CC BY
31ОСОБЕННОСТИ ПОДГОТОВКИ ШКОЛЬНИКОВ К РОБОТОТЕХНИЧЕСКИМ СОРЕВНОВАНИЯМ
ПОВЫШЕННОЙ СЛОЖНОСТИ 1 2 Лыткин С.Д. , Лыткин Ф.С.
1Лыткин Сергей Дмитриевич - руководитель, Центр электронного обучения,
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова;
2Лыткин Федор Сергеевич - учащийся, Государственное бюджетное нетиповое общеобразовательное учреждение Республики Саха (Якутия) Республиканский лицей-интернат, г. Якутск
Аннотация: авторами сделан краткий анализ действий по созданию робота на контроллере Lego Mindstorms EV3 для участия в соревновании «AutoNet14+» Всероссийского робототехнического фестиваля «Робофест» и предложены рекомендации по подготовке школьников к робототехническим соревнованиям повышенной сложности. Ключевые слова: Lego, EV3, AutoNet, Робофест, робототехника.
Робототехнические соревнования повышенной сложности, как правило, моделируют процессы, происходящие в реальном мире. Так и соревнование «AutoNet14+» Всероссийского робототехнического фестиваля «Робофест» направлено на разработку мобильных робототехнических систем, способных в автономном режиме решать задачи транспортировки, ориентироваться в условиях городского движения и принимать решения в различных дорожных ситуациях [1].
Приводим описание основных действий по подготовке в течение месяца к соревнованию «AutoNet14+», позволивших нашей команде в 2017 году занять 1 место в номинации «Игра» и стать абсолютным победителем этого соревнования, а в 2018 году занять 2 место в номинации «Инженерная книга».
Команда в 2017 году состояла из учащихся 7 и 8 классов, которые имели успешный опыт всероссийских соревнований, программировали в визуальной среде EV3, были знакомы с языком программирования Си в рамках уроков информатики. Члены команды разновременно прошли не более 12 часов вводных занятий на тему «Язык программирования Java» и «Компьютерное зрение и библиотека OpenCV».
Полезно вести журнал запланированных и выполненных работ с указанием дат, журнал по учету предполагаемых, выполненных и отмененных задач. Необходимо создавать копии текущей версии программы или проекта перед внесением любых изменений, и указывать номера версий в специальном журнале учета версий с подробным описанием причин изменений.
Необходимо тщательно изучить регламент. Сначала необходимо изучить ограничивающие правила: возрастные ограничения участников, количество участников, перечень разрешенного оборудования и программного обеспечения, ограничения по размерам роботов, разрешенный способ управления роботом и прочее. Полезно создать укороченную версию регламента, где удалены все абзацы, не касающиеся технических аспектов реализации робота.
Задание соревновательного регламента [1] мы разбили на этапы:
1. После нажатия кнопки «Run» робот в зоне старта должен распознать адрес доставки грузов на специальной карточке размером 20х20 см, прикрепляемой судьей после запуска роботов на торце ближайшего дома, и выехать на дорожную полосу. Карточка выбирается случайным образом из большого набора карточек красного, желтого, зеленого и синего цветов с номерами домов;
2. Робот должен доехать, не нарушая правил дорожного движения, до зоны складов и загрузить себе грузы в виде деревянных брусков 5х5х10 см;
3. Робот должен проехать по улицам до дома с адресом, определенным на первом этапе, и выгрузить грузы;
4. Робот должен вернуться на свою зону старта до истечения 180 секунд.
Далее, мы определили перечень всех задач, стоящих перед участниками:
1. Робот должен уложиться в ограничение размеров: минимум 30х30х30 см, максимум 45х45х60 см;
2. Робот должен распознавать цвет карточки и число на ннем, числа на домах, цвет домов;
3. Робот должен уметь двигаться по белой полосе шириной 50 см, ограниченной по краям двумя черными линиями шириной 2,5 см;
4. Робот должен уметь совершать на перекрестках повороты, развороты;
5. Робот образом должен распознавать состояние светофора, дорожные знаки или их дублирующую разметку;
6. Робот должен уметь загружать и разгружать грузы;
7. Робот должен уметь определять кратчайший маршрут от его текущего положения до необходимого места;
8. Робот должен точно определять место расположения дома, указанного в адресе доставки, на улицах макета города;
Основная техническая реализация и программное обеспечение были выбраны, в первую очередь, с точки зрения постепенного усложнения учебного материала. Изначально не ставилась цель выбора специального оборудования и программного обеспечения, которое обеспечивало высокие шансы на победу над высококвалифицированными командами. Поэтому робот работал под управлением контроллера Lego Mindstorms EV3. Операционная система leJOS 0.9.1-beta позволила подключить видеокамеру к EV3 и использовать библиотеку компьютерного зрения OpenCV 2.4.11 [2]. Ставились реальные цели, например, 4-й этап был сразу проигнорирован в силу недостаточности для нашего робота времени выполнения задания в течение 180 секунд.
Решения по реализации каждой задачи были приняты с учетом квалификации участников. По каждой задаче мы запланировали примитивный и продвинутый варианты решения. В итоге были частично реализованы 5-я и 8-я задачи. Совсем не была реализована 7-я задача, но это было не критично в 2017 году в связи с небольшим количеством перекрестков на игровом поле.
Робот нашей команды получился не самый продвинутый среди других по отдельным пунктам, но зато он имел более оптимальный баланс примененных инженерных решений, имел аварийные решения по многим пунктам. Постановка посильных задач, поэтапная организация работ и солидный соревновательный и исследовательский опыт школьников привели нашу команду к успеху.
Пункт 7 был реализован в следующем году, робот отлично ездил по улицам увеличившегося игрового поля и показал пятый результат в игре.
Список литературы
1. Регламент соревнований «AutoNet 14+». [Электронный ресурс]. Режим доступа:
http://russianrobotics.ru/competition/autonet/autonet-14/, свободный. Загл. с экрана/ (дата
обращения: 07.11.2018).
2. LEJOS Java for LEGO Mindstorms». [Электронный ресурс]. Режим доступа:
http://lejos.org/, свободный. Загл. с экрана/ (дата обращения: 07.11.2018).
