全国中小学信息技术创新与实践活动全国中小学信息技术创新与实践活动Network Originality CompetitionNetwork Originality Competition

（第十届全国中小学信息技术与实践活动虚拟机器人灭火赛项培训讲义）（第十届全国中小学信息技术与实践活动虚拟机器人灭火赛项培训讲义）

南昌 培训人：汪卫军2012 年 03 月 31 日

赛事概况赛事概况

第十届 NOC 学生竞赛项目

虚拟机器人灭火

虚拟机器人灭火虚拟机器人灭火

NOCNOC 比赛比赛

第一阶段3D 虚拟仿真机器人灭火

第二阶段机器人现场主题创作

总成绩

60% 40%

热博科技热博科技

热博机器人 3D虚拟仿真系统

软件 V1.0.0.0

热博 HOTROBOT型教学机器人套装

第一阶段任务第一阶段任务虚拟仿真机器人灭火是模拟现实家庭环境中处理火警的过程。制作一个由计算机程序控制的虚拟机器人，在一套模拟平面结构的房间里运动，找到代表房间里火灾点的正在燃烧的蜡烛并尽快将它扑灭。

虚拟机器人灭火虚拟机器人灭火

第一阶段场地说明第一阶段场地说明

虚拟机器人灭火虚拟机器人灭火

出发位置

搜救区域

4 号

1 号

2 号

3 号

门口识别白线

黑色地板

白色墙壁

蜡烛火焰

火焰识别圈

模拟家具

第一阶段比赛规则第一阶段比赛规则

虚拟机器人灭火虚拟机器人灭火

出发小学组

初中组

高中组

搜索房间 灭火 停止

出发 搜索房间 灭火 回家（回到出发点） 停止

出发 搜索房间 灭火 搜救 停止回家（回到出发点）

机器人停在灭火的位置

机器人停在出发位置

机器人停在出发位置

第一阶段比赛规则第一阶段比赛规则

虚拟机器人灭火虚拟机器人灭火

任务划分

小学组

初中组

高中组

灭火任务

灭火任务 回家任务

灭火任务 搜救任务 回家任务

任务目标：在 3 分钟内机器人从启始点出发，搜索房间找到火焰、熄灭火焰并停止

任务目标：在 3 分钟内机器人从启始点出发，搜索房间找到火焰、熄灭火焰

任务目标：机器人完成灭火任务后，在 4 分钟内回到出发点停止，并且中途不得进入任何房

间

任务目标：在 3 分钟内机器人从启始点出发，搜索房间找到火焰、熄灭火焰

任务目标：机器人完成搜救任务后，在 4 分钟内回到出发点停止，并且中途不得进入任何房

间任务目标：机器人完成灭火任务后，在 3 分钟内到达搜救区域，然后走出灭火所在房间。机器人垂直投影全部走出房间

第一阶段比赛规则第一阶段比赛规则

虚拟机器人灭火虚拟机器人灭火

◆ 各单项任务必须根据以上任务顺序完成否则即整个任务失败

◆ 每个单项任务必须在其相应的顺序和位置完成才能算该单项任务完成

◆ 比赛过程中，任何一个单项任务失败，则此次计时比赛结束，此次任务及其后的各单项任务均按失败计时

◆ 各单项任务失败其时间均按照最长时间计时，并且不能获得相应任务系数

任务完成

NOC 虚拟机器人灭火任务表任务描述 小学 初中 高中

灭火任务

任务目标在 3 分钟内机器人从启始点出发，搜索房间找到火焰、熄灭火焰并停止

在 3 分钟内机器人从启始点出发，搜索房间找到火焰、熄灭火焰

在 3 分钟内机器人从启始点出发，搜索房间找到火焰、熄灭火焰

计时阶段 从出发开始到灭火停止 从出发开始到熄火 从出发开始到熄火

失败因素机器人没有出发、搜索房间失败、找不到火焰、没有到达火焰识别圈、没有灭火、灭火后没有停止、超时等

机器人没有出发、搜索房间失败、找不到火焰、没有到达火焰识别圈、没有灭火、超时等

机器人没有出发、搜索房间失败、找不到火焰、没有到达火焰识别圈、没有灭火、超时等

失败计时 180 钞 180 钞 180 钞

搜救任务

任务目标 　 　机器人完成灭火任务后，在 3 分钟内到达搜救区域，然后走出灭火所在房间。机器人垂直投影全部走出房间

计时阶段 　 　从灭火后开始到走出灭火所在房间。机器人垂直投影全部走出房间门口白线

失败因素 　 　 没有到达搜救区域、没有走出灭火房间、超时等

失败计时 　 　 180 秒

回家任务

任务目标 　机器人完成灭火任务后，在 4 分钟内回到出发点停止，并且中途不得进入任何房间

机器人完成搜救任务后，在 4 分钟内回到出发点停止，并且中途不得进入任何房间

时计阶段 　 从灭完火开始到返回到出发点并且停止 从走出灭火房间门口开始到返回到出发点并且停止

失败因素 　 没有走出灭火房间、再次进入任何房间、没有回到出发点并且停止、超时等

再次进入任何房间、没有回到出发点并且停止、超时等

失败计时 　 240 秒 240 秒

第一阶段比赛评分标准第一阶段比赛评分标准1. 评分标准① 每次得分 =600 －实际时间 × 房间系数② 参赛队伍程序连续运行两次，取得分较高的一次计为该阶段的竞赛成绩（得分越高成绩越好） 。

③ 参赛队伍该阶段的得分占其成绩的 60% 。2. 任务完成判断及其系数 ① 灭火任务：超时视为任务失败。 ② 搜救任务：机器人走出蜡烛及搜救区域所在房间但未能到达搜救区域、超时均视为任务失败。

③ 回家任务：机器人回家途中进入任何房间（机器人全部越过白线即为进入房间）、机器人进入起始位置而未停止动作、机器人未回到起始位置、超时均视为任务失败。

注：各单项任务必须根据以上任务顺序完成否则即整个任务失败。每个单项任务必须在其相应的顺序位置完成才能算该单项任务完成，当前各单项任务失败则此次计时比赛结束，此任务及其之后的各单项任务按任务失败计时。各单项任务失败其时间按照最长时间计时，并且不能获得相应任务系数

虚拟机器人灭火虚拟机器人灭火

第一阶段比赛评分标准第一阶段比赛评分标准

虚拟机器人灭火虚拟机器人灭火

3. 房间系数

机器人找到蜡烛前搜索的房间越多，房间系数值越小。①成功搜索 1 个房间，房间系数为 1.00 。②成功搜索 2 个房间，房间系数为 0.75 。③成功搜索 3 个房间，房间系数为 0.50 。④成功搜索 4 个房间，房间系数为 0.30 。

注：机器人搜索房间顺序不限，机器人须全部越过门框白线进入房间内才能视为机器人搜索了该房间。未完成灭火任务不计算房间系数；重复搜索同一个房间，房间系数不重复计算。

4. 实际时间

①实际时间为系统自动计时时间。包括灭火时间、搜救时间和回家时间。②搜救时间定义：机器人熄灭蜡烛开始计时至机器人完全离开搜救对象所在房间终止。机器人地面垂直投影完全越过房间的白线视为机器人离开房间。③回家时间（初中组）定义：机器人熄灭蜡烛开始计时至机器人回

到代表家的白色区域并处于静止状态终止。④回家时间（高中组）定义：机器人离开搜救对象所在房间开始计

时至机器人回到代表家的白色区域并处于静止状态终止。

第一阶段比赛评分标准第一阶段比赛评分标准

虚拟机器人灭火虚拟机器人灭火

小学虚拟灭火方案小学虚拟灭火方案

虚拟机器人灭火虚拟机器人灭火

初中虚拟灭火方案初中虚拟灭火方案

虚拟机器人灭火虚拟机器人灭火

高中虚拟灭火方案高中虚拟灭火方案

虚拟机器人灭火虚拟机器人灭火

机器人走迷宫的简单实现机器人走迷宫的简单实现1.1. 所谓机器人走迷宫其实就是在一个迷宫中沿着一面墙行走，所谓机器人走迷宫其实就是在一个迷宫中沿着一面墙行走，

并且不撞上或者脱离这面墙。并且不撞上或者脱离这面墙。2.2. 机器人走迷宫，其实就是利用红外避障传感器检测到障碍返机器人走迷宫，其实就是利用红外避障传感器检测到障碍返

回数值回数值 00 ，没检测到障碍返回数值，没检测到障碍返回数值 11 的原理来实现的。下面的原理来实现的。下面我们具体介绍一种典型的走迷宫的方法。我们具体介绍一种典型的走迷宫的方法。

机器人示意图

走迷宫的几种状态处理走迷宫的几种状态处理

图 1机器人直行

图 2机器人右转

图 3机器人右转

图 4机器人左转

第二阶段现场主题制作第二阶段现场主题制作选拔赛参赛队伍依据组委会统一提供的机器人构件（全国决赛采用“杭州热博科技有限的积木式机器人平台— HOTROBOT” 器材）按走孤胆英雄的主题依序进行现场机器人搭建、编程及动作展示。参赛队伍该阶段的得分占其总分数的 40% ，与第一阶段得分相加后为参赛队伍的最终得分。最终得分最高者优胜。

现场主题制作现场主题制作

场地任务与场地要求场地任务与场地要求

现场主题制作现场主题制作

　 　 　 　 　 　 　 　终点

　 　 　 　 　 　 　 　

　 　 　 　 　 　 　 　 　 　

　 　 　 　 　 　 　 　 　 　

　 　 　 　 　 　 　 　 　 　

　 　 　 　 　 　 　 　 　 　

　 　 　 　 　 　 　 　 　 　

　 　 　 　 　 　 　 　 　 　

起点

　 　 　 　 　 　 　

　 　 　 　 　 　 　 　

场地任务与场地要求场地任务与场地要求1. 整个比赛场地为白色灯箱布喷绘而成。2. 场地中的每个白色的方格子是边长为 20厘米的正方形（不包含线条），每条

线的宽度为 2厘米，颜色为黑色。3. 起点：起点是边长 46厘米的黑色正方形。机器人出发前，整个身体必须位于起点黑色区域内。机器人完全走出起点，位于 A 线或者 B 线上，就得到了起点的 1 分。

4. 生死转盘：生死转盘为一个直径为 4厘米的黑色圆点，位于交叉点上。机器人到达生死转盘后开始原地旋转 360度，机器人在原地旋转时不得脱离黑色转盘，脱离该转盘即任务失败。多转不得分。

5. 雷区：雷区分布着 10颗地雷。地雷是竖放的 5 号电池（直径 1.5厘米，高度 5厘米）。过雷区时，机器人碰倒 2 个地雷就算任务失败，碰倒一个地雷不得分。机器人整体通过雷区才能得分。

6. 沼泽：是由一段宽度是 25厘米的通道。通道的直线距离是 42厘米。通道用高度 45厘米厚 2左右厘米的木板组成，两边木板的上方用木条钉好，墙壁上粘满了双面胶。机器人完全通过沼泽才能得分。

7. 1 分点：该交叉点旁标着黄色的数字 1 。机器人完全通过该点就得到 1 分。8. 终点：终点是边长为 40厘米的黑色正方形，当机器人完全进入终点，并且停

止 2 秒以上时间，就得到终点得 5 分。9. 实际场地可能有 0.2厘米的误差，以实际提供的场地为准。

现场主题制作现场主题制作

实际场地示意图实际场地示意图

现场主题制作现场主题制作

实际场地示意图实际场地示意图

现场主题制作现场主题制作

实际场地示意图实际场地示意图 -------- 雷区雷区

现场主题制作现场主题制作

10厘米

10厘米

10厘米

10

厘米

10厘米 10厘米

10厘米 10厘米 10厘米 10厘米

10厘米10

厘米

10

厘米

10

厘米

10

厘米

10

厘米

10

厘米

实际场地示意图实际场地示意图 -------- 沼泽沼泽

现场主题制作现场主题制作

实际场地示意图实际场地示意图 -------- 生死转盘生死转盘

现场主题制作现场主题制作

任务目标任务目标

现场主题制作现场主题制作

◆ 机器人从起点（ 1 分）出发，沿着黑色线条，到达终点，限时 5 分钟。沿途寻找 5 个 1 分点， 1 个生死转盘 (2 分 ) 、 1 个雷区 (3 分 ) 、 1 个沼泽 (4 分 ) 、终点 (5 分 ) ，共 10 个得分点。◆ 得分点是现场随机分布，都位于十字交叉点上（注意：机器人只有完全通过得分点才能获得分数，重复通过同一得分点不重复得分）。◆ 机器人前进时不得跳过相邻的交叉点，到达斜对角的交叉点，否则就算任务失败，该轮比赛结束。◆ 任务失败时，计时停止，计分结束，原先的得分有效。

任务目标任务目标

现场主题制作现场主题制作

◆ 小学组：必须完成生死转盘任务，其它任务可选择完成并得相应分数。如果没有完成生死转盘任务，则该项目成绩将扣除相应必须完成任务的分数。（该任务没有完成不得分，还要扣罚相应的分数。） ◆ 初中组：必须完成生死转盘、雷区两任务，其它任务可选择完成并得相应分数。如果没有完成必须完成的任务，则该项目成绩将扣除相应没有完成任务的分数。（该任务没有完成不得分，还要扣罚相应的分数。）◆ 高中组：必须完成生死转盘、雷区、沼泽三任务，其它任务可选择完成并得相应分数。如果没有完成必须完成的任务，则该项目成绩将扣除相应没有完成任务的分数。（该任务没有完成不得分，还要扣罚相应的分数。）

1. 机器人尺寸必须为不大于直径为 20厘米高度为 15厘米的圆柱体。

2. 竞赛用时： 90 分钟 /组别（在规定用时内可进行机器人搭建、编程、场地调试及程序调整。

3. 比赛时，机器人在同一地点（终点除外）停止 1 分钟以上的就算任务失败，原先得分有效，计时停止。

4. 动作展示仅限一次，时长 5分钟 /组别，按抽签顺序完成 。

竞赛规则竞赛规则

现场主题制作现场主题制作

（ 1 ）动作展示用时：机器人由起点（整个机器人须全部落在起点黑色色块内）启动后开始计时至到达终点（机器人全部进入终点黑色色块内并停止 2 秒以上）停止计时。

（ 2 ）规定动作展示时间内，机器人按规定取得分数越高成绩越好。

评分标准评分标准

现场主题制作现场主题制作

相关说明相关说明

◆ 该项比赛为现场搭建、现场编程、现场调试项目，不允许参赛选手带任何计算机存储介质（ U盘、光盘、磁盘等）进场。不允许带组装完好的机器人套装（机器人主机平台应和种类积搭套件、传感器分离，现场搭建）。违反规定且不听裁判阻劝者判定比赛失败。

◆ 在规定用时内可进行机器人搭建、编程、程序导入、场地调试及程序调整。

◆ 成绩计算：总成绩 = 虚拟灭火得分 × 60% + 机器人现场主题创作得分 × 40% 。

◆ 比赛成绩以得分高的为胜；得分相同看时间，以机器人现场主题创作用时少的为胜。

现场主题制作现场主题制作

方案演示视频方案演示视频

现场主题制作现场主题制作

两灰度传感器走轨迹介绍两灰度传感器走轨迹介绍

现场主题制作基本轨迹介绍现场主题制作基本轨迹介绍

1.1.两个都没看到黑线机器人往前走直线两个都没看到黑线机器人往前走直线2.2.左看到黑线机器人往左转左看到黑线机器人往左转3.3.右看到黑线机器人往右转右看到黑线机器人往右转4.4.注意：走的时候传感器处于线的两边注意：走的时候传感器处于线的两边

现场主题制作现场主题制作

杭州热博科技有限公司杭州热博科技有限公司

孤胆英雄—设计思路及要点孤胆英雄—设计思路及要点• 项目简介

– 计分点：起点、普通计分点、生死转盘、雷区、沼泽、终

点

A

B

A

B

现场主题制作现场主题制作

杭州热博科技有限公司杭州热博科技有限公司

A

B

终点

起点

A

B

杭州热博科技杭州热博科技 HOTROBOTHOTROBOT控制器控制器

杭州热博科技有限公司杭州热博科技有限公司

A

B

A

B

现场主题制作现场主题制作

杭州热博科技有限公司杭州热博科技有限公司

孤胆英雄孤胆英雄• 机器人运动方向定义

A

B

A

B

11

22

44

33

现场主题制作现场主题制作

杭州热博科技有限公司杭州热博科技有限公司

孤胆英雄孤胆英雄• 计分节点参数标识

– Fen_x: 该节点 X轴方向坐标– Fen_y: 该节点 Y轴方向坐标– Fen_t: 该节点属性； 1-普通计分点， 2- 生死转盘，

3-雷区， 4-沼泽， 5-终点。• 计分点数组，从第一个计分点开始，将机器人需要经过的计分点依次记录在数组里。机器人根据计分数组对计分节点进行遍历。A

B

A

B

现场主题制作现场主题制作

杭州热博科技有限公司杭州热博科技有限公司

孤胆英雄孤胆英雄• 机器人行走思路

– 机器人在出发点，取下一计分点的属性值，根据属性值来判断怎么走到下一计分点。

– 机器人到达目标计分点后，取根据该计分点的属性，完成该计分点的任务：普通计分点、雷区只是经过即可；生死转盘计分点需要转 360度；沼泽则需要启用红外测障传感器走出沼泽区；终点则需要停止机器人。

AA

热博仿真软件简介热博仿真软件简介

杭州热博科技杭州热博科技 RB-3DRSSRB-3DRSS 仿真系统仿真系统

热博仿真软件特点

物理引擎

重力、摩擦力作用力、反作用力速度、加速度

等物理量

全景 3D 仿真多类项目

迷宫灭火类轨迹类对抗类综合类

虚拟灭火演示虚拟灭火演示

杭州热博科技杭州热博科技 RB-3DRSSRB-3DRSS 仿真系统仿真系统

热博图形化编程软件( 软件流程图 )

热博机器人 3D 虚拟仿真软件

仿真软件仿真软件 ---- 物理引擎演示物理引擎演示

杭州热博科技杭州热博科技 RB-3DRSSRB-3DRSS 仿真系统仿真系统

物理引擎重力、摩擦力

作用力、反作用力等

仿真软件仿真软件 ---- 物理引擎演示物理引擎演示

杭州热博科技杭州热博科技 RB-3DRSSRB-3DRSS 仿真系统仿真系统

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作用力、反作用力等

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