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1第19届中国青少年机器人竞赛VEX机器人工程挑战赛主题与规则1VEX机器人工程挑战赛简介VEX机器人工程挑战赛是一项引进的青少年国际机器人比赛项目。其活动对象为中小学生，要求参加比赛的代表队自行设计、制作机器人并进行编程。参赛的机器人既能自动程序控制，又能通过遥控器控制，并可以在特定的竞赛场地上，按照规则的要求进行比赛活动。在中国青少年机器人竞赛中设置VEX机器人工程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VEX机器人工程挑战赛选拔参赛队。2竞赛主题本届VEX挑战赛的主题为“反败为胜”。“反败为胜”是一个令人兴奋和充满活力的比赛。每场比赛包含两种不同类型控制方式——手动和自动控制。比赛的特点是两支参赛队组成联队，每支参赛队各派出一台机器人，在赛场上完成各种任务（使圆帽在比赛场地或立柱上，用机器人或小球击打来拨动小旗，机器人停泊在联队泊位或中央泊位）获取尽可能高的得分。参加“反败为胜”比赛，参赛队要开发许多新技能来应对各种面临的挑战和障碍。有些问题需要个人来解决，还有些问题要通过与队友及指导教师的交流来处理。参赛队员要一起构建自己的机器人参加多次比赛，与自己的队友、家人和朋友分享取得的成绩。经过比赛，学生们不仅可以完成自己的比赛机器人，也提升了对科技和利用科技来积极影响周围世界的认识。此外，他们还可提高素质，如研究、规划、集思广益、合作、团队精神、领导能力等。在每场比赛中，各由两支参赛队组成的两个联队（红队和蓝队）上场竞技，获取比对方联队更高的得分。每场比赛的时间是120秒。3比赛场地与环境3.1场地的构成图1是比赛场地的俯视图。3600mm×3600mm的比赛场地四周有高约282mm、厚25～35mm的金属和亚克力板围栏。围栏内的场地表面由发泡塑料块拼接而成，底色为灰色。有四块600mm×600mm的方形区域，红色和蓝色各两块，是两个联队的机器人启动区。图2表示出场地上几个主要的功能区。每支联队各有一个联队站位，是比赛时队员站立的位置；四个启动区（红、蓝各二）是比赛开始前放置机器人的地方；场地南面用白色胶带线和围栏划定了一块伸展区，机器人在此区域中可以在垂直方向伸展；纵贯场地中央的白色胶带双线是在自动时段隔开双方机器人的自动线。场地中央有两个联队泊位（红、蓝各一）和一个中央泊位。2图1比赛场地的俯视图2场地的功能区3.2得分物品及场地要素赛场上的得分物品是8个圆帽和9面小旗。2个圆帽的蓝面向上，2个圆帽的红面向上，这4个圆帽均处于得低分的状态；另有4个圆帽被其下方的小球斜架在场地上，处于不得分状态，如图3所示。3根支柱上的9面小旗排成3排，最下面的3面小旗是低旗，中间和最上面的两排小旗是高旗。小旗是可以绕着支柱拨动的，每个小旗有红、蓝两个旗面。左边的3面小旗的蓝色旗面向前；右边的3面小旗的红色旗面向前；中间的3面小旗处于未拨动位置，如图4所示。得分物品在场上的典型位置如图3、4所示。比赛开始前，按6.5.2.1抽取比赛方案后，得分物品在场上的分布可能与图3完全不同。本届比赛的得分物品不是联队专属的。得分物品的得分属于与得分区同颜色的联队，与哪个联队使其得分无关。图3还表示出场上有比赛中要用到的20个小球。4个小球在泊位上；8个小球在圆帽3上；4个小球在圆帽下；4个小球作为预装，每个联队2个。比赛中，小球本身并不得分，它只是场地要素。场地中央有两个联队泊位（红、蓝各一）和一个中央泊位，供停泊机器人之用。图3场地顶视，小球和圆帽的位置图4场地正视，低旗和高旗为了防止被机器人抛射的小球出场，在小旗后面的围栏上架设了护网。在另三面围栏上分布着6根立柱，机器人可以把圆帽戴到立柱上获得高分。3.3赛场环境机器人比赛场地环境为低照度、无磁场干扰，但由于一般赛场环境的不确定因素较多，例如，拼接块不平整；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。比赛场地尺寸的允许误差是±25mm，对此，参赛队设计机器人时必须充分考虑。4名词解释联队启动区—彩色场地拼接块，红色或蓝色，指定的比赛开始时机器人的位置。联队站位—在比赛中，供参赛队员站立的指定区域。伸展区—以白色胶带线外沿和围栏墙板内边缘划定的发泡拼接块表面的区域。机器人在此区域中与发泡拼接块或白线接触时可以在垂直方向伸展。关于机器人的伸展，详见规则6.5.3.3。4自动线—从泊位下方横穿场地中央的一对胶带线。根据6.5.3.6，在自动时段，机器人不得接触此线对手联队一侧发泡场地拼接块。场地要素—发泡塑料场地拼接块、围栏、白色胶带、护网、小球、泊位、立柱、小旗支架及所有支撑结构。小球—一种黄色塑料球状物体，直径76mm，重55g。小球可用于击打小旗。护网—高约1500mm的尼龙编织网状结构，跨小旗处的围栏的整个一侧，网孔宽约50.8mm见方，总高约1488.4mm。立柱—装在场地围栏上的6根垂直PVC管之一，直径约为21.5mm。圆帽可在立柱上得分。•4根立柱（距小旗较远）高约508.0mm。•2根立柱（距小旗较近）高约812.8mm。泊位—PVC和聚碳酸脂制成的三个抬高的表面之一，约606.4mm长、551.2mm宽，可用于机器人停泊。比赛结束时机器人可以停泊在这里得分。•联队泊位用红色或蓝色PVC部件表示，只能用于与泊位同色联队的机器人停泊。•中央泊位用黄色PVC部件表示，可用于任何联队的机器人停泊。注：中央泊位侧面的结构不算是泊位的一部分，不得用于中央停泊，见图5和6.5.3.18。图5中央泊位侧面加亮的聚碳酸酯结构用于防止小球进入，不用于停泊得分物品—圆帽和小旗的统称。圆帽—一种八边形、盘状塑料件，内切圆直径约为234.95mm，外接圆直径约为246.38mm，总高度约为116.8mm，重量约为335g。圆帽一面为红色，另一面为蓝色，中央有帽顶。帽顶—圆帽两侧的圆柱状凸起，直径约为96.5mm，从圆帽宽板算起的高度约为44.5mm。帽顶一红一蓝，如图6所示。用于低戴帽得分和高戴帽得分。图6加亮表示的帽顶5小旗—由红色旗面、蓝色旗面和中枢组成的可绕轴旋转的塑料部件。每个矩形旗面宽251.5mm、高152.4mm。小旗升高于地面。每个小旗上的中枢有一个指针，该指针与止动器联用可以确定小旗是否被拨动。•低旗的最上沿距场地拼接块表面约464.8mm。低旗的上沿可以粗略地作为判断机器人是否低于457mm的标尺。•高旗有两排：一排的最上沿距场地拼接块表面约822.9mm，另一排的最上沿距场地拼接块表面约1176.0mm。止动器—这是小旗中枢上的一个凸出特征，它与小旗指针结合使用以确定小旗是否被拨动，如图7所示。图7加亮表示的止动器和小旗指针特写比赛物品—物品及可由机器人操作的部分场地要素（如小球）的统称。机器人—比赛开始前，参赛队放在场上的已通过检查的任何东西。参赛队—参赛队是指报名参加本届VEX机器人工程挑战赛的单个参赛队。联队—预先指定的两支参赛队组成的团队，在一场比赛中协同工作。联队在初赛中是经随机搭配的两支参赛队组成的联盟，初赛中的联队不分主队和副队；复赛中的联队是由两支参赛队经过选配组成的联盟，复赛中的联队分主队和副队。主队与副队—在初赛后的联队选配中主动去邀请其联盟队友的参赛队称为主队；作为主队的联盟队友参与复赛的队伍称为副队。联队选配—初赛结束后，根据各参赛队的初赛成绩排序，经过邀请和接受邀请组成联队的过程。操作手（上场队员）—在比赛中负责操作和控制机器人的学生队员。比赛期间，每个参赛队仅允许有3名操作手在场地上。同一名学生不得为多支参赛队充当操作手。比赛中的任何时刻，只有操作手可以接触控制器，按6.5.3.10与机器人互动。教练员—竞赛期间被指定为参赛队指导者的一名学生或教师，教师不得上场参加比赛活动。学生—在任何中小学校注册就读接受教育的人。比赛—每场比赛包括自动比赛时段和操作手控制时段，总时间是120秒。自动比赛时段—这是一个在赛前准备时才确定的时段。在此时段内，机器人运行只能受控于传感器的输入和预先写入机器人控制器的命令，不允许人对机器人的干预或相互沟6通，在这个时段结束前，机器人必须停止一切运动。操作手控制时段—这是一个[120-自动比赛时长（秒）]的时段。在此时段内，操作手通过遥控器控制机器人的运行。初赛—各参赛队在复赛前采用随机方式组成联队后所进行的比赛。初赛的目的是为参赛队排序以取得复赛的参赛资格。复赛—进行联队选配后为决出冠、亚、季军所进行的淘汰赛。影响比赛—导致一场比赛胜、负方改变的情况。禁赛—对违反规则的参赛队给予的处罚。在一场比赛中被取消比赛资格的参赛队不能再操作其机器人，控制器应放在地上。取消比赛资格—对违反规则的参赛队给予的处罚。在初赛某一场中被取消比赛资格的参赛队，该场WP、AP和SP均为零。在复赛中，某参赛队被取消比赛资格，整个联队就被取消比赛资格，输掉该场比赛。在裁判长的酌定下，反复犯规和被取消比赛资格的某一参赛队可能被禁止参加所有后续场次的比赛。预装—每台机器人1个小球，比赛开始前必须放在场地上。合法预装应满足以下条件：•小球与一台机器人接触；•小球完全在场地围栏内。图8合法的预装图9不合法的预装圆帽得分—圆帽的两种状态之一：低分—圆帽的一种状态。如果圆帽的帽顶与发泡场地拼接块、白色胶带线或泊位接触且不接触与得分圆帽同色联队的机器人，该圆帽得低分。低分圆帽的得分给予与圆帽向上一面同色的联队，这时，另一面的帽顶与发泡场地拼接块、白色胶带线或泊位接触。注：如果帽顶与发泡场地拼接块和中央泊位均接触，其得分与只接触发泡场地拼接块一样。图10红队低分圆帽图11不得分的圆帽7高分—圆帽的一种状态。如果圆帽的帽顶与一根立柱接触，不接触其它场地要素，且不接触与得分圆帽同色联队的机器人，该圆帽得高分。高分圆帽的得分给予与圆帽向上一面同色的联队，这时，另一面的帽顶与立柱接触。图12红队高分圆帽图13不得分的圆帽拨旗得分—小旗的一种状态。如果小旗的指针没有包含在止动器中，且小旗没有接触与得分小旗同色联队的机器人，小旗就是被拨动了。被拨动后，如果指针位于止动器左侧，红色联队得分；如果指针位于止动器右侧，蓝色联队得分。图14（左）小旗的三种状态。最高小旗，蓝队得分；中间小旗，两队均不得分；最低小旗，红队得分图15（右）止动器和小旗指针的特写，小旗已被拨成红色联队得分停泊—以下两种机器人状态之一。联队停泊—机器人的一种状态。联队停泊的机器人必须•与它的联队泊位接触；•不与发泡场地拼接块或白色胶带线接触。中央停泊—机器人的一种状态。中央停泊的机器人必须•与中央泊位接触；•不与联队泊位接触；•不与发泡场地拼接块或白色胶带线接触。图16联队停泊的机器人图17中央停泊的机器人8自动时段奖励—给予自动比赛时段结束时戴帽、拨旗和联队停泊得分最多联队的奖励。拥有—比赛中，物品的一种状态。如果一台机器人携带、持有或包围了圆帽和/或小球就是拥有了它。对拥有的限制详见规则6.5.3.14。围困—机器人的一种状态。如果机器人被对方的机器人限制在场上的狭小区域（约一个发泡拼接块或更小），没有逃脱的通路，就是受到围困。围困可以是直接的（例如，把对方钉死在围栏）或间接的（例如，防止机器人从场地一角逃脱）。囤积—一种机器人状态。如果一台机器人主动阻止对方机器人接近2个以上位于场地任何一角（约一个发泡场地拼接块大小的地方）的圆帽和/或小球物品，它就是在囤积。纠缠—一种机器人状态。如果一台机器人抓住、钩住或附着了对方机器人或场地要素，就是纠缠。5机器人本节提供设计和构建机器人的原则和要求。参加VEX机器人竞赛的机器人是由报名的VEX参赛队设计和构建的遥控和自动小车，它们在“反败为胜”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。请参照附录A“机器人检查指南”及“检查表”。参加VEX挑战赛的机器人只允许使用为构建机器人而专门设计的VEXEDR零部件，如主控制器、接收器、VEX手动控制器及配套的VEX器材。供设计和构建机器人所用的电气元件和结构部件必须来自组委会认可的正规渠道。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。参赛过程中，