Competição

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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 2012. O objetivo da competição é proporcionar aos alunos 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 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 velocidade, posição e orientação;
3. Navegar em ambientes estruturados;
4. 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. Todo o processo, desde a concepção à implementação, tem como objetivo principal contribuir para reduzir a distância entre as “abstrações teóricas de modelos perfeitos”, com os quais o aluno lida normalmente, e “o mundo real”, caracterizado por incertezas, ruídos, não-linearidades e tantas outras “idiossincrasias”.

Recentemente o mundo acompanhou o pouso da sonda Curiosity enviada pela NASA (agência espacial americana) ao planeta Marte. A operação foi um grande sucesso da engenharia, tendo como principal missão: descobrir se o planeta vermelho tem (ou já teve) os ingredientes necessários para o surgimento de vida. Os principais detalhes podem ser encontrados em http://www.nasa.gov/mission_pages/msl/index.html.

O pouso aconteceu na cratera Gale, em cujo centro está localizado o Aeolins Mons (também conhecido como Monte Sharp), uma montanha com mais de 5 km de altitude. É para lá que a Curiosity irá se dirigir durante a missão. Formada a partir do impacto de um cometa, Gale aparentemente esteve cheia de água durante centenas de milhões de anos – como indica sua geologia. Nesse caso, as camadas de solo do Monte Sharp devem ajudar os cientistas a entender melhor o fenômeno.

Motivados por esse problema, neste semestre sete equipes foram designadas para desenvolver sistemas capazes de subir a montanha e procurar por vestígios de água no seu topo. Os robôs construídos serão sistemas espaciais, enviados ao planeta vermelho, com a missão de coletar amostras e levá-las a área de análise na base de pouso. Além disso, os robôs deverão ainda encontrar reservatórios de água no alto da montanha para informar aos cientistas sua localização.

Nesta competição, as equipes irão se enfrentar e, ao final, o robô que coletar o maior número de pedras marcianas (vide regras a seguir) receberá o título e as honrarias dignas do grande vencedor.

O objetivo de cada robô, portanto, será o de juntar o maior número possível de pedras, sejam elas comuns ou especiais (dotadas de vestígios de água). Porém, durante sua saga, esse agente robótico deverá tomar cuidado para não coletar rochas com potencial radioativo, o que pode comprometer os equipamentos na base de análise. As pedras armazenadas por um robô na área de análise podem ser removidos (inadvertidamente) por outro robô.

A imagem a seguir representa o campo da competição (a Cratera Gale):

• Dois robôs (A e B) começarão em suas respectivas bases, em lados opostos do campo. Ao lado de cada base existem áreas de análise de rochas com mini-laboratórios. Todas as pedras coletadas devem ser armazenados nessa área.
• A posição das rochas comuns são, em princípio, conhecidas (qualquer posição sobre as linhas pretas laterais).
• Já a posição das pedras especiais e radioativas é completamente aleatória, podendo inclusive aparecer sobre a rampa.
• No alto da rampa está representada a água armazenada no planeta Marte. Ela deve ser levada para a área de análise.
• O número de pedras (blocos e bolinhas) utilizado poderá ser maior do que o representado na figura. Haverá, apenas, uma água (bloco azul).
• 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 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, a área quadrada delimitada pela fita preta.
• Cada base possui, no centro, uma lâmpada de início, localizada no nível do piso do campo. O robô deverá ser capaz de detectar o início da partida quando essa lâmpada for acesa (será apagada em seguida após um intervalo de tempo não específico).
• Na parte de trás de cada base, localizada sobre o ressalto, há uma fonte de luz polarizada (descrita a seguir) identificada pela orientação do filtro.
• Em ambos os lados de cada base estão as áreas de análise onde as pedras 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) serão colocadas atrás de cada uma das bases.
• Quando o lado do campo de jogo é sorteado, os competidores devem calibrar os sensores 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 permitida nenhuma alteração física dos robôs e nem o uso de um computador externo ou controle remoto.

• O robô deverá trazer marcada 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. Neste caso, borrachas e mangueiras existentes nos Kits LEGO são também válidas, entretanto estas não podem ser utilizadas para fornecer suporte estrutural aos robôs.
• Peças LEGO não podem ser coladas, amarradas, unidas com fita, umas às outras.
• As peças existentes nos Kits LEGO não podem ser alteradas de maneira nenhuma. 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 devem ser controlado exclusivamente pela Handy-Board.
• Nenhuma peça ou substância deve ser intencionalmente depositada no campo de jogo. O robô que apresentar este comportamento, conforme interpretado pela 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.

Regras para a pontuação para a competição.

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 grande vencedor da competição de Introdução à Robótica 2012/2.

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

• 3 pontos: Para o robô que marcar mais pontos;
• 1 ponto : Se houver empate.
• 0 pontos: Para o robô perdedor.
• Caso um dos (ou os dois) robôs 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 pedras radioativas coletadas;
3. Maior número de vezes que a água foi encontrada;
4. Par ou impar (melhor de 3).

Os pontos P obtidos em uma partida são contados ao final do jogo, e os pontos referentes à classificação serão computados conforme descrito anteriormente. Algumas questões devem ser observadas:

• Uma pedra é considerada dentro da área de análise se ela estiver completamente contida na região delimitada pelas (e incluindo) as faixas pretas.
• Uma pedra estará sob controle do robô se ao ser erguido da mesa, a pedra não se desprender do mesmo.
• A pontuação P de cada equipe será uma soma que depende da quantidade de pedras encontradas (no robô e na base), além de um fator multiplicador determinado pela captura da água.

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 daqueles 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, o exemplo de uma partida:

1. As equipes são chamadas para competir.
2. O lado de cada equipe é sorteado.
3. O cronômetro é acionado. As equipes têm 60 segundos para calibrar os robôs. A luz de partida permanece apagada durante todo esse período e a luz polarizada acesa. Os blocos e as bolinhas estarão à disposição de cada equipe.
4. É realizado o sorteio da orientação de cada robô.
5. Um integrante do grupo 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.
7. O cronômetro luz de partida são acionados concorrentemente.
8. Os robôs começam a executar suas tarefas.
9. Após um tempo arbitrário (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. Os robôs são retirados de campo.