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机器人比赛的策略分析及辅导技巧

时间:2022-04-01 08:21:04 浏览次数:

Botball国际机器人大赛是一项起源于美国麻省理工大学(MIT)的教育机器人活动。由于与STEM(科学、技术、工程、数学)理念高度契合,这项活动由最初的本科学生竞赛活动逐渐转变为以中学生教育为主的国际机器人竞赛。该项活动在设计内容时依据了美国国家科学教育标准,以培养学生的科学素养和探究精神为宗旨。这项比赛与其他机器人比赛有着明显的不同之处。比如,它基于多种传感器来制作自主机器人,并限制使用遥控等远程控制;它完全以学生为活动主体,在比赛期间,成年人不允许进入准备区;它的器材可以重复使用,以达到长期教育的目的……另外,它的赛制也很特别,分为种子赛、淘汰赛和联队赛,最后还会安排一个几分钟的技术答辩环节。我们参加的是2014年Botball中国区域赛机器人辅助康复任务,其场地如下图所示。

● 机器人搭建策略

在机器人的整体搭建中,我们以一个Link控制的Create为主体,搭建的大车,主要包括Link、Create和三个机械臂。大车负责在高处作业,包括挂衣架,并将货架上的橙色立方体和黄色立方体打到己方区域,也会顺便把小球推进下层仓库。当然,如此搭建大车,必然会对相关的任务做出取舍,我们主要舍弃了以下两项任务:将整理架低处的蓝色衣架挂到高处;将绿色和橙色小球进行分类后分别放在仓库上下两层。另外,我们在离手前的90秒准备时间内需要将衣架挂到机械臂上。

我们以另一个Link控制乐高积木为主体,搭建的小车主要包括Link、摄像头、一个机械臂和一个机械手。小车负责低处作业,包括将蓝色立方体推至精确操作区旁,抓取Botguy并将其放到蓝色立方体上,将橙色立方体放进精确操作区的橙色圆柱体内,将黄色立方体放到精确操作区内。对于搭建的小车,我们舍弃了将黄色立方体放进黄色圆柱体的任务。

● 种子赛策略

所谓种子赛,就是没有对手的比赛,每支队伍一共参加三轮种子赛,最终得分是分数较高的两轮种子赛得分的平均分。每轮种子赛的得分是场地两边的分数之和,也就是己方场地得分加上对方场地得分(虽然没有对手,但是机器人有可能将自己的得分棋子打到对方得分区的)。对于一支参赛队伍来说,种子赛第一轮是第一场正式比赛。因此,一定要注意观察机器人在比赛各个环节中的表现,这样便于在后续的比赛中调整策略。

我们在第一轮的表现差强人意,大车基本完成了任务,将衣架挂在了整理架上,将橙色和黄色立方体打到了己方区域,但是并没有将小球推进仓库。而由于失误,小车并没有启动。针对这种情况,学生在第二轮并没做技战术方面的调整,只是将小车的程序测试了几次,以保证其能正常启动。在第二轮比赛中,多数队伍都摆脱了第一轮的0分窘境,发挥趋于正常,但还是没有将失误减少到0。如何尽量减少失误?这是第二轮比赛结束后急需解决的问题。我们队伍的几位学生经过短暂而有限的几分钟讨论,确定了第三轮的策略,那就是求稳。经过种子赛,学生们最初设想的能够得到几百分,但最终下来只得了几十分,理想与现实的差距往往能使学生迅速认清自己。

● 淘汰赛策略

淘汰赛的规则是两队竞赛,胜者晋级,败者淘汰,但是被淘汰的队伍可以获得参加联队赛的资格。淘汰赛采取三局两胜制,并且得分不影响排名,即不论队伍得分多少,只要有两轮比赛得分比对手高,就可以晋级。因此,淘汰赛有着特殊性,比赛中如何干扰对手?如何防止对手干扰?如何在这种情况下保证得分高于对手?这就要求参赛队伍必须与对手斗智斗勇。

淘汰赛的第一轮,大家都不知道对手的策略,所以只能考虑如何去干扰对手,而无法考虑如何防止对手干扰。如何去干扰对手?大家都不约而同地想到了拖链(IGUS),利用小车在抓取Botguy时直接把拖链扔到对方场地,希望对方的机器人能够被拖链卡住。实践是检验真理的唯一标准,通过实践,我们发现并没有想象的那么简单,因为很难使小车将拖链扔到理想的位置,甚至会因失误将拖链掉落在己方场地,这就会酿成灾难性的后果。针对这个问题,我们在第二轮的比赛中改进了方法,将拖链缠在小车上,利用360度舵机将其像传送带一样传送到对方场地。这样的做法保证了拖链能够稳定地放在对方场地的固定位置,付出的代价则是消耗了大量的时间,使小车无法完成得分任务。所以这就需要一个权衡,是自己得分,还是阻止对手得分的问题。当然,具体问题具体分析,要根据对手的策略做出合理的选择。在第三轮比赛,我们再次做出改变,不去阻止对方得分,只专注于自己得分,这样做的前提是,不要被对方干扰到。经过淘汰赛,我想学生已经明白了,对抗与淘汰中最重要的并非最初制定的策略,而是能够根据对手做出策略的改变,也就是临场应变。

● 联队赛策略

在淘汰赛中遭到淘汰成就了我们一次参加联队赛的机会。所谓联队赛,就是在淘汰赛中被淘汰的队伍中,两支队伍组成一支联队,两支队伍通过合作完成任务,最终得分为两支队伍得分之和。在比赛时,两支队伍可以将机器人放到同一半场内的启动区,也可分别放于两个半场的启动区。联队赛不同于淘汰赛的、也是最重要的地方在于,两支队伍在比赛中不仅不要相互干扰,而且要通过合理的分工配合完成任务,以便得到更多的分数。其实,联队赛不仅又给了被淘汰队伍一次比赛的机会,而且在这种队伍之间的临场配合方面也培养了学生的沟通交流能力。

联队赛只有一轮比赛,两支队伍在一起商讨策略的时间也是非常有限的。在短暂有限的时间内,对机器人做改装显然是来不及的。我们需要做的便是探讨如何取长补短,合理使用双方机器人。其实,双方队员在一起讨论这些还是很有效率的,很快大家都根据需求将自己的机器人改造好(就是拆掉没用的部件)。经过联队赛,学生会发现交流与合作的重要性,合理运用各自机器人的优势并形成有效配合则是关键。

作为一项工程挑战赛,Botball大赛在策略设计时有着明显的工程教育色彩,其特点主要有以下几条:第一,明确性。作为一项工程,一定要有明确的目标,也就是要确定最后的机器人具有哪些功能,需要完成哪些任务,以便于提升团队合作的效率。第二,实践性。在设计搭建机器人过程中,一定要不断地通过实践来检验机器人每一项功能都可完成,并确保最终各个功能的配合完成。第三,综合性。不论是机器人搭建和编程中所需要的各学科知识,还是在团队合作中的管理学技巧,都是在策略设计中需要考虑的综合性问题。第四,创新性。在策略设计时,应该考虑机器人在完成既定任务的基础上如何进行创新。

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