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第二十届中国青少年机器人竞赛 教育机器人工程挑战赛主题与规则 1 简介 教育机器人工程挑战赛是中国青少年机器人竞赛项目之一，要求参赛队根据竞赛主题与 内容自行设计和制作机器人，现场编写机器人运行程序，调试和操作机器人，在规定场地内 完成比赛任务。参赛的机器人是程序控制的，可以在赛前公布的竞赛场地上按照本规则进行 比赛活动。 在中国青少年机器人竞赛中设置教育机器人工程挑战赛的目的是检验青少年对机器人 技术的理解和掌握程度，通过充满科学性、综合性、创新性、探索性、趣味性、竞技性、变 化性、协同性的竞赛，激发我国青少年对机器人技术的兴趣与求索，爱科学、爱创新、爱实 践、爱交流、爱合作，培养理论联系实际、动脑动手结合的能力。 2 竞赛主题 本届教育机器人工程挑战赛的主题为“万物互联”。 随着科学技术的发展，5G 时代已经到来。5G 的超强带宽、极低延时具有极强的信息冲 击力和广阔的应用场景。远程控制、自动驾驶、智能家居、*** 的场景将逐步变成现实。5G 的广泛应用给人们的想象力和实现力插上了腾飞的翅膀，让人 们的生活和工作变得十分便捷和高效。 未来，琳琅满目的产品都将装有微处理器，并通过 5G 网络连接在一起。那时，电视、 空调等家用电器只需要通过语音甚至脑电波就可以轻松实现开关或功能的切换。家电产品很 有可能会变得更加“聪明”，它们能够了解家庭中每个成员的性格、爱好和操作习惯，通过 智能识别来自主与使用者匹配，省去了反复调试产品的环节，十分人性化和智能化。 当然，科技的发展不会总是一帆风顺的，在“万物互联”的时代，还会出现个人隐私泄露、 信息安全缺乏可靠保证等各种问题。如何正确认识并积极解决这些问题，需要我们开动脑筋， 群策群力，寻找出破解难题的办法。 在本届比赛中，参赛队员要扮演工程师的角色，开动脑筋，利用新结构、新技术来创造 自己的机器人以完成各项竞赛任务，还要积极思考未来信息时代可能带来的弊端，以及如何 预防这些弊端的发生。 3 竞赛场地与环境 3.1 场地 图 1 和图 2 是第 20 届中国青少年机器人竞赛教育机器人工程挑战赛拟用比赛场地示意 图，图中任务模型的位置和方向只是示意，最终位置和方向将在赛前公布，具体任务模型摆 放规则详见 4.19 任务模型位置。 1 图 1 预设任务模型摆放示意图 图 2 附加任务模型摆放示意图 3.2 赛场规格与要求 3.2.1 教育机器人单个比赛场地分上下两层，呈台阶状（见图 1 和图 2），两层的垂直高差为 80mm。每层长 2000mm、宽 1000mm。上层场地是用 18mm 厚的细木工板制成的高 80mm、 长 2000mm、宽 1000mm 的平台；下层场地可以直接利用竞赛区地面。 3.2.2 上、下层场地各铺一张印有图案的场地膜，上面标有任务模型摆放的位置。有些任务 模型是用子母扣固定在场地膜上的。任务模型的位置不是绝对的，模型位置、方向可以变化。 比赛时用的模型布置图在赛前准备时公布。比赛场地一经公布，在该组别的整个比赛过程中 不再改变。 3.2.3 上层场地上有一个长 300mm、宽 300mm 的主基地和一个长 300mm、宽 300mm 的备用 2 基地，分别位于上层场地的东北角和东南角；下层场地上有一个长 300mm、宽 300mm 的主 基地，位于场地的西南角（见图 1 和图 2）。基地是机器人准备、出发及维修的地方。参赛 队员可以用手接触基地中的机器人和任务模型。其中，预设任务中机器人只能从主基地出发， 附加任务中完成上层任务的机器人可以从主基地或备用基地出发。 3.2.4 比赛时两块竞赛场地颠倒合并在一起（见图 1 和图 2）。在完成预设任务时，双方机器 人不得进入对方场地，只能在本队场地内活动；在完成附加任务的 4.17 智多星任务时，上 层机器人可以进入对方场地，但需遵守智多星任务的相关规则，完成其它附加任务时不得进 入对方场地。 3.2.5 比赛场地长、宽尺寸的允许误差是±5mm。参赛队在设计机器人时必须充分考虑此误差 的影响。 3.2.6 比赛场地会尽可能平整，但接缝处可能会存在不大于 2mm 的高低差和不大于 2mm 的 间隙。 3.3 赛场环境 教育机器人工程挑战赛场地的环境采用冷光源、低照度照明，无磁场干扰。但赛场通常 容易受到不确定因素的影响。例如，场地表面可能有纹路或不平整，边框上可能有裂缝或不 光滑，光照条件可能有变化等等。参赛队在设计机器人时应考虑各种应对措施。 3.4 对道具的说明 表 1 道具的组成及用途 序 名称 号 图片 组成 作用或用途 红色 1 数据 由 4 个红色小平板和 4 个 轴组成 获取红色数据任务中的道具，获取数 量由扫描二维码任务确定，并参与完 成传输数据任务 用于信息处理模型，可以被信息收纳 2 信息 绿色分拣瓶 箱接收并运回基地，可用于完成信息 编码任务 主体由 8 个白色立方体构 3 能量块 成，顶部有一字形结构， 用于自动搬运任务，可以被带回基地 便于抓取 信息 4 收纳箱 由梁和轴组成 用于信息处理任务，表示接收和存储 信息 3 5 补丁 6 货物 7 黄某某 由梁和和黄色齿轮构成 滚珠 由 12 个黄色梁某某 用于修复漏洞任务 红旗保卫战中的道具 智多星中的道具 8 灰钻石 由 12 个灰色梁某某 智多星中的道具 9 蓝钻石 由 12 个蓝色梁某某 智多星中的道具 10 白金 由 8 个白色立方体构成 智多星中的道具 码元（方 11 形环）示 意图 加密 12 装置 示意图 码元，外框为边某某 40-60mm 的正方形，内框 为边某某 20-40mm 的正方 形，高 30mm 安全专家中的道具，码元有灰、黄、 蓝三种颜色 蓝色加密装置长宽 安全专家中道具，蓝色部分为加密装 20×20mm，高 180-220mm 置，灰色为底板 4 比赛任务与得分 本届教育机器人工程挑战赛共有 13 个预设任务和 4 个附加任务。本规则仅对预设任务 的内容做出说明，其模型位置、方向是可以变化的，将在赛前准备会上公布。在省级以下的 竞赛中，附加任务为开启云平台、自动驾驶、智能终端和智多星，内容在本规则中予以说明， 其模型位置、固定方向、初始状态将在赛前准备会上公布。在全国比赛中，附加任务共有 4 个，第一个为智多星，内容在本规则中公布，但模型初始状态在赛前准备会上公布；第二个 为智能终端；第三个为半公开任务—安全专家；第四个任务由竞赛组委会现场公布，参赛队 员应根据赛前公布的内容在现场搭建机器人模型并编写控制程序。 以下描述的预设任务只是对生活中某些情景的模拟，切勿将它们与真实生活对号入座或 相提并论。 预设任务： 4.1 出发 难度等级： 4.1.1 参赛队的所有机器人都必须从下层基地出发，否则不得进行上层场地的比赛活动。如 果参赛队有两台某某器人，可以在一台某某器人从基地出发后再将另一台某某器人放入基地启动。 4 4.1.2 只要一台某某器人进入二层场地，且其正投影完全在二层场地内，可得 40 分。第二台某某 器人进入二层场地，不再加分。 4.1.3 比赛过程中，下层、上层基地中的机器人及机器人带回基地的比赛物品可以互相交换 或单向传递；比赛物品在传递或交换过程中不得掉落在比赛场地上，否则由裁判取走保存至 本场比赛结束。 4.2 自动搬运（001） 难度等级： 4.2.1 自动搬运任务模型的默认位置（即在场地膜上的摆放或固定位置，下同）为可变位置 六，也可能放在可变位置七、九、十、十一、十四上。自动搬运模型由能量块、机械爪和拉 杆等三部分组成。机械爪的初始状态是收起的，这时能量块将无法取出，如图 3 所示。 4.2.2 机器人需操纵拉杆，使机械爪张开，使能量块顶面高于机械爪且保持到本轮竞赛结束， 可得 30 分，如图 4 所示；取出能量块并运回基地，加记 30 分。图 5 为机械爪张开，能量块 被取走的状态。 图 3 自动搬运初始状态 图 4 能量块被顶起的状态 图 5 机械爪张开，能量块被取走的状态 4.3 信息处理（002） 难度等级： 4.3.1 信息处理任务模型（其拆解图见图 6）只能放在可变位置八。其顶部放置着两个信息， 初始状态转动机构被限位装置锁定，不可转动。在模型底部有信息收纳箱用于接收信息。模 型初始位置如图 7 所示。 4.3.2 机器人拨动限位装置（限位装置打开状态如图 8 所示），然后转动转柄，使信息掉落在 信息收纳箱内，每获得 1 个信息得 20 分，如图 9 所示。机器人把装有信息的信息收纳箱带 5 回基地，每个加记 20 分。在完成任务过程中，机器人不可直接接触信息，否则不得分。当 装有信息的信息收纳箱离开任务模型到达基地后，机器人方可接触信息。 图 6 信息处理任务模型拆分图 图 7 信息处理模型初始状态 图 8 限位装置打开 图 9 信息掉落在信息收纳箱的状态 图 10 信息收纳箱与信息处理任务模型脱离状态 4.4 信息编码（003） 难度等级： 4.4.1 信息编码模型的默认位置为可变位置七，也可能摆放在可变位置六、九、十或十一上。 信息编码模型上部有两个磁铁，可用来吸附信息。信息编码模型的初始状态见图 11。 4.4.2 机器人把从信息处理模型取回到基地的信息吸附到磁铁上，如图 12 所示，并保持到本轮 竞赛结束，每个得 20 分。 4.4.3 信息必须由机器人从基地带出，不得把从信息处理模型上获得的信息直接吸附到磁铁上。 6 图 11 信息编码模型初始状态 图 12 信息编码模型完成状态 4.5 修复漏洞（004） 难度等级： 4.5.1 修复漏洞模型（其拆解图见图 13）的默认摆放位置为可变位置九，也可能摆放在可变位 置六、七、十、十一、十四上。内部有一转轴，补丁模型可以围绕转轴旋转，以便落到方框 内。补丁初始位置在上层框架上，通过旋转可以落到下层框架上，该状态为任务中间状态， 继续旋转补丁，使之完全落在漏洞中，任务完成。修复漏洞任务模型的初始状态见图 14。 4.5.2 机器人转动补丁，使补丁落到下层框架上，如图 15 所示，得 30 分；补丁落到漏洞内且 两个补丁都与底部（得分区域标识）接触，加记 30 分，如图 16 所示。只有一个接触不得分。 图 13 修复漏洞模型拆分图 图 14 修复漏洞模型初始状态 图 15 补丁落在下层框架的状态 4.6 扫描二维码（005） 难度等级： 图 16 修复漏洞完成状态 7 4.6.1 扫描二维码模型（其拆解图见图 17）的默认位置为可变位置二，也可摆放在可变位置三 或五上。任务模型的初始状态如图 18 所示，顶部有二维码模型，二维码模型的六个面分别贴 有数字 1-3 的二维码，贴图见附件 4，初始状态数字 1 朝向上方摆放，如图 18，放置在翻转机 构上，二维码模型可通过轨道掉落在放置区。 4.6.2 机器人必须首先拉出限位机构，然后才可推动推杆，使二维码模型通过轨道掉落在放置 区，二维码模型需与底部平板接触，得 40 分，如图 19 所示；然后通过摄像头识别二维码， 得到需要获取红色数据的数量，获取红色数据，见任务 4.7。 4.6.3 机器人应扫描二维码模型的顶面。机器人不得直接接触二维码模型和翻转机构，必须操 纵推杆使二维码落下，否则不得分。 4.6.4 如果二维码模型跌落至放置区后，二维码模型没有平躺在地面，而是竖立起来（见图 20）， 机器人可以操纵拉杆，使二维码平躺在放置区，以便于摄像头采集顶面二维码，如图 21 所示。 图 17 扫描二维码任务模型拆分图 图 18 扫描二维码初始状态 图 19 扫描二维码完成状态 图 20 二维码模型不平状态 4.7 获取红色数据（006） 难度等级： 图 21 操纵拉杆，使二维码平躺 8 4.7.1 获取红色数据模型（其拆解图见图 22）的默认位置为可变位置五，也可能摆放在可变位 置二或三上，任务模型初始状态如图 23 所示。红色数据存放在红色数据存储框内，红色数据 可被推杆推送到数据运输框中。推杆的初始状态为拉出状态。 4.7.2 机器人操纵推杆，使红色数据掉落在数据运输框内（红色数据的垂直投影完全在数据运 输框内，见图 23 的红色半透明区域，不可与运输框有部分或完全重合），得 40 分，得分状态 如图 24 所示；然后上层机器人操作数据运输框，把数据运输框以及内部的红色数据一起带回 基地，再得 40 分。 4.7.3 红色数据掉落的数量由 4.6 扫描二维码任务决定，掉落的红色数据数量和带回基地的红 色数据的数量必须与二维码显示的数量一致且必须先完成扫描二维码任务再完成获取红色数 据任务，否则不得分。 4.7.4 扫描二维码任务和获取红色数据任务必须连续完成，在完成两个任务过程中，机器人不 得返回基地。如果机器人发生故障不得不回基地重启，重启之前的得分有效，但重启后再继 续执行扫描二维码和获取红色数据任务中未完成的部分，均不能得分。 图 22 获取红色数据模型拆分图 图 23 获取红色数据任务模型初始状态 图 24 获取红色数据任务模型中间状态 图 25 红色数据和存储框被取走的状态 4.8 传输数据（007） 难度等级： 4.8.1 传输数据模型（其拆解图见图 26）的默认位置为可变位置三，可摆放在可变位置二或五 上，任务模型初始状态如图 27 所示，转柄保持水平。机器人把 4.7 获得并带回基地的红色数 据通过滑轨传送到转板处，转柄可以使转板转动，从而使数据掉落在一层场地。挡板可以翻 起，可控制数据掉落的位置。 4.8.2 机器人把收集的红色数据放入滑轨内，通过转柄转动转板，使数据垂直投影落在下层场 9 地区域内，如图 27 所示，每个得 20 分，且被一层机器人带回基地，每个加记 20 分。 4.8.3 红色数据必须由机器人从基地带出。使用不是由基地带出的红色数据完成传输数据任 务，不能得分。 4.8.4 红色数据不得直接倾倒在下层场地上，必须通过 4.8.2 的操作，红色数据才可能得分。 4.8.5 本任务与 4.6、4.7 中的任务是关联的。获取红色数据任务带回基地的红色数据个数及本 任务中使用的红色数据个数不得大于扫描二维码中得到数字（即二维码顶面上的数字），过量 的红色数据不能得分。 图 26 传输数据模型拆分图 图 27 传输数据初始状态 图 28 红色数据放置在滑轨上的状态 图 29 红色数据掉落在下层场地的状态 4.9 关闭安全门（008） 难度等级： 4.9.1 关闭安全门模型的默认位置为可变位置十四，可摆放在可变位置六、七、九、十、十一 或十六上。关闭安全门模型由安全门、安全锁构成。安全门可打开和关闭，关闭时，安全锁 可落下。关闭安全门任务模型的初始状态见图 30。 4.9.2 机器人操纵安全门使其闭合，闭合时，安全锁也必须落下，并且安全锁的红色部分应与 门框接触，若安全锁没有自动下落，机器人可操纵安全锁，使其落下，如图 31 所示，得 40 分。 10 图 30 关闭安全门初始状态 图 31 关闭安全门完成状态 4.10 图像识别（009） 难度等级： 4.10.1 图像识别模型（其拆解图见图 32）只能固定在可变位置十三上。任务模型底部有拉杆， 可转动 4 块图像识别板，板上分别有 1-4 个红色梁。图像识别任务模型的初始状态见图 33。 4.10.2 机器人操纵拉杆，使图像识别板转动并且拉杆与拉杆轨道脱离（拉杆与拉杆轨道不接 触），得 40 分。拉杆只能向模型外抽出，不能向模型内推进，并且，图像识别板要旋转 1 圈 以上（包括 1 圈），否则不得分。 4.10.3 若出现图像识别板没有摆正（2 块图像识别板同时有部分结构出现在任务模型正面）的 情况，如图 34 所示。机器人可以直接接触识别板，使其位置摆正，但识别板转动角度不得超 过 90 度，如图 35 所示。 4.10.4 当图像识别板静止时（见图 35），机器人识别模型正方向的图像识别板的数字，并将识 别的数字应用于 4.11 物品定位。 图 32 图像识别模型拆分图 图 33 图像识别初始状态 图 34 图像识别板没有摆正的状态 图 35 图像识别静止状态 11 4.11 物品定位（010） 难度等级： 4.11.1 物品定位模型的默认位置为可变位置十六，也可能摆放在可变位置十四上。模型上有一 个红色指针，指向转盘的红色标记，转盘上有 4 处分别有 1-4 个黄色特征的轴套。转柄可以带 动转盘转动，转柄初始位置水平。物品定位任务模型初始位置的正视图和斜视图分别见图 36 和图 37。 4.11.2 机器人操纵转柄，使红色的指针指向转盘黄色轴套的数量与图像识别得到的数字一致， 得 80 分。例如，图像识别拉杆方向的数字为 3，则物品定位的红色标记也要指向数量为 3 的 黄色轴套，轴套部分落在得分区域如图 38 中 a，b 所示，即可得分。图 39 为物品定位任务模 型完成状态的斜视图。 图 36 物品定位初始位置正视图 图 37 物品定位初始位置斜视图 a 轴套完全落入红色得分区域 b 轴套完全落入红色得分区域 c 轴套没有落入红色得分区域 图 38 物品定位的不同状态 12 图 39 物品定位完成状态斜视图（图片所示只是某一种完成状态） 4.12 红旗保卫战（011） 难度等级： 4.12.1 红旗保卫战模型只摆放在可变位置十二上。任务模型两侧各有 2 个货物，每个货物两 侧各有一个拉杆，可以使货物滚落到方框中；模型中间有一个红旗，两侧各有一个转柄，转 柄可使红旗向两侧倾斜。模型的初始状态：两侧拉杆以中心线对称，红旗停放在中间，转柄 保持水平，如图 40、41 所示。 4.12.2 机器人操纵拉杆，使货物的垂直投影完全落在自己一侧的方某某，且保持到本轮竞赛 结束，每个货物可得 30 分，得分区域见图 42 的红色半透明区域，得分状态见图 44；机器人 操纵转柄，使红旗倒向自己一侧，且红旗的垂直投影完全超过黄色标记，并保持到本轮竞赛 结束，可得 60 分，如图 43、45 所示。 图 40 红旗保卫战初始状态俯视图 图 41 红旗保卫战初始状态斜视图 图 42 红旗保卫战完成状态俯视图 图 43 红旗保卫战完成状态斜视图 13 图 44 货物得分状态局部放大图 图 45 红旗得分状态放大图 4.13 返回 难度等级： 4.13.1 比赛结束前，机器人至少完成一个任务（不包含出发任务）后自主回到基地，每台某某 器人可得 40 分。 4.13.2 机器人的任一驱动轮与场地的接触点在基地内即可得分。 附加任务 附加任务比赛开始前，完成下层场地任务的机器人启动位置、高度均不限，但机器人不 得与任务模型接触。机器人的垂直投影不得超过30cm×30cm（与基地范围大小相同）。完成上 层场地任务的机器人只能从上层基地或备用基地出发，机器人的垂直投影不得超过 30cm×30cm，高度不限。在完成上、下层任务过程中，参赛队员可交换或单向传递机器人。 完成上层任务的机器人只有 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 信息编码 003_信息编码_2 星_C1_2020 004 修复漏洞 004_修复漏洞_3 星_C2_2020 005 扫描二维码 005_扫描二维码_2 星_A1_2020 006 获取红色数据 006_获取红色数据_4 星_A1_2020 007 传输数据 007_传输数据_4 星_A1_2020 008 关闭安全门 008_关闭安全门_1 星_C2_2020 009 图像识别 009_图像识别_3 星_C1_2020 010 物品定位 010_物品定位_4 星_C1_2020 011 红旗保卫战 011_红旗保卫战_4 星_B2_2020 012 开启云平台 012_开启云平台_4 星_C2_2020 013 自动驾驶 013_自动驾驶_4 星_C2_2020 014 智能终端 014_智能终端_4 星_A2_2020 015 智多星 015_智多星_5 星_B2_2020 016 安全专家 016_安全专家_5 星_C2_2020 34 附件 8 场地图 1 上层场地 2 下层场地 35 [文章尾部最后500字内容到此结束,中间部分内容请查看底下的图片预览]请点击下方选择您需要的文档下载。

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