilního mostu a při jeho zvedání. Za vodorovnou dráhou tvořenou obdélníkovými segmenty s výškou 15cm budou následovat lichoběžníkový a trojúhelníkový segment. Na vlastním konci dráhy pak bude vyznačené cílové pole tvořené vodorovnou plochou odpovídající jednomu segmentu dráhy.

Obrázek 1: Jedno z možných uspořádání dráhy

Obrázek 2: Typické moduly z nichž bude poskládána dráha (1 – obdélníkový, 2 – lichoběžníkový, 3 – trojúhelníkový)

Obrázek 3: Fotografie obdélníkového, lichoběžníkového a trojúhelníkového modulu

Na dráze bude modelována jedna, nebo více řek, které je nutno překonat. Koryto řeky bude tvořeno otvorem-příkopem v dráze o velikosti jednoho segmentu (30cm x 40cm). Dno příkopu tvoří světle modrá vodorovná plocha, která představuje hladinu řeky. Šířka překonávané řeky bude vždy 30cm. Hladina řeky je pod úrovní dráhy více jak 10cm. Kolmé stěny svírající hladinu řeky jsou jejími břehy.

Při sestavování dráhy budou dodržena tato omezení:

  • Před prvním korytem řeky bude dráha vodorovná nejméně v délce 60cm (2 obdélníkové segmenty).
  • Mezi dvěma koryty řek bude nepřerušená vodorovná dráha v délce 60 cm (2 obdélníkové segmenty).
  • Za poslední korytem řeky na dráze bude následovat minimálně 60cm vodorovné dráhy (2 obdélníkové segmenty).
  • Pravidla průjezdu dráhy

    Úkolem robota je jet po dráze a najít koryto řeky na této dráze přes kterou položí mobilní most, přejede po něm na druhou stranu, mobilní most naloží a v co nejkratším čase s ním dojede do cíle. V cestě však může být další řeka, kterou je nutno překonat stejným způsobem. Na začátku soutěžící umístí robota do startovního pole a spustí ho. Robot lze do startovní pozice položit ručně a na povel startéra spustit stiskem tlačítka (bez posunutí robota). Robot se po zahájení soutěžní jízdy musí pohybovat samostatně, ovládání robota pomocí hlasu, bluetooth či jiných komunikačních kanálů není dovoleno. V případě porušení pravidel je tým okamžitě diskvalifikován v dané rozjížďce.

    Před začátkem jízdy musí být robot umístěn tak, aby žádná jeho část nepřesahovala startovní čáru. Pro tyto účely se startovní čarou rozumí hrana startovního pole směrem k dráze, která je kolmo promítána směrem vzhůru.

    Protože budou probíhat paralelní závody vždy dvou robotů, vítězem bude ten robot s mobilním mostem, který jako první protne cílovou čáru vyznačenou na kraji cílového pole, které je poslední ve směru jízdy.

    Maximální čas trvání jízdy je stanoven na 3 minuty. Po překročení tohoto času je robot diskvalifikován v dané rozjížďce

    Jízda bude ukončena dříve pokud:

  • Robot opustí dráhu a není schopen bez pomoci pokračovat.
  • Robot se dotkne jakoukoliv svojí částí (včetně mobilního mostu) předmětu mimo dráhu (stůl apod.).
  • Robot se dotkne jakoukoliv svojí částí lišty tvořící boční hranu základní laminátové desky.
  • Robot se dotkne jakoukoliv svojí částí (včetně mobilního mostu) hladiny řeky.
  • Při překročení definovaného maximálního času pro průjezd dráhou. Tento čas je stanoven na 3 minuty.
  • Robot není z jakýchkoliv důvodů bez pomoci schopen pokračovat v jízdě na dráze.
  • Pokud je jízda ukončena dříve, než robot projede celou dráhu, bude zaznamenána ujetá vzdálenost. Vzdálenost je dána počtem segmentů (násobky 30cm), které robot celé přejel (celým objemem opustil segment – svisle promítaný půdorys). Roboti, kteří nedokončili celou jízdu, budou hodnoceni na základě ujeté vzdálenosti. Roboti, kteří jízdu dokončí, však budou vždy v pořadí před nimi. Pokud by ani jeden z robotů nedokončil celou jízdu, o vítězi rozhodne ujetá vzdálenost, v případě, že oba roboti ujeli stejnou vzdálenost, pak zvítězí ten robot, který ji ujede rychleji.

    Porušení jakéhokoliv pravidla vede k diskvalifikaci robota v příslušné rozjížďce. V případě prvního náhodného porušení pravidel může být pouze nařízeno opakování rozjížďky.

    Vlastní soutěž

    Vlastní soutěž bude probíhat ve dvou kolech. 60 minut před začátkem prvního kola bude umožněno týmům testovat robota na stejné soutěžní dráze, jaká bude použita v prvním kole soutěže. Mezi oběma koly bude 20 minutová přestávka a v této době je možné vyměnit (nebo dobít) akumulátor či baterie a je také přípustné provést případné změny, opravy či úpravy softwaru nebo mechanické konstrukce robota. Profil dráhy může být mezi koly změněn. Po dobu přestávky bude také možno provádět testování na dráze s výjimkou doby, kdy bude probíhat změna její konfigurace. V době testování robota na sestavené soutěžní dráze před jednotlivými koly není dovoleno provádět jakékoliv explicitní měření rozměrů dráhy.

    1. kolo soutěže

    Před začátkem vlastní soutěže bude všech 32 týmů rozděleno (losem) do osmi čtyřčlenných skupin (označených A, B, C, D, E, F, G a H), ve kterých se utkají dvojice robotů systémem každý s každým. V 1. kole soutěže se postupně utkají vzájemně všichni roboti v jednotlivých skupinách (tabulky pro zápis výsledků jsou na Obrázku 4). Při losu bude dodrženo pravidlo, že v jedné skupině nesmějí být současně dva týmy ze stejné střední školy (pokud bude možné toto pravidlo aplikovat). Souboje dvojic robotů budou probíhat na dvojici totožných souběžně umístěných drah (Obrázek 5)

    Obrázek 4: Tabulky pro zápis výsledků v základních skupinách

    Obrázek 5: Sestavení souběžných drah pro souboj dvou robotů

    Bodování soubojů:

    1. Vítězství bude hodnoceno 2 body. Vítězí ten robot, který dojede jako první do cíle, nebo urazí nejdelší vzdálenost či totožnou vzdálenost urazí nejrychleji.

    2. Pokud oba roboti dojedou současně či urazí za stejný čas stejnou dráhu, dojde k remíze a oba roboti (týmy) budou hodnoceni 1 bodem.

    3. Poražený neobdrží žádný bod.

    4. Pokud robot (kterýkoliv) dorazí úspěšně do cíle, budou mu k jeho bodovému zisku ze souboje připočteny 2 body za úspěšné splnění úkolu.

    Pořadí zápasů:

  • Tým č.1 – Tým č.2, Tým č.3 – Tým č.4, Tým č.5 – Tým č.6, Tým č.7 – Tým č.8, Tým č.9 – Tým č.10, Tým č.11 – Tým č.12, Tým č.13 – Tým č.14, Tým č.15 – Tým č.16, Tým č.17 – Tým č.18, Tým č.19 – Tým č.20, Tým č.21 – Tým č.22, Tým č.23 – Tým č.24, Tým č.25 – Tým č.26, Tým č.27 – Tým č.28, Tým č.29 – Tým č.30, Tým č.31 – Tým č.32
  • Tým č.1 – Tým č.3, Tým č.2 – Tým č.4, Tým č.5 – Tým č.7, Tým č.6 – Tým č.8, Tým č.9 – Tým č.11, Tým č.10 – Tým č.12, Tým č.13 – Tým č.15, Tým č.14 – Tým č.16, Tým č.17 – Tým č.19, Tým č.18 – Tým č.20, Tým č.21 – Tým č.23, Tým č.22 – Tým č.24, Tým č.25 – Tým č.27, Tým č.26 – Tým č.28, Tým č.29 – Tým č.31, Tým č.30 – Tým č.32
  • Tým č.1 – Tým č.4, Tým č.2 – Tým č.3, Tým č.5 – Tým č.8, Tým č.6 – Tým č.7, Tým č.9 – Tým č.12, Tým č.10 – Tým č.11, Tým č.13 – Tým č.16, Tým č.14 – Tým č.15, Tým č.17 – Tým č.20, Tým č.18 – Tým č.19, Tým č.21 – Tým č.24, Tým č.22 – Tým č.23, Tým č.25 – Tým č.28, Tým č.26 – Tým č.27, Tým č.29 – Tým č.32, Tým č.30 – Tým č.31
  • Stanovení pořadí ve skupině:

    Na základě součtu bodů získaných v jednotlivých soubojích daným robotem je určeno pořadí ve skupině. Stanovovat pořadí se bude takto:

    1. Celkovým počtem bodů.

    2. Při rovnosti bodů dvou nebo tří týmů celkovým počtem bodů daných minitabulkou vzájemných soubojů těchto týmů.

    3. Při rovnosti bodů dvou týmů z předchozího bodu minitabulkou vzájemného souboje.

    4. Větším počtem vítězství ve všech soubojích.

    5. Hod hrací kostkou (hozené vyšší číslo vyhrává, v případě rovnosti se hází opakovaně do rozhodnutí).

    2. kolo soutěže

    Do druhého kola postoupí dva nejlepší týmy z každé skupiny, přičemž budou nasazeni do 2. kola (vyřazovacích bojů) podle klíče uvedeného na Obrázku 6, kde A1 je vítězný tým skupiny A, A2 je druhý tým ve skupiny A, B1 je vítězný tým skupiny B atd. Jde o klasické vyřazovací boje, kde jsou vítězové ze skupin nasazeni proti druhým týmům ve skupinách

    Zápas a vítězství v něm

    Ve 2. kole (vyřazovací boje) bude spolu soupeřit vždy dvojice robotů. Dvojce se utká v zápase na dva vítězné souboje. Souboj je rozjížďkou, kdy soupeřící roboti jedou po souběžných drahách stejného profilu a plní zadanou úlohu. Po každém souboji si soupeři prohodí dráhy.

    V souboji zvítězí vždy ten robot, který najde koryto řeky, přes které položí mobilní most, přejede po něm na druhou stranu, mobilní most naloží a jako první s ním dojede do cíle, nebo ten z robotů, který urazí delší vzdálenost na trati než soupeřící robot. V případě ujetí stejné vzdálenosti vítězí ten robot, který danou vzdálenost ujel rychleji. Remíza nastane, když oba roboti ujedou stejnou vzdálenost za stejný čas.

    V případě, že ani 3 vzájemné souboje nerozhodnou o vítězi, budou následovat hody hrací kostkou (vyšší součet bodů ze dvou hodů znamená vítězství). V případě rovnosti se hází do rozhodnutí vždy po jednom hodu za každý tým.

    Obrázek 6: Plán vzájemných zápasů v 2. kole (vyřazovací boje). A1 je vítězný tým skupiny A, A2 je druhý tým ve skupiny A, B1 je vítězný tým skupiny B atd.

    Osmifinále

    Pořadí soubojů:

  • A1 – H2 → vítěz dále I
  • B1 – G2 → vítěz dále J
  • C1 – F2 → vítěz dále K
  • D1 – E2 → vítěz dále L
  • E1 – D2 → vítěz dále M
  • F1 – C2 → vítěz dále N
  • G1 – B2 → vítěz dále O
  • H1 – A2 → vítěz dále P
  • Čtvrtfinále

    Pořadí soubojů:

  • I (vítěz A1 – H2) – J (vítěz B1 – G2) → vítěz dále Q
  • K (vítěz C1 – F2) – L (vítěz D1 – E2) → vítěz dále R
  • M (vítěz E1 – D2) – N (vítěz F1 – C2) → vítěz dále S
  • O (vítěz G1 – B2) – P (vítěz G1 – B2) → vítěz dále T
  • Semifinále

    Pořadí soubojů:

  • Q (vítěz I – J) – R (vítěz K – L) → vítěz dále U, poražený dále W
  • S (vítěz M – N) – T (vítěz O – P) → vítěz dále V, poražený dále X
  • Finalové zápasy

    Nejprve se v boji o třetí místo utkají poražené týmy ze semifinále na 2 vítězné souboje.

  • Souboj: W - X
  • Nakonec se ve finále utkají vítězné týmy ze semifinále na 2 vítězné souboje.

  • Souboj: U - V
  • Obecné ustanovení

    Pokud není uvedeno jinak, vede porušení kteréhokoliv z uvedených pravidel k diskvalifikaci robota v daném souboji. V zápisu bude uvedeno, že v dané jízdě ujel 0 metrů. O dodržení pravidel a diskvalifikaci rozhoduje organizátor soutěže Dr. Hlinovský dohlížející na průběh soutěže.

    Odkazy

  • Webová stránka, na které je možné stáhnout software NXT-G 2.0 (soubor typu iso image)
  • Download "Balíček firmwarů"
  • Webová stránka, na které je možné stáhnout software NXC (test release) a Mindstorms NXT Driver v1.02
  • Informace o programovacím jazyku NXT-G
  • Informace o programovacím jazyku NXC
  • Informace o programovacím jazyku LeJOS-NXJ
  • Video možného řešení připravované letošní úlohy:

    Karty s vyobrazením dílů v základním setu 9797 a v setu rozšiřujících technických dílů 9648 nebo 9695

    Obrázek 7: Karty s vyobrazení dílů v základním setu 9797

    Obrázek 8: Karty s vyobrazení dílů v setu rozšiřujících dílů 9648 nebo 9695