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12016年第十四届福建省青少年机器人竞赛FLL机器人挑战赛主题与规则1FLL机器人挑战赛简介FLL机器人挑战赛是一项引进的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。在福建省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省青少年对机器人技术的兴趣，为全国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“变废为宝”。我们在享受大自然恩赐的丰富资源的同时，产生了大量的废物。如果任由它们充斥在我们美丽的地球，后果是不堪设想的。我们既要减少废物的生成，又要积极地处理那些不得不产生的垃圾。地球人要向垃圾宣战，尽一切可能把它们转变成对我们有用的东西。科学与技术的飞速发展引发了知识与技能的爆发式增长，同时，也造就了很多减少废物的产生和回收、再生、利用废物的新方法。但是，我们现在能利用的废物与时刻在产生的废物相比，还是太少了。我们能充分利用自然界给予我们的宝贵资源吗？是的，肯定能！FLL参赛队员，让你们的创新思维沸腾起来为我们的世界更美好贡献聪明才智吧！在“变废为宝”挑战赛中，你们将研究新的垃圾处理方式。参赛队将认识到如何以这种方式掌握更多、更新的知识和技能。在“变废为宝”挑战赛中行动起来吧！参加挑战赛的孩子们要像科学家和工程师那样去思考。在“变废为宝”机器人比赛中，参赛队将用乐高的MINDSTORM构建和测试一台自主的机器人并编制其程序，完成一系列象征性任务。他们在课题研究中还要选择和解决现实世界的问题。我们希望参与“变废为宝”挑战赛的孩子们在应对科学与技术的发展中表现得自信并与众不同。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（但不绝对）是要让它们或带它们回到基地的。2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77mm±13mm，厚度为38mm，赛台底板厚度为18mm，如图2所示。边框内侧为黑色。组装好的赛台边框内高为77mm±13mm。3.3.3赛台底板上铺有亚光场地膜。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1138mm、宽2353mm。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。为了便于操作，赛台会架高500～650mm。参赛队自己练习时可以只用一张赛台，称为“半台”。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上秩序。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放在盒子里。如因其它原因而非机器人3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基地和安全区场地膜上有一块基地。基地是场地膜西南角一个四分之一圆弧（半径约475mm）和赛台南、西边框内表面垂直向上延伸和一个305mm高的虚拟天花板组成的封闭空间，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南边缘与边框贴紧，东西向居中，基地会略有增大。机器人启动/重启时，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。基地的范围安全区的范围图3基地图4基地和安全区安全区包括基地，并延伸到基地外的黑色圆弧(半径约565mm)，如图4所示。对于安全区来说，没有虚拟天花板，它只是场地膜上的一个平面范围。3.4填埋区、分类区、发运区及收运区场地膜上有四块用白色条带（为了明显，图中涂成红色）划出的区域，它们分别是东南角的填埋区、西北角的发运区、东北角的收运区和中部偏北的分类区，如图5所示。4图5填埋区、分类区、发运区和收运区3.5任务模型本节的图中，照片表示的是模型的放置状态。3.5.1甲烷模型填埋区北侧的标记上，用子母扣固定着一个夹持器。其上松动地放着表示甲烷的两个圆环，朝向如图6所示。图6放在夹持器中的甲烷3.5.2垃圾箱模型图7垃圾箱图8垃圾箱托架垃圾箱共有五种，如图7所示。三种垃圾箱是绿色的，其侧面分别有蓝、黄、黑色标记，以下分别简称为蓝标、黄标、黑标垃圾箱。黄标、黑标垃圾箱放在分类器滑道下方，黄标、黑标朝南；蓝标垃圾箱在滑道东端，蓝标朝东。三个垃圾箱北边斜搁在垃圾箱托架的轴上。托架用子母扣固定在场地膜上。图8所示为垃圾箱托架。托架的较大空档处放黑标、黄标垃圾箱；较小空档处放蓝标垃圾箱。三个垃圾箱侧边上端面可以扣上白色或黑色薄片作为参赛队的标记。自己练习时这个标记不重要，比赛时一个参赛队的垃圾箱上应有白色标记，另一队的垃圾箱则用黑色标记。黑色垃圾箱用子母扣固定在填埋区南侧的标记上。比赛开始前，黄色垃圾箱是放5在分类器模型上的。3.5.3动物、塑料袋模型有章鱼、母鸡和海龟三种动物，如图9所示。它们也只有它们才是第5节任务中提到的动物。比赛开始前，章鱼和母鸡放在基地里。海龟放在海滩靠东边小圆的东南方的标记上。小圆里放一个塑料袋模型，如图10所示。图9三种动物图10塑料袋3.5.4建筑物模型在场地南边靠近基地的地方，一个建筑物模型的地基用子母扣固定在它的标记上，红杆（可用来掀翻建筑物）在西北角，地基上放着贵重物品，用黄、蓝、黑色各4根长条搭起一个建筑物，如图11所示。图11有贵重物品的建筑物模型3.5.5工厂模型由建筑物模型向北，便是用子母扣固定在场地膜上的工厂模型。工厂模型由厂房和电站组成。厂房中还要插入一个装着玩具飞机的大包装箱（见后面的飞机和包装箱），如图12所示。图12完整的工厂模型将工厂模型西边的圆环向西拉，可使装着玩具飞机的大包装箱滑出。3.5.6卡车和导轨模型工厂模型的北面放着“翻斗式”卡车模型，车头向西，前轮与场地膜上的箭头对准即可，如图13所示。一根长长的导轨模型用7个子母扣固定在卡车东面的场地膜上，如图14所示。6图13卡车图14导轨3.5.7分类器模型分类器模型在分类区中，用子母扣固定在场地膜上，滑道向东。滑道东边是蓝标垃圾箱，滑道下方是由西向东放着黑标和黄标垃圾箱。滑道的地脚要搁置在用子母扣固定于场地膜的垃圾箱托架上的两个突起之间，如图15所示。图15分类器模型图16分类器上的物品一个塑料袋模型完全插入分类器西侧下部两根红杆之间，分类器上部的红色托盘中按模型南面场地膜上的图形提示放好黑、蓝、黑、蓝四根长条。北面的斜坡上放着一个内有一根黄色长条的黄色垃圾箱，长条的光面向下，如图16所示。这个模型的搭建要保证机器人在适当转动模型南边的轮胎时排出垃圾袋和使托架中的两个灰色长条交替上下（注意，完成这两个动作时轮胎的转动方向不同），把托架中的蓝、黑色长条逐一顺利地推上滑道并分别落入蓝标、黑标垃圾箱。3.5.8转运器模型场地东北角收运区内有一个用子母扣固定在北边墙内表面的转运器模型，如图177所示。模型的脚对准场地膜上的标记。应确保模型是水平的。机器人将红色推杆向北，可使模型倾斜，便于机器人接收另一队转运的物品。在发运区也有一个转运器，另一队就可以在它的收运区接收。如果参赛队只用“半台”练习，可以在场地的西北角（即比赛时另一队场地的东北角）边墙外做一段“假边墙”，将另一个转运器固定在那里。图17转运器模型3.5.9玩具飞机和包装箱一个装有玩具飞机的小包装箱放在收运区中，机头向南。这个模型与放在工厂模型中的大包装箱形状不同，但在任务中所起的作用是相同的。图18包装箱和玩具飞机FLL的模型搭建说明中只有大包装箱的黑色底板，需要用小部件（见3.5.12）中的2根黑色长条和2根黄色长条与底板组成大包装箱，如图18所示。3.5.10轿车模型在收运区南边，放着一个轿车模型，车头向西，前轮与场地膜上的箭头对准。比赛开始前，轿车模型上的风挡/引擎卸下，放在基地里，如图19所示。图19轿车模型轿车模型是可以折叠的，表示轿车被压缩、报废。3.5.11混合器模型混合器模型用子母扣固定在填埋区西边。首先，向西转动红色推杆锁；然后，把黑色摇臂及橡胶轮胎向北推，使它们脱离红十字叉。再慢慢地把黑色的厨余垃圾箱完全8升起并保持在那里，这时，把黑色摇臂及橡胶轮胎拉回正常位置，恢复红色推杆锁，再把橡胶轮胎向东推，然后使黄色柱塞向西滑动，离开并挡住橡胶轮胎。最后，把绿色盖子推向厨余垃圾箱，如图20所示。插入混合肥料饼，凸点向上。这个模型的搭建要保证机器人向东推动黄色柱塞后橡胶轮胎能像单摆一样自由摆动，带动红十字叉和黑色的擒纵机构运动，使得厨余垃圾箱逐渐下降（约需18秒钟），混合肥料饼滑出。图20混合器模型图21小部件3.5.12小部件小部件包括1个混合肥料饼，12根黑色长条，9根黄色长条和6根蓝色长条，如图21所示。混合肥料饼要装在混合器中。下表说明了黑、黄、蓝色长条在比赛开始前所处的位置。长条的颜色和数量比赛开始前所处的位置黑色12根4根在建筑物上，2根在分类器的托盘里，2根用在大包装箱上，4根由裁判员控制黄色9根4根在建筑物上，1根在分类器的黄色垃圾箱里，2根用在大包装箱上，2根在基地里蓝色6根4根在建筑物上，2根在分类器的托盘里3.6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。为了帮助机器人完成任务，参赛队还需要自己设计一些器械（以前称为策略物品），对这些器械所用器材的要求与机器人相同。94.1参赛的机器人只允许使用一个LEGONXT或RCX或EV3控制器，它们的外形如图20所示。脱离机器人的物体不属于机器人的一部分。被机器人携带或与机器人接触的器械可以当成是机器人的一部分。图20允许使用的控制器的外形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。比赛时，凡是组委会不能认定来源的器材，参赛队应提供采购合同、发票等文件，证明所用的器材来自正规渠道。组委会有权对来自非正规渠道的器材做出相应的处理。图21允许使用的电机的外形4.5允许参赛队最多只使用四个LEGOMINDSTORMS电机。例如，如果你的机器人上有四个电机，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三个电机，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四个电机从一个附属装置取出迅速装到另一装置中。图21示出了允许使用的电机的外形。4.6对机器人使用的外部传感器数量没有限制。但只能使用接触、光电、颜色、转角、超声或陀螺/角度传感器。要注意的是，LEGO专卖店销售的或贴有LEGO标志的传感器不一定是LEGO生产的。允许使用的传感器的外形如图22所示。4.7LEGO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10进行。图22允许使用的传感器4.10在比赛区，不允许使用有遥控功能或与机器人有信息交互的物品。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、粘合剂、润滑剂、扎紧带等。4.13除了可按