Корнеллский робот. Робот университета Мейдзи. Эволюционное моделирование самосознания.
КЕГЕЛЬРИНГ :: КАК СДЕЛАТЬ РОБОТА И УЧАСТВОВАТЬ В СОРЕВНОВАНИЯХ
За свою непродолжительную историю кегельринг уже успел обзавестись харизмой, что представляется достаточно естественным. И визг микромоторов, и громкие флэпы, и звуки разлетающихся банок - все творит неповторимый мир этого соревнования.
Цель игры достаточно проста: за максимально короткое время полностью автономный робот должен выбить из круга расположенные в нем кегли. В качестве кеглей используются самые обычные жестяные трехсотграммовые банки из-под напитков. Именно использование простых гремящих жестянок и дает кегельрингу дополнительную привлекательность. Самым важным при этом является качественный флэп (удар по банке), после которого хочется воскликнуть "Yes!!!" и согнуть правую руку в победном жесте.
Банок всего 8, и они равномерно располагаются на ринге: в каждой четверти ринга должно находиться не более двух банок. Банки ставятся на расстоянии 12-15 сантиметров от широкой черной ограничительной линии. Ширина черной линии - 5 см. Диаметр ринга - 1 м., цвет - белый. Традиционным материалом для изготовления ринга служит обычный ватман. Можно было бы использовать какой-либо пластик и создавать очень красивые ринги, но ватман является наиболее распространенным материалом. Это очень важно для легкой повторяемости ринга. Дело в том, что на высокой скорости робот может иметь сильный дрифт и рассчитать поправку на занос можно только в случае полной уверенности, что на соревнованиях будет точно такая же трасса, как на тренировках. К тому же традиционное использование поверхности бумаги обеспечивает ринг уникальными характеристиками, одновременно сочетая гладкость и достаточное трение.
Ограничений не слишком много: допускается использование любых конструкций, которые не превышают размер 20 см. по ширине и длине. Высота и вес робота не ограничиваются. Робот не должен иметь каких-либо приспособлений для выталкивания банок и выбивать их с ринга исключительно своим корпусом. Во время соревнования размеры робота должны оставаться неизменными. Кроме того, запрещено использование каких-либо клейких приспособлений на корпусе робота для сбора кеглей.
Cеребряный призер олимпиады Анастасия Антонова на старте.
Перед началом соревнования робот помещается строго в центр ринга. На ринге устанавливается 8 кеглей. Перед началом игры участник состязания может поправить расположение кеглей. Окончательная расстановка кеглей принимается судьей соревнования. Робот должен быть включен вручную в начале состязания по команде судьи, после чего в его работу нельзя вмешиваться. Запрещено дистанционное управление или подача роботу любых команд. На очистку ринга от кеглей дается не более 3-х минут. Банка считается вытолкнутой, если никакая ее часть не находится внутри белого круга, ограниченного линией. Один раз покинувшая пределы ринга банка считается вытолкнутой и может быть снята с ринга в случае обратного закатывания. Каждой команде дается не менее двух попыток. В зачет принимается лучшее время из попыток или максимальное число вытолкнутых банок за отведенное время.
На высокой скорости робот может довольно далеко "вылетать" за пределы ринга - это называется ран-аутом. Расстояние "вылета" регламентом не ограничивается. Ограничивается только ран-аут тайм - время, на которое робот выходит за пределы ринга. По регламенту оно не должно превышать 5 секунд.
Наиболее выигрышной схемой для работа является вариант с двумя ведущими колесами (танковая схема). Такая конструкция обеспечивает удобную реализацию разворотов - спинов - и дает возможность реализовать широкую гамму алгоритмов. Можно также сделать робота с одним ведущим мотором и одним мотором для управления поворотом колес (обычно передних). При использовании арк-спина - поворота по дуге, такая схема может быть весьма эффективна. Как вариант можно использовать и одномоторную схему, при которой поворот обеспечивается за счет смещения оси свободных колес во время отъезда назад.
Основными движениями в кегельринге являются флип-флоп и твинсайд флип-флоп в сочетании с различными видами спинов. Флип-флоп состоит из движения вперед до черной ограничительной линии и последующего возвращения робота в исходную позицию. Твинсайд флип-флоп - движение вперед до черной ограничительной линии, затем движение назад до черной линии на противоположной стороне ринга и возвращение в исходную позицию. После флип-флопа обычно следует выполнение спина. Затем последовательность повторяется до тех пор, пока на ринге не останется ни одной банки.
Как для флип-флопа, так и для твинсайд флип-флопа чаще всего достаточно одного датчика, работающего на отраженный свет. Иногда располагают датчики впереди и сзади робота (twinside-sensors) для более легкой реализации твинсайд флип-флопа. В случае использования одного датчика при твинсайд флип-флопе применяют переменную, которую называют дирекшн флаг (direction flag). Для контроля угла захода робота на ограничительную линию используют связку из двух датчиков (biside-sensors), которые располагают слева и справа. Для продвинутых роботов используют четыре датчика (quadroside-sensors) по четырем углам робота, что обеспечивает полный контроль угла захода на ограничительную линию и реализацию коррекции. Четыре датчика ставят в первую очередь в случае применения раф-энд-тамбл алгоритмов.
ФЛИП-ФЛОП (flip-flop) - основная последовательность движений робота в кегельринге. Состоит из движения вперед до черной ограничительной линии и последующего возвращения робота в исходную позицию. За флип-флопом обычно следует выполнение поворота, после чего последовательность действий повторяется.
Твинсайд флип-флоп двукратного олимпийского чемпиона в соревнованиях Кегельринг Евгения Новикова.
ТВИНСАЙД ФЛИП-ФЛОП (twinside flip-flop) - двусторонний флип-флоп. Состоит из движения вперед до черной ограничительной линии, затем движения назад до черной линии на противоположной стороне ринга и завершается возвращением в исходную позицию.
ФЛЭП (flap) - удар корпусом по банке. Выполнение четких флэпов придает банкам резкое ускорение и гарантированный вылет за пределы ринга.
БЭКВАРД ФЛЭП (backward flap) - обратный флэп, удар по кегле задней частью корпуса. Используется в твинсайд флип-флопе.
ХОТ ФЛЭП (hot flap) - удар корпусом, обычно с разворота, когда за пределы ринга вылетает сразу несколько банок.
СПИН (spin) - поворот робота, обычно чередующийся с флип-флопами. При двух ведущих моторах (танковая схема) различают сингл спин (single spin) - поворот с помощью одного мотора - и твин спин (twin spin) - быстрый поворот с помощью противоположно вращающихся моторов. Сингл спин, или по-другому спин на одном моторе, отличается высокой точностью, но низкой скоростью поворота. Обеспечивает гашение инерции. Твин спин, или разворот на двух моторах, обеспечивает высокую скорость поворота, но часто снижает точность робота. При высокой скорости твин спин чаще всего создает дрифт, который чрезвычайно сложно рассчитать и использовать.
СИМПЛ СПИН (simple spin) - поворот, равный сорока пяти градусам.
АРК-СПИН (arc-spin) - поворот по дуге; чрезвычайно эффективен в случае, когда он является частью флип-флоп последовательности.
БЭКВАРД СПИН (backward spin) - обратный разворот. Так, если нам необходимо повернуться на 45 градусов налево, мы можем выполнить бэквард спин вправо на 315 градусов.
Спин Толкачева на соревнованиях 3-й Российской олимпиады роботов. Робот реализован на микроконтроллере ATmega8.
СПИН ТОЛКАЧЕВА (Tolkachevs spin) - поворот с раскручиванием. Состоит из поворота на необходимый угол, к которому добавляется поворот на 360 градусов в ту же сторону. Выполняется на высокой скорости двумя моторами для достижения хот флэпа.
РАФ-ЭНД-ТАМБЛ СПИН (rough-and-tumble spin) - беспорядочный поворот на случайное количество градусов.
СИМПЛ АЛГОРИТМ (simple algorithm) - простой базовый алгоритм, в который входит обычный флип-флоп в сочетании с симпл спином. На данный момент рекордное время было показано именно с помощью этого алгоритма.
ТВИНСАЙДИНГ (twinsiding) - алгоритм с использованием твинсайд флип-флопа. Является самым распространенным подходом при конструировании кегельринг-алгоритмов.
РАФ-ЭНД-ТАМБЛ (rough-and-tumble) - псевдобеспорядочный алгоритм. В основном такой алгоритм рассчитан на достижение быстрой победы благодаря большому количеству хот флэпов.
БАМПЕР (bumper) - непременный атрибут кегельринг-роботов. Обычно делается максимально допустимым по размеру (20 см.). Различают: стрэйт бампер (straight bumper) - стандартный прямой бампер; скью бампер (skew bumper) - косой бампер, граб бампер (grab bumper) - бампер в виде скобы.
ГРАБ БАМПЕР (grab bumper) - форма бампера в виде скобы или ковша, позволяющая роботу "захватывать" банки более эффективно. Необходим в первую очередь для нескоростных роботов, реализующих алгоритмы с точным позиционированием.
ДРИФТ (drift) - рассчитанный занос робота. Хорошо использованный дрифт может дать неоднократные хот флэпы.
РАН-АУТ (run-out) - "вылет" робота за пределы ринга. На практике может достигать 2/3 ширины ринга и не ограничивается регламентом.
РАН-АУТ ТАЙМ (run-out time) - время выхода робота за пределы ринга. По регламенту не должно превышать 5 секунд.
РАНСТЭНДИНГ (runstanding) - способность робота находиться в пределах ринга и не превышать ран-аут тайм более чем на 5 секунд. Является одним из самых важных качеств робота.
Банок всего 8, и они равномерно располагаются на ринге: в каждой четверти ринга должно находиться не более двух банок. Банки ставятся на расстоянии 12-15 сантиметров от широкой черной ограничительной линии. Ширина черной линии - 5 см. Диаметр ринга - 1 м., цвет - белый. Традиционным материалом для изготовления ринга служит обычный ватман. Можно было бы использовать какой-либо пластик и создавать очень красивые ринги, но ватман является наиболее распространенным материалом. Это очень важно для легкой повторяемости ринга. Дело в том, что на высокой скорости робот может иметь сильный дрифт и рассчитать поправку на занос можно только в случае полной уверенности, что на соревнованиях будет точно такая же трасса, как на тренировках. К тому же традиционное использование поверхности бумаги обеспечивает ринг уникальными характеристиками, одновременно сочетая гладкость и достаточное трение.
Основными движениями в кегельринге являются флип-флоп и твинсайд флип-флоп в сочетании с различными видами спинов. Флип-флоп состоит из движения вперед до черной ограничительной линии и последующего возвращения робота в исходную позицию. Твинсайд флип-флоп - движение вперед до черной ограничительной линии, затем движение назад до черной линии на противоположной стороне ринга и возвращение в исходную позицию. После флип-флопа обычно следует выполнение спина. Затем последовательность повторяется до тех пор, пока на ринге не останется ни одной банки.
Как для флип-флопа, так и для твинсайд флип-флопа чаще всего достаточно одного датчика, работающего на отраженный свет. Иногда располагают датчики впереди и сзади робота (twinside-sensors) для более легкой реализации твинсайд флип-флопа. В случае использования одного датчика при твинсайд флип-флопе применяют переменную, которую называют дирекшн флаг (direction flag). Для контроля угла захода робота на ограничительную линию используют связку из двух датчиков (biside-sensors), которые располагают слева и справа. Для продвинутых роботов используют четыре датчика (quadroside-sensors) по четырем углам робота, что обеспечивает полный контроль угла захода на ограничительную линию и реализацию коррекции. Четыре датчика ставят в первую очередь в случае применения раф-энд-тамбл алгоритмов.
