西南交通大学第七届电脑鼠走迷宫竞赛细则

一、竞赛简介

 “电脑鼠”,英文名MicroMouse,是使用嵌入式微控制器、传感器和机电运动部件构成的一种智能行走装置(微型机器人),电脑鼠可以在不同“迷宫”中自动记忆和选择路径,采用相应的算法,快速地达到所设定的目的地。国际电工和电子工程学会(IEEE)每年都要举办一次国际性的电脑鼠走迷宫竞赛,自举办以来参加国踊跃,为此许多大学还开设了“电脑鼠原理和制作”选修课程。

1972年美国机械杂志发起比赛,最初的电脑鼠是机械的,由弹簧驱动。1977年IEEE Spectrum杂志提出电脑鼠的概念:电脑鼠是一个小型的由微处理器控制的机器人车辆,在复杂迷宫中具有译码和导航的功能。真正的首场电脑鼠迷宫竞赛于1979年在纽约举行。1991年以来,每年都有世界级的比赛。2007年和2008年,由上海市计算机学会主办了两次“长三角地区IEEE标准电脑鼠走迷宫邀请赛”,有三十多所院校参加,反响强烈。2009年由中国计算机学会嵌入式系统专业委员会主办了“2009全国‘电脑鼠走迷宫’竞赛”,共有全国9个赛区54所高校的140支参赛队报名参赛,陕西科技大学代表队以15.7秒夺得大赛冠军,此次比赛拉开了中国电脑鼠竞赛的大幕。


二、竞赛形式


比赛规则采用国际流行的IEEE标准电脑鼠走迷宫竞赛规则,并结合赛事情况加以附则。竞赛分软件组、综合组。

n  软件组采用系列赛制,分50进25、25进12、总决赛等三场,全校先以班级为单位进行初赛,组委会协调,班级自行组织,班级优胜队(25进12赛中,每班最多1支队伍参赛)代表参加决赛。组委会为软件组参赛队提供免费使用的能初步简单行走(暂无智能算法)的电脑鼠MicroMouse615及IEEE标准1/4迷宫。

n  综合组参赛队根据IEEE标准电脑鼠走迷宫竞赛规则自行研制电脑鼠。以参赛队为单位进行初赛、决赛。


三、竞赛流程


1. 报名

软件组以班级为单位报名,只能大一、大二年级参加,选修李颖老师开设的《C语言环境下的电脑鼠开发课程设计》同学优先考虑。综合组以参赛组进行报名,不限年级。每个参赛组限3人,请于截至日期前在西南交通大学教务处创新网进行网上报名,报名网址:http://202.115.71.131/iv/index.do。

2. 提供器件

组委会为软件组参赛队提供使用IEEE标准电脑鼠实验室所需的电脑鼠与IEEE标准1/4迷宫构件,以及相应的配套开发工具、指导书籍。综合组参赛队自行研制电脑鼠,组委会提供电脑鼠机械套件(铝合金框架,电机、齿轮、轮毂、轴和轴承)和IEEE标准1/4迷宫,自己设计电路板,购买其他电子配件。

3. 讲座及演示

邀请竞赛指导老师向各参赛队定期举办培训讲座及演示,同时邀请竞赛获奖选手与参赛选手进行交流。

4. 初赛

由组委会协调、各班级(软件组)及参赛队(综合组)在4月24日前举行,软件组原则上班级先举行预赛,然后进行系列赛50进25、25进12、决赛等,25进12赛中每班选派1个队参加决赛(按IEEE评判标准)。

5. 总决赛

软件组系列赛选出的12支队伍参加总决赛;综合组直接参加决赛。

决赛时间:5月上旬。


四、竞赛规则


电脑鼠走迷宫竞赛的目的是制作一个微型机器人,它能在最短的时间内穿越迷宫到达终点。参赛的机器人称为“电脑鼠”,将电脑鼠放入迷宫并启动操作的人称为“操作员”。


1. 迷宫规范

迷宫由16×16个﹑18cm×18cm大小的正方形单元所组成。

迷宫的隔墙高5cm,厚1.2cm,因此两个隔墙所构成的通道的实际距离为16.8cm。隔墙将整个迷宫封闭。

迷宫隔墙的侧面为白色,顶部为红色。迷宫的地面为木质,使用油漆漆成黑色。隔墙侧面和顶部的涂料能够反射红外线,地板的涂料则能够吸收红外线。

迷宫的起始单元可选设在迷宫四个角落之中的任何一个。起始单元必须三面有隔墙,只留一个出口。例如,如果没有隔墙的出口端为“北”时,那么迷宫的外墙就构成位于“西”和“南”的隔墙。电脑鼠竞赛的终点设在迷宫中央,由四个的正方形单元构成。

在每个单元的四角可以插上一个小立柱,其截面为正方形。立柱长1.2cm,宽1.2cm,高5cm。小立柱所处的位置称为“格点”。除了终点区域的格点外,每个格点至少要与一面隔墙相接触。

迷宫制作的尺寸精度误差应不大于5%,或小于2cm。迷宫地板的接缝不能大于0.5mm,接合点的坡度变化不超过4度。隔墙和之间的空隙不大于1mm。


2. 电脑鼠规范

电脑鼠必须自成独立系统,不能使用可燃物为能源。

电脑鼠的长和宽限定在25cm×25cm。每次运行中电脑鼠几何尺寸的变化不能超过25cm×25cm。对电脑鼠的高度没有限制。

电脑鼠穿越迷宫时不能在其身后留下任何东西。

电脑鼠不能跳越、攀爬、钻挖和损毁迷宫隔墙。


3. 竞赛规则

电脑鼠的基本功能是从起点开始走到终点,这个过程称为一次“运行”,所花费的时间称为“运行时间”。从终点回到起点所花费的时间不计算在运行时间内。从电脑鼠的第一次激活到每次运行开始,这段期间所花费的时间称为“迷宫时间”。如果电脑鼠在比赛时需要手动辅助,这个动作称为“碰触”。竞赛使用这三个参数,从速度﹑求解迷宫的效率和电脑鼠的可靠性三个方面来进行评分。

电脑鼠的得分是通过计算每次运行的“排障时间”来衡量的,排障时间越短越好。排障时间是这样计算的:将迷宫时间乘以1/30,再加上运行时间,如果这次运行结束以后电脑鼠没有被碰触过,那么还要再减去10秒的奖励时间,这样得到的就是排障时间。每个电脑鼠允许运行多次,取其中最短的排障时间作为参赛的计分成绩。 例子:一个电脑鼠在迷宫中迷宫时间为4分钟(240秒)没有碰触过,运行时间使用了20秒,这次运行的排障时间就是:20秒+(240秒×1/30)- 10秒 = 18秒。

竞赛中电脑鼠在迷宫中的总时间不可超过15分钟,在该限时内,电脑鼠可以运行任意次。

电脑鼠到达迷宫中心的目的地后,可以使用手动放回起点,或让电脑鼠自动回到起点,前者被视为碰触,因此在以后的运行中,将失去减10秒的奖励。

从电脑鼠离开起点到进入终点的这段时间为运行时间。迷宫时间是从电脑鼠第一次激活开始计算的,电脑鼠第一次激活后不需要马上就开始运动,但必须在迷宫起点处整装待命。

穿越迷宫的时间由竞赛工作人员人工测量或由装在起点和终点处的红外线传感器自动测量。使用红外传感器时,起点红外传感器应放置在起点单元和下一个单元之间的边界上;终点传感器应放置在终点单元的入口处。传感器沿水平方向发射红外线,高出地面约1cm。

电脑鼠在启动过程中,操作员不可再选择策略。

一旦竞赛迷宫的布局揭晓,操作员不能将任何有关迷宫布局的信息再传输给电脑鼠。

迷宫所在房间的亮度、温度和湿度与周围环境相同。改变亮度的要求是否被接受须由竞赛组织者决定。

如果电脑鼠出现故障,操作员可以在裁判的许可下放弃该次运行,并放回到起点重新开始。但不能仅因为转错弯就要求重新开始。

如果参赛因为技术原因决定停止当前运行,裁判可以允许该队重新运行,但要增加3分钟的迷宫时间作为惩罚。例如,一个电脑鼠在比赛开始以后4分钟停止,重新运行后用去的迷宫时间为7分钟,那么该电脑鼠在迷宫中还可以重新再开始运行的时间就只剩下8分钟了。

如果电脑鼠在比赛中任何部分被替换,比如电池、EPROMS或者作出其它重要的调整,必须清除电脑鼠中有关迷宫信息的内存。细微的调节,例如调整传感器,可以在裁判的许可下进行,无须清除内存,但是对速度或策略控制的调节,则必须要清除内存。

一个电脑鼠的任意部分(除电池外)都不能用到其它的电脑鼠上。例如,如果一个底盘使用两个可互换的微控制器芯片,即它们属于同一个电脑鼠,最大运行时间也是15分钟。当需要更换微控制器时,先前的内存必须被清除。

当比赛官方认为某电脑鼠的运行将破坏或损毁迷宫时,有权停止其运行或取消其参赛资格。


4. 计时方法

电脑鼠在规定的十五分钟内可运行任意次。每一次的成绩都由迷宫时间、运行时间和碰触奖惩三部分组成,取多次运行中最短排障时间作为最终成绩。根据《IEEE电脑鼠走迷宫竞赛规则》中对于迷宫时间的定义“从电脑鼠的第一次激活到每次运行开始,这段期间所花费的时间称为迷宫时间”,具体计时方法如下:


例1:

假设电脑鼠第一次启动后经过100秒到达迷宫终点,那么第一次运行时间Y1=100秒,运行过程中没有发生碰触,奖励10秒。由于是第一次运行没有迷宫时间即M1=0,因此第一次排障时间是:

         P1=100 – 10 = 90(秒)

电脑鼠离开终点后又花费了140秒时间用于搜索迷宫信息并回到起点。此时自动180度回转后根据找出的最短路径以最快速度冲刺到终点,耗时20秒,那么第二次运行时间Y2=20秒,迷宫时间是之前的运行时间100秒加上后续搜索迷宫的140秒,即M2=240秒。没有发生碰触,那么第二次排障时间是:

         P2=240/30 + 20 – 10 = 18(秒)

这只电脑鼠经过25秒回到起点,此时操作员将电脑鼠拿起除去车轮上的灰尘或是进行其他操作耗费30秒,记为第一次碰触。再次放回迷宫以最快速度从起点冲向终点,此次耗费时间19秒,那么第三次的运行时间Y3=19秒,而此次的迷宫时间包括之前的所有时间,包括第二次的迷宫时间240秒,第二次的运行时间20秒,回到起点的25秒和除尘等操作耗去的30秒,此次的迷宫时间M3=315秒,碰触一次,没有奖惩,那么第三次运行成绩为:

         P3=315/30 + 19= 29.5(秒)

如果此时向裁判请求结束比赛那么取三次最好成绩18秒作为最终成绩。


例2:

假设另一只电脑鼠第一次启动后经过100秒到达迷宫终点,第一次运行时间Y1=100秒,第一次运行没有迷宫时间M1=0且此次运行没有碰触,那么第一次排障时间是:

         P1=100 – 10 = 90秒

电脑鼠离开终点继续搜索迷宫,但在搜索的过程中不幸撞墙而发生错误,此时操作员将电脑鼠拿出迷宫重新放回起点,此过程经过160秒,电脑鼠耗去45秒后又一次找到终点,那么第二次运行时间Y2=45秒,第二次的迷宫时间M2=100 + 160 = 260(秒),此次运行发生碰触,第二次排障时间是:

         P2=260/30 + 45 = 53.66(秒)

电脑鼠在返回起点过程中卡壳,用手矫正方向一次使其继续前行,经过25秒返回起点。自动180度回转后以最快速度冲向终点,这段时间为20秒,即第三次运行时间Y3=20秒,第三次迷宫时间M3=260 + 45 + 25 = 330(秒),又一次发生碰触,要增加5秒惩罚时间。第三次排障时间是:

         P3=330/30 + 20+5 = 38(秒)

此时操作员要求停止比赛,那么最终成绩取三次运行中最佳成绩,即38秒。


5. 碰触奖惩

电脑鼠启动运行后出现故障,允许操作员手动电脑鼠使其继续行走或将电脑鼠从迷宫取出,放到起点重新启动运行,这称为“碰触”电脑鼠,但“碰触”次数不能超过3次。在限定时间内,电脑鼠能够完成“成功运行”且没有被“碰触”, 排障时间将在迷宫时间和运行时间的基础上获得减少10秒的奖励;电脑鼠被碰触一次则不做奖惩;电脑鼠被碰触两次则在迷宫时间和运行时间的基础上受到增加5秒的惩罚;电脑鼠被碰触三次则在迷宫时间和运行时间的基础上受到增加10秒的惩罚;被碰触四次则停止比赛,以之前奖惩后的最短排障时间作为最终成绩。


6. 按键限制

为防止竞赛中迷宫的布局揭晓后,操作员将有关迷宫布局的信息再传输给电脑鼠,规定操作员最多对电脑鼠上的三个按键(例如电源、启动、重跑)进行操作,且不得在电脑鼠运行前对按键进行多次重复按动,否则被认为是对电脑鼠的违规编程,将被取消比赛资格。该三个按键要用不小于0.5cm×0.5cm的色块粘贴标注,统一规定:“电源”粘贴标注红色、“启动”粘贴标注蓝色、“重跑”粘贴标注白色。电脑鼠首次启动只能使用“电源”和“启动”二个按键。 其他

迷宫布局揭晓前,所有做好可区分标记的参赛电脑鼠交与赛事组委会放在指定地点统一管理。

赛场上只允许一名操作员对电脑鼠进行操作。

迷宫终点只设置一个进入口。

其他参照《IEEE电脑鼠走迷宫竞赛规则》。



五、奖项设置


1.  初赛奖励:软件组为参赛班级设最佳组织奖6名,由组委会颁发获奖证书和奖品。

2. 总决赛奖励(软件组、综合组分别设定),根据实际报名人数进行确定,决赛名额中分配一、二、三等奖,其中:

一等奖:决赛组数的5%,奖品(价值300元)+证书;并代表学校参加全国电脑鼠走迷宫竞赛比赛;

二等奖:决赛组数的20%,奖品(价值200元)+证书;并代表学校参加全国电脑鼠走迷宫竞赛比赛;

三等奖:决赛组数的50%组,奖品(价值100元)+证书;

优秀奖:若干,证书;


六、比赛日程


活动项目

活动时间

活动内容

电脑鼠走迷宫竞赛

4.1-4.10(第四周 -第五周)

第六届电脑鼠走迷宫竞赛(软件组、综合组)报名

4.20-4.23(第七周)

发放电脑鼠制作材料

4.24-5.30

电脑鼠模型制作综合组答疑

4.24-5.30

电脑鼠模型制作软件组答疑

5.31、6.7(第十二周、第十三周周末)

电脑鼠走迷宫初赛(软件组)

5.31、6.7

(第十二周、第十三周周末)

初赛成绩公示

5.31、6.7

(第十二周、第十三周周末)

电脑鼠走迷宫决赛(综合组、软件组)

5.31、6.7

(第十二周、第十三周周末)

决赛成绩公示



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