Zadání soutěžní úlohy "Basketbal"

Zadání úlohy – „Basketbal“

Cíl projektu "Basketbal"

Postavit a naprogramovat robota tak, aby samostatně, bez jakékoli další pomoci sebral co nejvíc basketbalových míčků ze soutěžní plochy (hřiště) a umístil je nebo naházel do basketbalového koše. Pro snazší orientaci jsou na hřišti vyznačeny naváděcí černé čáry. O vítězství rozhoduje počet získaných bodů. Body robot získává za umístění nebo hození basketbalového míčku do koše. Soutěž bude organizována jako vzájemný zápas dvou robotů na symetricky rozděleném hracím plánu (viz obr. 1).

Obr. 1 Ilustrační obrázek soutěžní plochy rozdělené na dvě samostatná hrací hřiště

Vybavení pro řešení úlohy

Každý tým může použít při řešení soutěžní úlohy pouze díly ze stanovených souprav a vyjmenovaných dílů. Jsou možné následující varianty sestav souprav a dílů (varianty nelze kombinovat):

  • Základní souprava LEGO® MINDSTORMS® Education 45544 EV3, souprava doplňkových dílů 45560 EV3 a síťový adaptér (8887). Tuto sestavu doporučujeme.

 

Seznam technických dílů základní soupravy LEGO® MINDSTORMS® Education 45544 EV3

Seznam technických dílů soupravy doplňkových dílů 45560 EV3

 

nebo

  • Základní souprava LEGO® MINDSTORMS® EV3 Home Edition 31313, souprava doplňkových dílů 45560 EV3 a síťový adaptér (8887). Místo infračerveného senzoru obsaženého v základní soupravě LEGO® MINDSTORMS® EV3 Home Edition 31313 je možné použít 45504 EV3 ultrazvukový senzor.

 

Seznam technických dílů základní soupravy LEGO® MINDSTORMS® EV3 Home Edition 31313

Seznam technických dílů soupravy doplňkových dílů 45560 EV3

 

nebo

  • Základní souprava LEGO® MINDSTORMS® Education (9797), souprava technických dílů (9648 nebo 9695) – doplňkové pasivní díly, síťový adaptéru (9833 nebo 8887) a jednoosý gyroskopický senzor (1044 NXT Gyroskop).

 

Seznam technických dílů základní soupravy LEGO® MINDSTORMS® Education (9797)

Seznam technických dílů soupravy technických dílů 9648 NEBO Seznam technických dílů soupravy technických dílů 9695

 

Konstrukce robota

Ke konstrukci robota lze využít pouze dílů z výše uvedených sestav (pouze jedné z uvedených variant). Za díly z dané sestavy lze považovat pouze takové díly, které jsou uvedeny v seznamu dílů obsažených v příslušné soupravě (vyobrazeny na kartách příslušných setů), nebo jsou v rámci sestavy jmenovány. Lze použít jen maximálně takový počet jednotlivých dílů, jaký je uveden v přehledu dílů dané sestavy. Použití vázacích pásků a obalů, s nimiž jsou soupravy dodávány, není přípustné. Díly stavebnice mohou držet pohromadě pouze pomocí standardních spojovacích prvků LEGO.

Velikost robota není omezena.

Není povoleno používat kluzný podvozek. Za podvozek či jeho část je považována jakákoliv součást robota, která je při pohybu robota po rovině ve styku s pojezdovou plochou (i dočasně) a přenáší na pojezdovou plochu část váhy robota. Kluzný podvozek je takový, jehož libovolná část se po pojezdové ploše neodvaluje, ale klouže. Za porušení pravidel nebude považováno, pokud není kluzný podvozek součástí návrhu robota a vznikl pouze poškozením konstrukce v dané jízdě (např. nárazem do překážky). Porušením pravidla také není dotyk pevné části konstrukce s pojezdovou plochou, pokud se tak stává pouze nahodile (např. při prudkém zastavení), jen krátce (méně než 1s), nebo v době, kdy se robot po pojezdové ploše nepohybuje (např. stojí a zvedá se).

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 EV3 kostky, NXT kostky (řídicí jednotka LEGO® MINDSTORMS®). Řídicí jednotka při odevzdání (vrácení zapůjčené) musí obsahovat standardní firmware LEGO® MINDSTORMS®. Při programování EV3 kostky nebo 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!

Pravidla soutěže předpokládají samostatnou práci účastníků (žáků/ studentů). Je dovoleno užívat cizí knihovny a části kódu, které implementují zejména standardní algoritmy. Takové knihovny a části kódu však musí být veřejně dostupné (např. na internetu) a to již před soutěží (alespoň měsíc). Je možné také využít rady třetí strany, ale výsledný program musí být prací členů týmu. Není dovoleno používat programy kolegů (dalších účastníků), pokud se nejedná o případ veřejně dostupného kódu. Členové týmu jsou povinni v případě pochybnosti autorství obhájit tak, že předvedou a vysvětlí funkčnost dotčených částí programu.

Soutěžní plocha

Soutěžní plocha (hřiště) je vodorovná deska. Celkové rozměry soutěžní plochy (hřiště) jsou 1720 mm x 1138 mm. Podkladem soutěžní plochy je šedá laminátová deska ohraněná bočními lištami (laminátová deska), které tvoří nad pojezdovou plochou stěny o výšce 75mm. Soutěžní plocha je pomyslně rozdělena na 4 x 6 (celkem 24 čtverců o velikosti 280mm x 280mm – viz ilustrační obr. 1 a fotografie viz obr. 2). Na větší části laminátové desky bude upevněn bílý papír s čarami vyznačující hřiště a vyznačenými místy pro umístění basketbalových míčků.
Na hřišti jsou nakresleny černé čáry pro navigaci robotů. Tyto čáry mají konstantní tloušťku, která se dle tisku může pohybovat v rozmezí 18-25 mm.
.

Obr. 2 Fotografie jednoho hracího hřiště „Basketbal“

V ROBOSOUTĚŽI pro SŠ bude použita jedna soutěžní plocha, která bude rozdělena na dvě samostatná hrací hřiště, která budou oddělena 6 čtvercovými moduly o velikosti 280 x 280 x 75mm (viz obr. 3).

Obr. 3 Čtvercový modul o velikosti 280 x 280 x 75mm (pohled seshora a pohled zezdola)

Na hřišti bude umístěno 10 basketbalových míčků (antistresový pěnový míček, obr. 5) o průměru 60mm ± 1mm. Váha dvou různých míčků a jejich velikost je vidět na obr. 10. Míčky budou umístěny vždy na stejném místě a symetricky vůči ose hřiště. Rozmístění je vidět na ilustračním obr. 1 a na fotografii viz obr. 2. Šest míčků v řadě bude od sebe vzdáleno 280mm ± 10mm (měřeno od středu ke středu míčku). Každý míček bude umístěn ve vzdálenosti 140mm ± 10mm (měřeno opět od středu míčku) od konce hřiště. Čtyři míčky jsou dále umístěny na žluté kružnici vyznačující třibodovu vzdálenost. Dva míčky umístěné na kružnici na konci černých čar budou od sebe vzdáleny 1120mm ± 20mm. Dva míčky umístěné na žluté kružnici v úrovni košem (koš je na jejich spojnici, která je kolmá k ose hřiště) budou od sebe vzdáleny 1400mm ± 20mm a současně ve vzdálenosti 140mm ± 10mm (měřeno opět od středu míčku) od boční lišty hracího hřiště. Každý míček bude umístěn na pozinkované podložce o tloušťce 3mm s vnitřním průměrem 17mm a vnějším průměrem 29mm (viz obr. 3), která zajišťuje jeho stabilitu.
 

Obr. 3 Fotografie pozinkované podložky

Obr. 4 Basketbalové míčky (antistresový pěnový míček o průměru 60mm ± 1mm)

Originální basketbalové míčky lze zakoupit na AMAZONU.

Pro vlastní přípravu na ROBOSOUTĚŽ PRO SŠ je možné využít alternativní míčky, které lze zakoupit v ČR u firmy  SKITT s.r.o. (viz obr. 5). Váha dvou různých míčků a jejich velikost je vidět na obr. 11.

Obr. 5 Alternativní míčky (Antistresový pěnový míček Mr. Laugh)

Další alternativou pro vlastní přípravu na ROBOSOUTĚŽ PRO SŠ jsou antisresové míčky SJH 562 od firmy MODOM (viz obr. 12), který je o trošičku měkčí, ale to by neměl býr ptoblém při řešení úlohy. Váha dvou různě barevných míčků a jejich velikost je vidět na obr. 13. Tyto míčky lze zakoupit i na následujících webových odkazech:

NetMedik

Zdravotní potřeby Drdlová

Popron

 

Ke stažení je k dispozici nákres hracího hřiště v pdf formátu.

Součástí hracího hřiště bude i basketbalový koš s obroučkou (viz obr. 6) o vnějším průměru 150mm (vnitřní průměr cca 135mm), který bude upevněn na přípravku (viz obr. 7 a obr. 8), který bude umístěn (nasazen) na boční liště. Obroučka koše bude ve výšce 300mm ± 10mm nad pojezdovou plochou, na níž je umístěn bílý papír s čarami vyznačující hřiště. Na obroučce bude umístěna síťka. Na spodní části síťky může být upevněn kroužek vytisknutý na 3D tiskárně pro zpomalení průchodumíčků košem.
 

Obr. 6 Basketbalový koš

Basketbalový koš lze zakoupit na následujících webových odkazech:

Mraky hraček

Mega knihy

Toys shop

Easy Toys

Hrackarna

Obr. 7 Ilustrační obrázek přípravku pro upevnění basketbalového koše

   

Obr. 8 Fotografie přípravku pro upevnění basketbalového koše

Pokud by si týmy nechtěly kupovat celý basketbalový koš, je možné si pouze obroučku vytisknout na 3D tiskárně (viz obr. 9). Zde je možné si stáhnout data pro 3D tiskárnu. 3D tisk je možný bez podpor a obroučku je možné upevnit pomocí dvou 3mm šroubů (vrutů).

Obr. 9 Model obroučky - 3D tisk

Obr. 10 Váha dvou různých basketbalových míčků (antistresový pěnový míček o průměru 60mm ± 1mm a váze 12g ± 1g) a jejich velikost

Obr. 11 Váha dvou různých basketbalových míčků (Antistresový pěnový míček Mr. Laugh o průměru 60mm ± 1mm a váze 13g ± 1g) a jejich velikost

Obr. 12 Alternativní míčky (Antistresový pěnový míček SJH 562 od firmy MODOM)

Obr. 13 Váha dvou různých basketbalových míčků (Antistresový pěnový míček Modom o průměru 60mm ± 1mm a váze 12g ± 1g) a jejich velikost

Na spodní část síťky je možné si připevnit kroužek vytisknutý na 3D tiskárně (viz obr. 14), který by měl zpomalit průcjod basketbalových míčků. Zde je možné si stáhnout data pro 3D tiskárnu.

Obr. 14 Kroužek na spodní části síťky

Zde je možné se podívat na video z průběhu "Robotického LEGO semináře pro středoškolské učitele", kdy tuto úlohu řešili učitelé.

Pravidla pro souboje robotů

Před zahájením jízdy lze položit na hřiště robota na libovolné místo tak, aby se jeho podvozek dotýkal černé čáry (případně půdorys robota zasahoval do černé čáry). Na povel startéra spustí účastník (operátor) robota stiskem tlačítka na řídicí jednotce NXT nebo EV3 kostky, nebo pomocí např. dotykového senzoru. Jiný způsob spuštění konzultujte pro jistotu před vlastní soutěží s organizátorem soutěže. 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 soutěžní jízdě.

Zároveň se spuštěním robotů je spuštěna časomíra. Robot má po startu 120 sekund na získání co největšího počtu bodů.

Před začátkem každé soutěžní jízdy mají hráči na požádání k dispozici přípravný čas pro kalibraci senzorů či výběr programu z řídicí jednotky (NXT nebo EV3 kostka). Přípravný čas je limitován maximální délkou jedné minuty. Během tohoto času není dovoleno nahrávat řídicí programy do řídicí jednotky (NXT nebo EV3 kostky).

Úkolem robota je sebrat co nejvíc basketbalových míčků a umístit je nebo naházet do basketbalového koše.

Jízda bude ukončena pokud:

1. Robot opustí hrací hřiště

2. Robot se dotkne svojí částí předmětu mimo dráhu (stůl apod.)

3. Robot není bez pomoci schopen pokračovat v jízdě

4. Při překročení maximálního času pro průjezd dráhou (120s).

5. Soutěžící se dotkne robota (například sám zvedne robota z hracího hřiště).

Pokud je soutěžní jízda ukončena dříve, robot je odstraněn z hrací plochy a bude zaznamenán počet dosažených bodů. Robot se může pohybovat libovolně po hracím hřišti a je mu dovoleno se dotknout basketbalového koše s obroučkou.

Maximálně může tým získat v jednom souboji 38 bodů.

Pro bodové hodnocení je podstatné, kde míček opustí robota. Jde o poslední dotyk míčku a jakékoliv části robotu (i oddělené) před tím, než míček projde košem. Pro uznání daného bodového hodnocení musí k poslednímu dotyku dojít v definovaném prostoru. Pro tyto účely je prostor definován příslušnými čarami na hřišti a jejich kolmým průmětem vzhůru. Robot sám nemusí být celým objemem v tomto prostoru a může přesahovat libovolným směrem/směry. V nejasných a sporných případech  rozhoduje o bodovém hodnocení koše hlavní rozhodčí (Martin Hlinovský nebo jím pověřený zástupce) dohlížející na průběh soutěže. Bodování bude následující:

  1. Pokud robot umístí libovolným způsobem basketbalový míček do koše a naposledy se ho dotkne uvnitř modře ohraničené oblasti představující v basketbalu šestku, získá za takto dosažený koš 1 bod (celkem může získat maximálně 10 bodů).
  2. Pokud robot vhodí (vstřelí) míčky do koše a naposledy se ho dotkne mezi modře ohraničenou oblastí a žlutou kružnicí, která představuje tříbodového oblouku, získá za takto dosažený koš 2 body (celkem může získat maximálně 20 bodů).
  3. Pokud robot vhodí (vstřelí) míčky do koše a naposledy se ho dotkne za žlutou kružnicí, která představuje tříbodového oblouku,získá za takto dosažený koš 3 body (celkem může získat maximálně 30 bodů). 

Každý basketbalový míček v koši se počítá pouze jednou.

Po projití basketbalového míčku obroučkou může člen týmu (pouze jeden k tomu určený) soutěžícího robota tento míček odstranit z hracího hřiště.

Pokud soutěžící robot umístí (vhodí) do basketbalového koše všech 10 basketbalových míčků, získává bonus 5 bodů.

Pokud basketbalový míček po průchodu obroučkou basketbalového koše trefí jiný míček na pozici a vychýlí ho z ní, může člen soutěžícího týmu (pouze jeden k tomu určený) vrátit basketbalový míček na výchozí pozici.

Pokud soutěžící robot v časovém limitu 120s ukončí svojí činnost (zastaví se a nebude se hýbat) a zvukově informuje o této skutečnosti, získá navíc 3 body.

V daném souboji vítězí ten robot, který získá větší počet bodů. V případě rovnosti bodů zvítězí ten tým, který dosáhl daného počtu bodů rychleji. Pro snazší určení  robota, který dosáhl daného počtu bodů dřív, žádáme týmy, aby po skončení jízdy robot akustickým signálem oznámil ukončení jízdy a bude tak jasné v případě bodové rovnosti, kdo dosáhl bodů dříve.

Organizace soutěže

1. kolo soutěže

V prvním kole bude mít každý ze soutěžících týmů postupně 3 pokusy na hracím hřišti s cílem získat co největší počet bodů.

Pořadí soubojů:

  • Tým č.1 a Tým č.2
  • Tým č.3 a Tým č.4
  • Tým č.5 a Tým č.6
  • Tým č.7 a Tým č.8
  • Tým č.9 a Tým č.10
  • Tým č.11 a Tým č.12
  • Tým č.13 a Tým č.14
  • Tým č.15 a Tým č.16
  • Tým č.17 a Tým č.18
  • Tým č.19 a Tým č.20
  • Tým č.21 a Tým č.22
  • Tým č.23 a Tým č.24
  • Tým č.25 a Tým č.26
  • Tým č.27 a Tým č.28
  • Tým č.29 a Tým č.30
  • Tým č.31 a Tým č.32
  • Tým č.33 a Tým č.34
  • Tým č.35 a Tým č.36
  • atd.

Stanovení pořadí týmů v prvním kole:

Na základě součtu bodů získaných ve třech soutěžních pokusech daným robotem je určeno pořadí po prvním kole. Stanovovat pořadí se bude takto:

  1. Celkovým počtem bodů (součet tří soutěžních pokusů).
  2. Při rovnosti bodů dvou nebo více týmů rozhoduje větší počet bodů získaných v jednotlivých soutěžních pokusech.
  3. Při rovnosti bodů dvou nebo více týmů rozhoduje větší počet bodů získaných v součtu ze dvou soutěžních pokusů.
  4. Hod hrací kostkou (hozené vyšší číslo vyhrává, v případě rovnosti se hází opakovaně do rozhodnutí).

Do 2. kola soutěže postupuje 16 týmů podle pořadí.

2. kolo soutěže

 2. kolo soutěže bude probíhat ve formě vyřazovacího systému na dvě porážky. Vyřazovací systém na dvě porážky je méně obvyklá modifikace vyřazovacího systému, rozpisu utkání turnajů některých her a sportů (tzv. oboustranný pavouk). Turnajem nepostupují jen vítězové, ale i účastníci, kteří prohráli zatím jen jednou. Graf rozpisu utkání se skládá jak z části pro vítěze jako ve vyřazovacím systému, tak i části pro účastníky, kteří již jednou prohráli.

Páry účastníků do turnaje vstupují podobně jako ve vyřazovacím systému, tedy budou nasazeny tak, aby se dva „papírově“ nejsilnější (týmy s nejlepšími výsledky v 1. kole) mohly sejít jako neporažení až ke konci turnaje. Na začátku jsou všichni ve větvi vítězů. Ti, co vyhrají, postupují do druhého kola. Ti, kteří prohrají, přecházejí na začátek větve poražených.

Vítěz každého kola ve větvi vítězů se v následujícím kole setká s dalším jiným vítězem z této větve. Poražený z tohoto duelu přechází do větve poražených. Vítěz každého kola ve větvi poražených se v následujícím kole setká s některým poraženým z větve vítězů. Pro poražené ve větvi poražených turnaj končí, neboť prohráli již podruhé.

Na konci turnaje se vítěz větve vítězů utká v zápase o celkové vítězství s vítězem větve poražených. Pokud v tomto utkání vyhraje vítěz větve poražených, hraje se ještě jeden zápas mezi těmito dvěma účastníky. Tím je zaručeno, že vítěz turnaje jako jediný neokusí porážku více než jednou.

2. kolo soutěže bude organizováno jako vzájemné utkání dvou robotů v jedné jízdě. Vítězem utkání se stává tým, který získá v této jízdě více bodů. Pokud týmy dosáhnou stejného počtu bodů, zvítězí tým, který dosáhl tohoto počtu bodů prokazatelně dříve. Jestliže oba týmy získají stejný počet bodů za stejný čas (nebudeme schopni rozhodnout prokazatelně, který tým byl rychlejší), bude následovat druhá jízda a pokud ani ta nerozhodne o vítězi, bude následovat hod hrací kostkou (vyšší číslo vyhrává, v případě rovnosti se hází opakovaně do rozhodnutí).

Obecná ustanovení

Pokud není uvedeno jinak, vede porušení kteréhokoliv z uvedených pravidel k diskvalifikaci robota v dané jízdě (prohra v dané jízdě). O dodržení pravidel a diskvalifikaci rozhoduje hlavní rozhodčí (Martin Hlinovský nebo jím pověřený zástupce) dohlížející na průběh soutěže. Jeho rozhodnutí je konečné.

Kterýkoliv člen týmu může podat protest proti výsledku v dané jízdě ihned po jejím skončení (maximálně však do 30 s od jejího skončení). Na protesty podané po tomto časovém limitu nebude brán zřetel.

Pokud nebude po zahájení souboje (jízdy) spuštěna časomíra (chyba organizátorů) bude souboj (jízda) okamžitě po tomto zjištění přerušena a bude se opakovat. Souboj (jízda) se nemusí opakovat, pokud by byl zřejmý vítěz i bez spuštěné časomíry.

Organizátor soutěže má právo ověřit autorství programu v robotovi formou dotazů k jeho funkcionalitě. Pokud ani jeden člen týmu nebude schopný odpovědět na otázky týkající se funkce robota, bude tím zpochybněno autorství programu a bude to považováno za porušení pravidel soutěže. Účastníci na požádání musí umožnit organizátorům nahlédnout do kódu programu za účelem ověření, zda odpovídá pravidlům soutěže. V těchto případech porušení pravidel si organizátor vyhrazuje právo takový tým vyloučit ze soutěže, a to kdykoliv v průběhu soutěže až do chvíle vyhlášení celkových výsledků. Vyloučený tým pak bude v další části soutěže nahrazen týmem, který byl naposledy vyřazen vyloučeným týmem.

Žák/ student se může účastnit soutěže pouze jako člen jednoho týmu. Změna týmu, v němž se dotčený soutěže účastní, je možná pouze na základě souhlasu organizátora / hlavního rozhodčího (Martin Hlinovský či pověřený zástupce). Nový žák/student nemůže být zařazen do týmu (nahradit jiného žáka/ studenta), pokud se již tento žák/ student soutěže zúčastnil jako člen jiného týmu (robot tímto týmem připravený se dostavil ke startu v první jízdě).