Правила запуска и движения робомобиля по трассе

ВСЕРОССИЙСКАЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКАЯ ОЛИМПИАДА 2018

Состязание

АВТОТРАНСПОРТНЫЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Ступень обучения

9-11 КЛАСС

Описание задания, правила состязания

Версия от 30.03.2018

Предисловие

В настоящее время все мировые автопроизводители занимаются разработками автомобилей без водителей. И уже довольно скоро люди смогут перемещаться по городу на такси без водителя. Достаточно будет заказать такси через приложение, и к вам подъедет автомобиль, у которого вместо водителя вживлен искусственный интеллект. В его основе лежит система технического зрения. Интеллектуальный автомобиль сможет безопасно двигаться, учитывая дорожную ситуацию и соблюдая правила наряду с другими участникам дорожного движения.

Задача состязания состоит в том, чтобы создать модель беспилотного автомобиля (робомобиль) для выполнения различных заданий в условиях модельной городской дорожной среды с соблюдением правил дорожного движения.

Описание задания

1.1. Трасса (рисунок 1) – модель городской дорожной среды с двусторонним движением.На трассе имеются светофоры двух типов: трехцветные (для перекрестка) и двухцветные (стартовые). На трассе могут быть установлены знаки «пешеходный переход», «движение без остановки запрещено» («STOP») (рисунок 2).

Рис.1. Трасса.

Рис.2. Знаки дорожного движения

1.2. Состязание проводится в один тур. В течение тура необходимо выполнить 3 задания:

А. Тестирование системы технического зрения.

В. Проезд робомобиля по траектории без распознавания сигналов светофора и знаков.

С. Проезд робомобиля по траектории с распознаванием сигналов светофора и знаков.

Перед каждым заданием дается 60 минут на отладку оборудования и программ.

1.3. Победителем состязания считается команда набравшая большее количество баллов за 3 задания.

Правила запуска и движения робомобиля по трассе

2.1. Правила и порядок старта

Все официальные попытки выполнения заданий, связанные с проездом трассы, начинаются из зоны старта.

По приглашению судьи участник забирает свой робомобиль из зоны карантина, устанавливает его на стартовую позицию. Она отмечена поперечной линией на первом сегменте трассы, передний бампер робомобиля не должен выходить за нее. На расстоянии 40 см от нее впереди по ходу движения возле полосы справа находится двуцветный стартовый светофор.

С разрешения судьи участник однократным касанием соответствующего тумблера или кнопки включает питание бортового компьютера. После загрузки ОС и версии программы для выполнения текущего задания участник сообщает судье «готов».

В ответ судья, убедившись в возможности проведения попытки, дает команду «старт». По этой команде участник, если это необходимо, однократным касанием второго тумблера или кнопки подает питание на остальное оборудование робомобиля.

Движение робомобиля должно начаться после включения судьей зеленого сигнала стартового светофора, с этого момента начинается отсчет времени заезда.

Если в течение 10 секунд с момента включения зеленого сигнала робомобиль не сдвинулся с места, попытка считается проваленной, и новая не предоставляется.

Если робомобиль начал движение на красный сигнал стартового светофора, объявляется фальстарт, за который начисляется штраф – 2 балла, попытка останавливается, робомобиль возвращается на стартовую позицию для повторного старта, начиная с перезагрузки ОС.

Если второй раз фиксируется фальстарт, попытка считается проваленной.

Во время попытки запрещается любое вмешательство в действия робомобиля, в том числе влияние на освещение элементов дорожной обстановки.

2.2. Движение по трассе и финиш

Во время выполнения попытки робомобиль не должен покидать правую полосу движения. Заездом на соседнюю полосу встречного движения считается, если хотя бы одно из колес робомобиля наедет на тонкую разделительную линию между полосами. Факт заезда на соседнюю полосу наказывается штрафом. Разрешен частичный съезд с трассы правого заднего колеса при повороте направо.

2.3. Правила тура

2.3.А. Тестирование системы технического зрения

Технический осмотр. Состоит из проверки конструкции и проверки системы технического зрения (СТЗ)

Проверка конструкции. Включает в себя оценку габаритов, осмотр с целью выявления использования запрещенных средств любого рода. К дальнейшему участию робомобиль допускается только после устранения замечаний. Проверенныйробомобиль ставится выключенным в зону карантина.

Проверка СТЗ должна продемонстрировать на оценку умение распознавать элементы дорожной обстановки.

Для демонстрации СТЗ программа распознавания должна быть готова анализировать поочередно предъявляемые по одному знаки и сигналы светофоров и выдавать соответствующие реакции колесами. За правильную реакцию начисляются баллы, которые идут в зачет.

Порядок выполнения задания

Участник забирает свой робомобиль из зоны карантина и ставит на прямой сегмент трассы перед однородным белым фоном на расстоянии 50 см от камеры до плоскости фона на небольшую подставку (чтобы колеса не касались поверхности трассы). Размер фона: высота не менее 60 см, ширина не менее 60 см вправо и влево от правого края горизонтального сегмента.

Участником запускается программа демонстрации СТЗ. Фактически это может быть программа движения робомобиля по оборудованной трассе, возможно, с некоторыми модификациями.

Робомобиль должен «поехать», то есть включить вращение задних колес на движение вперед. Дальнейшие манипуляции выполняются судьями.

Перед робомобилем на расстоянии 40-50 см ставится поочередно один из 2-х знаков или включенный светофор, выбранные случайным образом. Других объектов в пределах указанных размеров фона быть не должно. В промежутках между показами знаков камера загораживается близко к объективу белым листом бумаги.

Вращение задних колес не прерывается до следующего показа. Время начала реакции робомобиля на очередной показ не должно превышать 1 секунду.

В случае сбоя или неясной или отсутствующей реакции робомобиля судьи могут повторить показ того или иного знака или сигнала светофора. Баллы начисляются только за четкую, правильную и быструю реакцию, обозначенную ниже.

STOP. Изначально робомобиль приводит в движение задние колеса. При появлении этого знака останавливает их на 2 секунды и затем снова запускает.

Пешеходный переход. Изначально робомобиль вращает задние колеса. При появлении знака в два-три раза замедляет скорость на 2 секунды.

Светофоры трёхцветные. Красный, желтый, красный плюс желтый сигналы – задние колеса не вращаются. Зеленый, зеленый мигающий – задние колеса приводятся в движение. При переключении сигналов светофоров камера не загораживается.

Светофор двуцветный «стартовый». Красный сигнал – задние колеса не вращаются. Зеленый – задние колеса приводятся в движение. При переключении сигналов камера не загораживается.

Начисление баллов

2.3. В. Проезд робомобиля по траектории без распознавания сигналов светофора на перекрестке и знаков.

Описание задания

Робомобиль должен выполнить два заезда в двух направлениях. В каждом заезде Робомобиль должен проехать 2 полные «восьмерки». Движение осуществляется по правой полосе движения.Заезды выполняются без перерыва на отладку. Время каждого заезда – не более 2 минут. По истечении 2-х минут, если робомобиль не проехал две «восьмерки», заезд останавливается с начислением штрафных баллов.

Порядок выполнения задания

Робомобиль устанавливается участником на один из стартов. По команде судьи запускается программа. Движение робомобиля должно начаться с зеленым сигналом стартового светофора.

В случае потери траектории капитан команды может один раз вернуть машинку на траекторию в то место, откуда начался сход с заданной траектории. При этом начисляется штрафной балл. Потерей траектории считается ситуация, при которой все 4 колеса оказываются с одной стороны своей черной линии.

В ходе попытки возможны случаи частичного заезда робомобиля на соседнюю полосу движения с последующим возвратом на свою полосу. За каждый такой случай начисляются штрафные баллы. При повороте направо допускается частичный съезд с трассы правым задним колесом.

После проезда 2-х «восьмерок» или потери полосы участник руками останавливает робомобиль. Судья фиксирует время выполнения задания и баллы. Время и баллы двух заездов суммируются.

Начисление баллов

2.3. С. Проезд робомобиля по траектории с распознаванием сигналов светофора и знаков.

Описание задания

Робомобиль должен выполнить два заезда в двух направлениях. В каждом заезде Робомобиль должен проехать 2 полные «восьмерки». Движение осуществляется по правой полосе движения. Заезды выполняются без перерыва на отладку. Время каждого заезда – не более 2 минут. По истечении 2-х минут, если робомобиль не проехал две «восьмерки», заезд останавливается с начислением штрафных баллов.

Движение робомобиля должно проходить с распознаванием сигналов светофора и знаков и соблюдением правил дорожного движения:сбавляя скорость на пешеходном переходе,останавливаясь у знаков STOP (на 2 секунды), и перед светофорами на красные, красно-желтые и желтые сигналы.

Несоблюдение сигнала светофора означает проезд стоп-линии на запрещенный сигнал (красный, красный+желтый, желтый).Проездом стоп-линии считается пересечение пятном контакта передних колес дальней границы стоп-линии.

В случае потери траектории капитан команды может один раз вернуть машинку на траекторию в то место, откуда начался сход с заданной траектории. При этом начисляется штрафной балл. Потерей траектории считается ситуация, при которой все 4 колеса оказываются с одной стороны своей черной линии.

В ходе попытки возможны случаи частичного заезда робомобиля на соседнюю полосу движения с последующим возвратом на свою полосу. За каждый такой случай начисляются штрафные баллы. При повороте направо допускается частичный съезд с трассы правым задним колесом.

Порядок выполнения задания

Робомобиль устанавливается участником на один из стартов. По команде судьи запускается программа. Движение робомобиля должно начаться с зеленым сигналом стартового светофора.

После проезда 2-х «восьмерок» или потери полосы участник руками останавливает робомобиль. Судья фиксирует время выполнения задания и баллы. Время и баллы двух заездов суммируются.

Начисление баллов

3. Требования к робомобилю.

3.1. Функционал.

Робомобиль должен уметь двигаться автономно под управлением загруженной в него программы, написанной членами команды, и соблюдать следующие требованиям:

- Любой ввод данных в бортовой компьютер или контроллер перед стартом считается грубым нарушением и наказывается дисквалификацией.

- Любая попытка дистанционного управления робомобилем также влечет за собой немедленную дисквалификацию.

- Любое стороннее вмешательство в автономную работу робомобиля является нарушением регламента. Участникам и зрителям запрещается использовать любые приспособления с излучателями, способные повлиять на изображение дорожной ситуации перед робомобилем, получаемое с камеры. Для исключения возможного влияния судьи могут принять дополнительные меры.

Робот должен представлять собой модель беспилотного автомобиля (робомобиль), приводимого в движение электродвигателем, с рулевым управлением способом поворота управляемых колёс и должен отвечать следующим требованиям:

- иметь один электродвигатель для привода (более одного двигателя – штраф 8 баллов);

- иметь передний и задний мост с независимой подвеской колес (отсутствие – штраф 8 баллов);

- в конструкции переднего моста должен быть использован принцип Аккермана (рулевая трапеция) (отсутствие – штраф 8 баллов);

- уметь выполнять поворот с радиусом менее 45 см, считая по средней точке заднего бампера.

Штрафные баллы вычитаются из итогового результата команды.

Для ориентации робомобиля в окружающей обстановке он должен использовать видеокамеру, подключенную к бортовому компьютеру, на котором программа распознавания анализирует поступающий видеопоток и формирует коды обнаруженных объектов. Коды передаются в контроллер, управляющий моторами робомобиля.

Для контроля за реальной скоростью робомобиля и длиной пройденного пути разрешается использовать энкодер помимо видеокамеры.

У команды может быть только один готовый робомобиль для использования его в ходе соревнований. Командам рекомендуется иметь запасные детали на случай поломок и необходимый инструмент для возможного ремонта.

3.2. Материалы, оборудование и программное обеспечение.

В конструкции робомобиля можно использовать любые безопасные материалы и оборудование. Датчик линии и удаленные компьютеры использовать запрещается.

Робомобиль может использовать любое число контроллеров и одноплатных компьютеров.

Для сообщения между компонентами робомобиля разрешается использовать только проводные соединения.

Для включения робомобиля в его конструкции должно быть предусмотрено не более двух тумблеров или кнопок, на каждый из которых можно воздействовать/нажать только один раз по сигналу судьи.

Допустимо использовать любое программное обеспечение.

3.3. Конструкция и программа.

Максимальные размеры робомобиля составляют: длина – 450 мм, ширина – 250 мм, высота –

250 мм. Размер определяется с учетом всех выступающих частей.

Конструкция и программа могут быть сделаны заранее.

4. Описание полигона и реквизита.

Трасса выполнена из белого листового пластика толщиной до 6 мм сегментами с замками типа«ласточкин хвост». Ширина каждой полосы для движения в одном направлении составляет 30 см. Посередине полосы расположена направляющая линия шириной 50 мм, выполненная черным материалом, не дающим бликов. Отсутствие бликов от черной линии при движении робомобиля к источнику света позволяет ее отслеживать по изображению без использования датчика линии.

Трехцветные светофоры собраны на светодиодных сборках красного, желтого и зеленого цветов диаметром 20 мм. Для увеличения контраста между горящими и выключенными секциями на светофоре предусмотрена прямоугольная черная бленда, имеющая внешний размер 45х90х20 мм. Высота светофора над полом составляет 20 см по центру красной сборки и 29 см по верхней точке светофорной стойки. На четырехстороннем перекрестке установлено 4 трехцветных светофора, управляемых одним программируемым контроллером. Схема переключения сигналов соответствует настоящим четырехсторонним перекресткам: красный – красный с желтым – зеленый – зеленый мигающий – желтый(далее повторяется). Отличается только меньшей длительностью сигналов. Кабельная разводка питания светофоров выполнена в горизонтальной складной балке, опирающейся на стойки светофоров. Высота просвета от поверхности трассы до нижней точки балки составляет не менее 28 см. Лучи балки фиксируются на светофорах магнитами. Светофоры устанавливаются перед поперечной полосой движения.

Конструкция стартового светофора отличается отсутствием желтой сборки и простой схемой попеременного включения на 10 секунд красного или зеленого сигнала, расположенной вместе с автономным блоком питания на обратной стороне светофорной стойки.

Дорожные знаки выполнены в натуральных цветах в масштабе 1:10 от реальных размеров и установлены на стойках на высоте 21 см считая от пола до верхнего края знака, имеют размер 7 см. Вокруг знака пешеходного перехода имеется желтая окаймляющая полоса шириной 1 см. Изображения знаков заимствованы с официальных российских сайтов, распечатаны на белой бумаге и наклеены на квадратные расширения со стороной 9 см белых стоек шириной 7 см, вставленных в белые основания высотой 4 см и размером около 10 см. Высота от пола (трассы) до центра знака 17-18 см. Размер знаков направления движения приведены на рисунке ниже. Знаки«STOP» и «пешеходный переход» имеют аналогичные размеры.