2022年8月14日 星期天

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第十五届中国青少年机器人竞赛机器人创意比赛主题与规则

1 关于机器人创意比赛

机器人创意比赛根据每年一度的中国青少年机器人竞赛的主题与规则,组织在校中小学生机器人爱好者,花费6个月左右的时间,在课题导师或教练员的指导下,在学校、家庭、校外机器人工作室或科技实验室,以个人或小组的方式,进行机器人的创意、设计、编程与制作,最后提交机器人实体作品参加中国青少年机器人竞赛组委会举办的比赛活动。

机器人创意比赛对于培养学生学习与综合运用机器人技术、电子信息技术、工程技术,激发创新思维潜能,提高综合设计和制作的能力极为有益。

本届比赛在终评阶段增加了旨在考查学生在设计和制作机器人时参与程度的笔试环节,笔试成绩将计入总成绩,希望阅读时特别予以注意。

2 主题——“环保机器人”

2.1主题简介

由于生产发展导致的环境污染问题日益严重,首先引起发达国家的重视,从而产生了环境保护(简称环保)问题。从发达国家到发展中国家逐步兴起了一个利用国家法律法规约束和舆论引起全社会重视、保卫生态环境和有效处理污染的运动。

1962年美国生物学家蕾切尔·卡逊出版了一本书,名为《寂静的春天》,书中阐释了农药杀虫剂DDT对环境的污染和破坏作用。由于该书的警示,美国政府开始对剧毒杀虫剂进行调查,并于1970年成立了环境保护局,各州也相继通过禁止生产和使用剧毒杀虫剂的法律。由于此事,该书被认为是20世纪环境生态学的标志性起点。

1972年6月5日至16日由联合国发起,在瑞典斯德哥尔摩召开“第一届联合国人类环境会议”,提出了著名的《人类环境宣言》,环境保护事业正式引起世界各国政府的重视,中国政府也参加了这个会议。

我国环境保护事业也是从1972年开始起步的。1972年北京市成立了官厅水库保护办公室,同年,河北省成立了三废处理办公室,共同研究处理位于官厅水库旁但隶属于河北省的沙城农药厂污染官厅水库的问题,在解决问题的过程中我国正式立法在全国范围内禁止生产和使用DDT。

1973年成立国家建委下设的环境保护办公室,后来改为由国务院直属的部级国家环境保护总局。在2008年“两会”后,环保总局升格为“环保部”。并对全国的环境保护实施统一的监督管理。

2013年5月24日中共中央政治局就大力推进生态文明建设组织第六次集体学习。中共中央总书记习近平在主持此次学习时强调,生态环境保护是功在当代、利在千秋的事业。要清醒认识保护生态环境、治理环境污染的紧迫性和艰巨性,清醒认识加强生态文明建设的重要性和必要性,以对人民群众、对子孙后代高度负责的态度和责任,真正下决心把环境污染治理好、把生态环境建设好,坚持节约资源和保护环境基本国策 努力走向社会主义生态文明新时代,为人民创造良好生产生活环境。

本届机器人创意比赛主题选定为“环保机器人”,旨在促进青少年调查自己身边的环境污染情况、理解环境保护的严峻形势;学习保护环境、治理污染的相关知识和技术。设计制作出能够解决身边环境问题的各种环保机器人。

2.2课题研究

2.2.1当今中国面临的环保问题

⑴ 大气污染

我国大气环境面临的形势非常严峻,大气污染物排放总量居高不下。2011年中国二氧化硫年排放量高达1857万吨,烟尘1159万吨,工业粉尘1175万吨,大气污染十分严重。大多数城市的大气环境质量超过我国规定的标准。47个重点城市中,约70%以上的城市大气环境质量达不到规定的二级标准;参加环境统计的338个城市中,137个城市空气环境质量达不到三级标准,占统计城市的40%,属于严重污染型城市。大气污染是我国第一大环境污染问题。

⑵ 水污染

我国是一个严重缺水的国家。淡水资源总量为28000亿立方米,占全球水资源的6%,仅次于巴西、俄罗斯和加拿大,居世界第四位,但人均只有2200立方米,仅为世界平均水平的1/4,在世界上名列121位,是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。然而,人们在科学进步的同时,依然在浪费水资源。

我国七大水系的污染程度依次是:辽河、海河、淮河、黄河、松花江、珠江、长江,其中42%的水质达不到3类标准(不能做饮用水源),中国有36%的城市河段为劣5类水质,丧失使用价值。大型淡水湖泊(水库)和城市湖泊水质普遍较差,黄河多次出现断流现象,75%以上的湖泊富营养化加剧,主要由氮、磷污染引起。

⑶ 垃圾处理

我国工业固体废物年产生量达8.2亿吨,综合利用率约46%。我国城市生活垃圾年产生量为1.4亿吨,达到无害化处理要求的不到10%。塑料包装物和农膜导致的白色污染已遍布各地。

⑷ 土地沙化

我国的荒漠化土地已占国土陆地总面积的27.3%,而且,荒漠化面积还以每年2460平方公里的速度增长。我国每年遭受的强沙尘暴天气由20世纪50年代的5次增加到了20世纪90年代的23次。

⑸ 水土流失

我国每年流失的土壤总量达50多亿吨,每年流失的土壤养分为4000万吨标准化肥(相当于中国一年的化肥使用量)。自1949年以来,我国由于水土流失毁掉的耕地总量达4000万亩,这对农业发展无疑是极大的损失。

⑹ 旱灾、水灾

20世纪50年代我国年均受旱灾的农田为1.2亿亩,90年代上升为3.8亿亩。1972年黄河发生第一次断流,1985年后年年断流,1997年断流天数达227天。有关专家经调查推测:未来15年内我国将持续干旱,而长江流域的水灾发生频率却明显增加,500多年来,长江流域共发生的大洪水为53次,但近50年来,每三年就出现一次大涝,1998年的大洪水造成了巨大的经济损失。

⑺ 生物破坏

我国是生物多样性破坏较严重的国家,高等植物中濒危或接近濒危的物种达4000-5000种,约占中国拥有的物种总数的15%-20%,高于世界10%-15%的平均水平。在联合国《国际濒危物种贸易公约》中列出的640种世界濒危物种中,我国有156种,约占总数的1/4。我国滥捕乱杀野生动物和大量捕食野生动物的现象仍然十分严重,屡禁不止。

⑻ 持久性有机物污染

随着我国经济的发展,难降解的持久性有机物污染开始显现。国际签署了《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》,其中确定的首批禁止使用的12种持久性有机污染物在我国的环境介质中多有检出,中国是该公约的签字国。这类有机污染物具有转移到下一代体内,并在多年后显现其危害的特点,也被称为“环境激素”或“环境荷尔蒙”,危害严重。这类有机污染物广泛存在于工农业和城市建设等使用的化学品之中。

2.2.2选题范围

“环保机器人”的选题相当很宽泛,可谓多姿多彩,很适合作为中小学生机器人创意的主题。下面的四个环保机器人的创意仅仅是为了抛砖引玉,真正的环保机器人远不止这些。

⑴ 环境监测机器人

能够根据事先设定的路线进行巡逻,监测一定范围内的环境参数,如温度、湿度、风力、风向、气压、CO2、CO、SO2、酸碱度、放射性等,如果监测的参数超过警戒数值,则自动报警或者启动相应处理机制。

⑵ 垃圾处理机器人

能够自动清理生活垃圾、工业垃圾和环境垃圾的机器人,家用扫地机器人就是这类机器人的典型代表。

⑶ 环境改善机器人

能够减少和消除环境污染的机器人。

⑷ 节能减排机器人

能够从环境垃圾中产生能源、能够产生清洁能源和绿色能源或者减少环境污染物排放的机器人。

参赛的同学要明确机器人需要具备的三个基本属性:具有脑、手、腿的个体;具有感知能力;具有作业功能。本届比赛的机器人作品必须具有这三个基本属性,同时又将它们的应用限制在“环境保护”的范畴内。监测环境的仪器并不是环境监测机器人。创意的重点不宜以主题背景编造故事或者情节,这样做反而会稀释机器人的创新点,要着力表现机器人特殊的要素、内涵、结构,以及内在蕴含的科学原理。

同学们应该在充分理解比赛主题涵义和选题范围的基础上,经过课题研究确定作品的制作方案后,再进入课题的实施阶段。一定要让自己所选择的项目在主题和演示内容方面紧扣主题,贴合主题,在此前提下,围绕自己最有心得的,或者最感兴趣的机器人(或机器人系统)抒发创意,表达创新。创新点不必贪多,突出一个或两个即可,避免精力陷入编排故事、构造情节的误区。

本比赛不提倡同一个作品同时投送多个竞赛项目。

3 比赛规则

3.1 分组

比赛按小学组、初中组、高中组三个组别进行。参赛队应该在赛前完成参赛作品的制作和搭建,届时携带作品赴现场,比赛的内容为演示评审和公众展示。

每支参赛队的参赛人数为不多于3名学生和1名教练员(教师或学生)。学生必须是截止到2015年6月底前仍然在校的学生。现场正式布展和评审阶段场馆均封闭,仅允许学生队员在场;教练员只能在布展时段之前和公众展示阶段入场指导。

3.2 参赛作品的器材要求

参加竞赛的机器人作品,除不得选用污染环境、有害健康的器材外,原则上不限定器材。鼓励小学组参赛作品尽量利用环保可再生材料、或平时课外活动的现成套材设计和搭建,力求节省成本,避免成人化倾向。提倡在初、高中组参赛作品中一定程度采用自制器材,且机器人的创意、设计、搭建、编程应由学生独立或集体亲身实践和完成。

3.3 参赛机器人作品应该体现七个要素

⑴ 机器人创意的出发点最好出自与自己学习、生活相关的问题;

⑵ 符合创新比赛的主题,正确体现机器人的内涵;

⑶ 在契合主题的前提下,机器人演示的完整性和创意的新颖性;

⑷ 科学性和一定的研究制作工作量;

⑸ 研制过程和作品成果均体现出学生的主体性;

⑹ 在制作机器人的过程就要体现环保意识;

⑺ 规范的申报材料。

3.4 机器人创意比赛程序

3.4.1 申报

比赛通过“中国青少年机器人教育在线网站http://robot.xiaoxiaotong.org/”(以下简称网站)的平台申报,推行全程电子信息管理,实现申报和评审的无纸化。

机器人创意比赛参赛队应在规定的截止日期,即2015年6月5日24点前通过网站在线提交申报资料,电子化申报材料的内容包括:

⑴ 机器人创意比赛项目电子申报表1份(纸质申报表另交);

⑵ 机器人创意比赛项目研制报告1份。该报告的文字与图表(外观图、结构图、原理图等)共计不超过5页。另附作品彩色照片、但数量不超过5幅;

⑶ 机器人动作演示的视频资料1~3分钟;

⑷ 项目研发所需材料清单一份;

⑸ 项目运行的完整程序设计(程序设计可以使用图形程序设计),使用的语言不限。

是否按时、完整、规范地提供上述材料,将作为申报作品资格审查与项目初评的重要依据。凡未达到合格要求者,将被视为初评不合格,而取消参加全国终评的资格。

3.4.2 资格审查与初评

竞赛组委会和专家委员会将根据申报资料对参赛作品进行资格审查与初评。其结果定于2015年6月20日前在网站公示。通过资格审查与初评的作品才被允许进入全国终评阶段。

3.4.3 现场布展

⑴ 获得终评资格的参赛选手要为各自作品制作一块120厘米(高)、90厘米(宽)的展板,供展示使用;

⑵ 各参赛机器人作品的展台面积不超过2平方米。

3.4.4 机器人的组装与调试

在正式展示和问辩前,组委会安排一定时间段供参赛队布展、组装和调试作品。

3.4.5 终评

机器人创意比赛的终评包括笔试、作品展示、评审小组成员现场问辩。评审小组由竞赛组委会聘请国内机器人学术界的资深专家组成。

3.4.5.1 笔试(本届竞赛的新增环节)

为了考察选手在设计、制作作品时的参与度,强调学生的主体性,本届竞赛新增了笔试环节。每支参赛队选手共同完成一份有关自己作品的问卷。问卷中可能包含但不限于作品使用的主控器、传感器、工作流程等方面的问题,初中和高中组的选手可能会被要求现场设计一个与环保相关的机器人(比如,设计一个能分类收集金属和塑料的机器人等)。笔试安排在展示期的第一天,时间为60分钟。笔试成绩会被计入总成绩。

3.4.5.2 现场问辩

终评阶段,在指定的展示时间段内,所有参赛选手均应在展台待命,不得任意缺席。现场问辩分为“封场评审”和“封闭答辩”两个环节。

封场评审指在作品展示期的第一天,除参赛学生选手外,其他人均不得进入场区,由评审专家前往各展台逐一评审。其间,每项作品有5分钟的讲解与演示时间,5~10分钟的提问交流时间。

封闭答辩指在作品的展示期,评审专家每天将随时、随机地通知三个组别一定数量(约1/3~1/2)的作品进入指定的封闭答辩室质疑与答辩。被传唤的作品提前30分钟通知到代表队,队员需准备10钟左右的PPT正式讲解稿,届时应规范着装进入答辩室,按照PPT陈述项目后接受评审专家10分钟质询。制作封闭问辩PPT的内容应该分为创意来源、创意要点、结构特点、制作过程、演示效果五个部分。内容中要着重陈述“三自性”,即创意题目的“自选性”、创作过程的“自主性”,以及完成作品的“自制性”。

要求参赛作品全程展示,不得提前撤展,如果缺席封闭答辩,将被扣分。

终评结果在综合初评、现场展示、封闭评审、封闭答辩后做出。由评审小组依据评分标准(表1)集体评议,再经评审组长同意后通过网络上传至竞赛计分管理系统。一等奖作品要附上评语。组委会将在网上及时发布比赛结果。

4 机器人创意比赛作品的评分标准

按照表1所示的六项标准评分。

表1 :机器人创意比赛作品的评分标准

 

项目

细目

权重

作品评分标准

创意

新颖性、独立性、特色,有一个创新点或多个创新点

20%

目标

1.目标明确,契合主题,选题有新颖性
2.问题带有社会性和典型性,解决方案有可行性

20%

工作量和完整性

1.作品申报的资料完整、按时、规范
2. 工作量.适当,由学生独立或团队合作完成

15%

设计制作

1.作品结构合理巧妙,制作精良

15%

操作
表达

1.现场操作娴熟、机器人演示过程完整
2.展板内容简明,版式富有创意,视觉效果好
3.陈述清晰,问辩回答正确,能反映对创意的深入理解

10%

精神
团队

1.团队分工明确,各司其职,团结协作
2.项目成果由团队集体合作完成

10%

笔试

  1. 对所设计的机器人结构、所用传感器原理清楚
  2. 了解与环保相关机器人产品和与环保相关的传感器
  3. 能够根据需要设计简单的环保机器人(初中、高中组)

10%

5 奖励

按照高中、初中、小学的三个组别分别评出以下奖项:

一等奖------- 20%,颁发金牌(和证书)

二等奖------- 30%,颁发银牌(和证书)

三等奖------- 50%,颁发铜牌(和证书)

6 其它

6.1关于比赛规则的任何修订,将在中国青少年机器人教育在线网站http://robot.xiaoxiaotong.org/上发布。

6.2 关于规则的问题可通过该网站的Q&A栏目答疑。

6.3 比赛期间,凡是规则中没有说明的事项由裁判委员会决定。

6.4第十五届中国青少年机器人竞赛裁判委员会对凡是规则中未说明事项,以及有争议事项,均拥有最后解释权和决定权。