NOAH's BOTS

Este documento descreve as regras da competição entre robôs móveis autônomos construídos como parte do trabalho final da disciplina Introdução à Robótica, oferecida pelo Departamento de Ciência da Computação da UFMG no segundo semestre de 2010. O objetivo da competição é proporcionar ao aluno a experiência de projetar, construir e integrar um sistema robótico complexo funcional, que deve interagir adequadamente com o mundo real (dinâmico e parcialmente estruturado).

Todo o material a ser utilizado na construção dos robôs é fornecido aos alunos, com exceção da “regra dos R$ 50,00”, descrita mais adiante. As funcionalidades básicas que cada robô deverá demonstrar incluem:

1. Utilizar diversas capacidades sensoriais;
2. Controlar corretamente a velocidade, posição e orientação do robô;
3. Navegar em ambientes estruturados;
4. Identificar e coletar apenas os objetos de interesse;
5. Executar eficientemente a missão a partir de planos/estratégias.

Ao final da competição os alunos terão aprimorado seus conhecimentos de robótica em geral e, em particular, a integração entre diversos conceitos das áreas de computação, engenharias elétrica, eletrônica, mecânica e controle, além da física. Todo o processo, desde a concepção à implementação, tem como objetivo principal contribuir para reduzir o gap entre “abstrações teóricas de modelos perfeitos”, com os quais o aluno lida mais frequentemente, e “o mundo real”, caracterizado por incertezas, ruídos, não-linearidades e tantas outras “idiossincrasias”.

O recente derramamento de petróleo, cuja a área é comparável ao tamanho de um país como Porto Rico, afetou a vida de várias espécies da fauna.

Um possível e importante auxílio na proteção da fauna é a utilização de robôs autônomos que poderão coletar e resgatar várias espécies de animais.

Motivados por este problema atual, neste semestre as equipes foram designadas para desenvolver sistemas capazes de encontrar e salvar animais e aves do contato com o petróleo.

Os robôs construídos serão lançados em uma área onde ocorreu vazamento de petróleo. Eles terão, então, a missão de coletar espécies e levá-las a uma área segura.

Em um local específico da região de trabalho foi disponibilizado um poderoso detergente que é capaz de imediatamente remover todo o óleo pesado do couro dos animais e das penas das aves. Onde ele for lançado, combina-se com o petróleo produzindo água limpa. Os robôs também deverão encontrar esse detergente, e utilizá-lo para salvar as espécies resgatadas. Infelizmente apenas um pequeno frasco está disponível.

Nesta competição as equipes irão se enfrentar e, ao final, o robô que resgatar o maior número de espécies (vide regras a seguir) receberá o título e as honrarias dignas do robô mais eficiente.

A missão de cada robô, portanto, será resgatar o maior número possível de espécies. Porém, durante a sua saga, esse agente robótico deverá tomar cuidado para não contaminar as espécies com o petróleo derramado em toda parte. As espécies que forem resgatadas por um robô na área da base podem ser removidos por outro robô.

A imagem a seguir representa o campo da competição (área com vazamento).

• Dois robôs (A e B) começarão em suas respectivas bases, que estão em lados opostos do campo. Ao lado de cada base existe uma área para manter os animais

resgatados. Todos os animais salvos devem ser colocados nessa área.

• A posição dos animais é, em princípio, parcialmente conhecida (qualquer posição sobre as linhas pretas laterais).
• Já a posição dos blocos de petróleo é completamente aleatória, podendo inclusive aparecer sobre a rampa que conduz ao poderoso detergente.
• No platô da rampa está o detergente, o qual é valiosíssimo e deve ser levado para a área da base para salvar as espécies coletadas.
• O número de animais (blocos e bolinhas) utilizado será maior do que o representado na figura.
• As bolinhas e os blocos serão de isopor, pintados com tinta guache.
• O campo de competição é de formato retangular, com as principais marcações feitas com fita adesiva preta de 5 cm de largura.
• O platô da rampa tem aproximadamente 5 cm de altura, alcançável por acessos com inclinação de cerca de 18 graus.

• Cada lado do campo possui uma base, que é a área quadrada delimitada pela fita adesiva preta.
• Cada base possui, em seu centro sob o piso do campo, um lâmpada de dará o início da partida. O robô deverá ser capaz de detectar o início da partida quando essa lâmpada for acesa (ela será apagada em seguida após um intervalo de tempo não determinístico).
• Na parte de trás de cada base, localizada sobre o ressalto, há uma fonte de luz polarizada (descrita a seguir) que a identifica o lado pela orientação do filtro.
• Em ambos os lados de cada base estão as áreas de resgate onde as espécies devem ser colocadas.
• Em cada partida, o robô que não sair de sua base, será considerado perdedor vale ser empurrado pelo outro robô).

Duas fontes de luz com polarizações ortogonais (+45 e -45 graus em relação à vertical) são colocadas atrás de cada uma das bases.

Quando o lado do campo de jogo é sorteado, os competidores devem calibrar os sensores de seus robôs apenas por meio de comandos (botões, “jog-dial” e, por exemplo, escolhidos de um menu exibido no LCD da Handy-Board). Não é permitido nenhuma alteração física dos robôs e nem mesmo o uso de um computador externo ou controle remoto.

• O robô deverá trazer marcado claramente onde se localiza a sua parte frontal (frente do robô).
• O robô deve caber em um cubo de 30cm de lado no momento de início da partida. Entretanto, posteriormente, pode se expandir além dessas dimensões (cuidado com a rampa).
• A estrutura do robô deve ser exclusivamente construída com as peças LEGO fornecidas. Borrachas e mangueiras existentes nos Kits LEGO são consideradas peças válidas, mas não podem ser utilizadas para fornecer suporte estrutural aos robôs.
• Peças LEGO não podem ser coladas, amarradas, unidas com fita, umas às outras, com exceção das bases dos motores.
• As peças existentes nos Kits LEGO não podem ser alteradas em qualquer hipótese.
• Peças extras em quantidade limitada estarão disponíveis com a finalidade de montar sensores e motores.
• Peças não-LEGO não podem ser coladas a peças LEGO, mas devem ser aprovadas pelos monitores.
• Fios e cabos podem ser utilizados apenas com fins elétricos e não estruturais.
• Nenhum tipo de lubrificante pode ser utilizado.

• O robô deve ser autônomo. Não é permitida nenhuma comunicação - com ou sem fio -, com qualquer dispositivo externo.
• O robô deve ser controlado exclusivamente pela Handy-Board.
• Nenhuma peça ou substância deve ser intencionalmente depositada no campo. O robô que apresentar este comportamento, a juízo da comissão, será
• desclassificado da competição.
• Não é permitido que o robô tente destruir seu adversário. O robô que apresentar este comportamento, a juízo da comissão, será desclassificado da
• competição.
• O processo de coleta dos blocos não poderá destruí-los nem perfurá-los. Entretanto os blocos podem ser deformados por um tempo suficientemente
• curto durante a preensão e o transporte, mas sem causar alteração da sua forma.

A competição será dividida em duas etapas. Na etapa classificatória, os robôs disputam entre si somando pontos por essas vitórias, sendo que os dois melhores irão para a grande final. Na final, vence o robô que ganhar duas de três partidas, sendo declarado o “agente de resgate” vencedor da competição de Introdução à Robótica 2009/2.

Em cada partida, os pontos obtidos por uma equipe são os seguintes:

• 3 pontos: Para o robô que marcar mais pontos;
• 1 ponto : para cada robô se houver empate.
• 0 pontos: Para o robô perdedor.
• -1 ponto: Caso o robô não saiam de sua base durante toda a partida,
• será automaticamente declarado perdedor.

Na fase classificatória serão utilizados os seguintes critérios de desempate (necessariamente nessa ordem):

1. Maior número de pontos marcados no total das partidas;
2. Menor número de animais recuperados;
3. Maior número de vezes que o detergente foi capturado;
4. Torcida mais animada ;
5. Par ou impar.

• Os pontos P obtidos em uma partida são contados ao final do jogo, e os pontos referentes à classificação são computados conforme descrito anteriormente. Algumas questões devem ser observadas:
• Uma espécie é considerada estar dentro da área de salvamento se ela estiver completamente contida na região delimitada pelas, e incluindo, as faixas pretas.
• Uma espécie está sob controle do robô se ao erguê-lo da mesa, a espécie não se desprender do robô.
• A pontuação P de cada equipe é uma soma que depende da quantidade de espécies capturadas (no robô e na base), além de um fator multiplicador determinado pela captura do detergente.

A pontuação por elemento é dado pela tabela abaixo:

• Para encorajar a criatividade dos competidores será permitido que cada equipe invista R$50,00 de seus próprios recursos financeiros na compra de componentes eletrônicos adicionais. Nenhum item individualmente poderá custar mais do que R$5,00.
• As seguintes categorias de componentes são proibidas: baterias, circuitos para acionamento de motores ou para modificar os sistemas de acionamento existente, microprocessadores ou micro-controladores.
• Motores extras serão permitidos até o limite adicional de 2 por equipe.
• Resistores de menos de 1 watt e capacitores menores que 100uF podem ser utilizados livremente e sem contabilizar no total dos R$50,00.
• Se a equipe desejar incluir algum tipo de componente diferente daquele fornecidos, esse deve ser apresentado com antecedência à comissão, quando pelo menos dois membros da equipe explicarão a função de tal componente no sistema, bem como o circuito esquemático que mostra sua utilização e a nota de compra dos componentes. A comissão se reserva o direito de não aceitar a inclusão de tal componente ou mesmo as informações fornecidas caso as julgue inadequadas para o objetivo da competição. Portanto, antes de incorporar tais componentes, verifique antes com a comissão.
• Se as equipes utilizarem componentes que não foram comprados, e por isso não possuem nota de compra, o preço desses componentes será estimado pela equipe e a sua utilização durante a competição deverá ser previamente aprovada pela comissão.

A seguir temos um exemplo de uma partida:

1. As equipes são chamadas para competir.
2. O lado do campo de cada equipe é sorteado.
3. O cronômetro é acionado. As equipes terão 60 segundos para calibrar os robôs. A luz de partida permanece apagada durante todo esse período e a luz polarizada é mantida acesa. Os blocos e as bolinhas estarão à disposição de cada equipe para fins de calibração.
4. É realizado o sorteio da orientação de partida de cada robô na base.
5. Um integrante do grupo apenas posiciona o robô conforme a orientação sorteada, após o qual todos os integrantes devem se afastar da mesa. A partir deste momento nenhum contato físico com os robôs é permitido.
6. Os blocos e as bolinhas são posicionados na mesa a critério da comissão.
7. O cronômetro e a luz de partida são acionados concorrentemente.
8. Os robôs já podem dar início a execução de suas tarefas.
9. Após um tempo aleatório (dependendo do juiz), a luz de partida é desligada.
10. Exatamente 60 segundos após a luz de partida ter sido acesa, os robôs devem parar qualquer movimento.
11. A contagem dos pontos é realizada.
12. Vencedores e perdedores são anunciados;
13. Os robôs são retirados de campo.