Robôs-Arqueólogos

VeRLab - Laboratório de Visão Computacional de Robótica
Departamento de Ciência da Computação
Universidade Federal de Minas Gerais
www.verlab.dcc.ufmg.br
Professor: Mario F. M. Campos (mario@dcc.ufmg.br)
Monitor: Wallace Santos Lages (wsl@dcc.ufmg.br)

Este documento descreve as regras de uma 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 2006. 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. Explorar diversas capacidades sensoriais.
2. Controlar corretamente sua velocidade, posição e orientação;
3. Navegar em ambientes estruturados;
4. Coletar objetos de interesse;
5. Executar eficientemente planos/estratégias;

Ao final da competição os alunos terão aprimorado seus conhecimentos de robótica em geral, e em particular eletricidade, eletrônica, mecânica, controle e computação e ainda serão capazes de ter uma noção correta da distância entre “abstrações teóricas” e “idiossincrasias do mundo real”.

Arqueologia é o estudo das mudanças ocorridas na cultura humana através dos vestígios deixados por culturas anteriores. Por meio do estudo científico de artefatos como ossos, pinturas, ferramentas, documentos, etc, os arqueólogos tentam reconstruir a maneira de viver das pessoas do passado.

Os locais onde os artefatos são encontrados são denominados sítios arqueológicos. Os arqueólogos realizam suas escavações com muito cuidado para não danificar ou alterar os vestígios de alguma maneira.

Recentemente, um importante sítio arqueológico que estava sendo estudado a vários anos sofreu um abalo sísmico. Como conseqüência, as estruturas de sustentação foram seriamente danificadas. Se elas desabarem, os artefatos que lá se encontram podem se perder para sempre. O sítio em questão possui dois andares subterrâneos.

Por razões de segurança, todo o sítio foi interditado. Devido a seu conhecimento de robótica móvel, os arqueólogos solicitaram que sua equipe construísse um robô capaz de recuperar vários artefatos importantes em cada um dos níveis antes que a estrutura desabe.

Existe um pequeno problema, porém. Os arqueólogos não sabem a posição exata dos artefatos em cada nível. Assim, após descer pelo elevador, seu robô deve se conectar a um computador para obter o mapa detalhado do nível. Felizmente, o caminho até o computador é bem sinalizado. Veja a planta baixa dos níveis:

Os quadrados pretos indicam posições onde pode haver colunas de sustentação ou um artefato a ser recolhido. Seu robô deve evitar encostar nas colunas, uma vez que isso eventualmente fará a estrutura colapsar. Na mesmas coordenadas do computador está um vaso muito valioso. Recuperá-lo é uma tarefa primordial.

Como os arqueólogos são precavidos, eles enviarão duas equipes diferentes por cada elevador. Cabe a sua equipe coletar o maior número de artefatos, honrar sua reputação e salvar a história da humanidade!

O computador será representado por um bloquinho com informações codificadas. Um bloquinho de cor preta indicará o nível 1. Um de cor branca indicará o nível 2. Cada nível está estruturado de acordo com a seguinte legenda:

Os robôs começarão em suas respectivos elevadores, que estão em lados opostos do campo. Ao lado de cada elevador existe uma área de armazenamento segura. Os artefatos e os vasos podem ser levados para o elevador, depositados nessa área segura ou colocados no ressalto (plataforma) situada atrás do seu elevador.

A pontuação obtida pela recuperação de um artefato depende da segurança da área onde ele foi colocado. A área mais segura é o ressalto atrás do campo, seguida dos elevadores e áreas de segurança laterais.

As disposições dos artefatos em cada nível seguem as plantas abaixo:

O campo de competição é de formato retangular, com as principais marcações feitas com faixa preta de 5 cm de largura.

• Cada lado do campo possui uma elevador,que é a área quadrada delimitada pela fita preta.
• Cada base possui, em seu centro, um lâmpada de início, localizada no nível do piso do campo. O robô deverá ser capaz de detectar o início da partida quando essa lâmpada é acesa.
• Na parte de trás de cada elevador, localizada sobre o ressalto, há uma fonte de luz polarizada (descrita a seguir) que a identifica pela orientação do filtro.
• No lado esquerdo do elevador está uma área protegida, que pode ser utilizada para guardar os artefatos.

• Fontes de luz polarizada em uma dentre duas possíveis orientações (+45 e -45 graus em relação à vertical) são colocadas atrás de cada uma das bases.
• Quando o campo de jogo é sorteado, os competidores devem ser capazes de configurar 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.

• O robô deverá trazer marcada claramente onde se localiza a sua parte frontal (frente do robô).
• Os robôs devem caber em um cubo de 30cm de lado no momento de início da partida. Entretanto, posteriormente, podem se expandir além dessas dimensões.
• 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.
• Fios e cabos podem ser utilizados apenas com fins elétricos e não estruturais.
• Nenhum tipo de lubrificante pode ser utilizado.

• Todos os robôs devem ser autônomos. Não é permitida nenhuma comunicação - com ou sem fio -, com qualquer dispositivo externo.
• Os robôs devem ser controlados 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 aos robôs tentar destruir seus adversários. O robô que apresentar este comportamento, conforme entendimento 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 apreensão e transporte, mas sem causar alteração da sua forma.

• Os artefatos e o computador serão representados por blocos de isopor colocados de acordo com a disposição das plantas do item 4.
• As colunas serão representadas por um bloquinho de espuma.

Após completarem-se todas as partidas, será declarada vencedora da competição de Introdução à Robótica 2006/2, a equipe que obtiver a maior soma de pontos. Em cada partida, os pontos obtidos por uma equipe são os seguintes:

• Os pontos negativos causados pela coleta de artefatos do oponente e colunas são somados aos pontos obtidos pela equipe na partida até que, no máximo, essa soma seja zero.
• Se o robô não sair da área do seu próprio elevador o resultado final para a equipe (naquela partida) é -1.

• Os pontos obtidos pela equipe são contabilizados ao final de cada partida, conforme especificado a seguir e a critério dos juízes.
• Um bloco será considerado como estando dentro de uma área se estiver completamente contido na região delimitada pelas (e incluindo) faixas pretas.
• Um bloco será considerado como estando sobre a plataforma se estiver sobre a plataforma da base.

• 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 existentes,Microprocessadores ou micro-controladores.
• Motores serão permitidos até o limite adicional de 2 por equipe.
• Resistores de menos de 1 watt e capacitores menores que 100F 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, este 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 destes componentes deve ser estimado pela equipe e a sua utilização durante a competição deve ser previamente aprovada pela comissão.

A seguir temos um 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 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. É realizado o sorteio do nível
7. Os bloquinhos são posicionados na mesa de acordo com o mapa do nível
8. O cronômetro é acionado e a luz de partida é acesa.
9. Os robôs começam a executar suas tarefas.
10. Após um tempo arbitrário (dependendo do juiz) a luz de partida é desligada.
11. Após 60 segundos os robôs devem parar qualquer movimento.
12. É realizada a contagem dos pontos.
13. Os robôs são retirados de campo.