機(jī)器人比賽的策略分析及輔導(dǎo)技巧

張祿

Botball國(guó)際機(jī)器人大賽是一項(xiàng)起源于美國(guó)麻省理工大學(xué)（MIT）的教育機(jī)器人活動(dòng)。由于與STEM（科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)）理念高度契合，這項(xiàng)活動(dòng)由最初的本科學(xué)生競(jìng)賽活動(dòng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐灾袑W(xué)生教育為主的國(guó)際機(jī)器人競(jìng)賽。該項(xiàng)活動(dòng)在設(shè)計(jì)內(nèi)容時(shí)依據(jù)了美國(guó)國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和探究精神為宗旨。這項(xiàng)比賽與其他機(jī)器人比賽有著明顯的不同之處。比如，它基于多種傳感器來(lái)制作自主機(jī)器人，并限制使用遙控等遠(yuǎn)程控制；它完全以學(xué)生為活動(dòng)主體，在比賽期間，成年人不允許進(jìn)入準(zhǔn)備區(qū)；它的器材可以重復(fù)使用，以達(dá)到長(zhǎng)期教育的目的……另外，它的賽制也很特別，分為種子賽、淘汰賽和聯(lián)隊(duì)賽，最后還會(huì)安排一個(gè)幾分鐘的技術(shù)答辯環(huán)節(jié)。我們參加的是2014年Botball中國(guó)區(qū)域賽機(jī)器人輔助康復(fù)任務(wù)，其場(chǎng)地如下圖所示。

● 機(jī)器人搭建策略

在機(jī)器人的整體搭建中，我們以一個(gè)Link控制的Create為主體，搭建的大車，主要包括Link、Create和三個(gè)機(jī)械臂。大車負(fù)責(zé)在高處作業(yè)，包括掛衣架，并將貨架上的橙色立方體和黃色立方體打到己方區(qū)域，也會(huì)順便把小球推進(jìn)下層倉(cāng)庫(kù)。當(dāng)然，如此搭建大車，必然會(huì)對(duì)相關(guān)的任務(wù)做出取舍，我們主要舍棄了以下兩項(xiàng)任務(wù)：將整理架低處的藍(lán)色衣架掛到高處；將綠色和橙色小球進(jìn)行分類后分別放在倉(cāng)庫(kù)上下兩層。另外，我們?cè)陔x手前的90秒準(zhǔn)備時(shí)間內(nèi)需要將衣架掛到機(jī)械臂上。

我們以另一個(gè)Link控制樂(lè)高積木為主體，搭建的小車主要包括Link、攝像頭、一個(gè)機(jī)械臂和一個(gè)機(jī)械手。小車負(fù)責(zé)低處作業(yè)，包括將藍(lán)色立方體推至精確操作區(qū)旁，抓取Botguy并將其放到藍(lán)色立方體上，將橙色立方體放進(jìn)精確操作區(qū)的橙色圓柱體內(nèi)，將黃色立方體放到精確操作區(qū)內(nèi)。對(duì)于搭建的小車，我們舍棄了將黃色立方體放進(jìn)黃色圓柱體的任務(wù)。

● 種子賽策略

所謂種子賽，就是沒(méi)有對(duì)手的比賽，每支隊(duì)伍一共參加三輪種子賽，最終得分是分?jǐn)?shù)較高的兩輪種子賽得分的平均分。每輪種子賽的得分是場(chǎng)地兩邊的分?jǐn)?shù)之和，也就是己方場(chǎng)地得分加上對(duì)方場(chǎng)地得分（雖然沒(méi)有對(duì)手，但是機(jī)器人有可能將自己的得分棋子打到對(duì)方得分區(qū)的）。對(duì)于一支參賽隊(duì)伍來(lái)說(shuō)，種子賽第一輪是第一場(chǎng)正式比賽。因此，一定要注意觀察機(jī)器人在比賽各個(gè)環(huán)節(jié)中的表現(xiàn)，這樣便于在后續(xù)的比賽中調(diào)整策略。

我們?cè)诘谝惠喌谋憩F(xiàn)差強(qiáng)人意，大車基本完成了任務(wù)，將衣架掛在了整理架上，將橙色和黃色立方體打到了己方區(qū)域，但是并沒(méi)有將小球推進(jìn)倉(cāng)庫(kù)。而由于失誤，小車并沒(méi)有啟動(dòng)。針對(duì)這種情況，學(xué)生在第二輪并沒(méi)做技戰(zhàn)術(shù)方面的調(diào)整，只是將小車的程序測(cè)試了幾次，以保證其能正常啟動(dòng)。在第二輪比賽中，多數(shù)隊(duì)伍都擺脫了第一輪的0分窘境，發(fā)揮趨于正常，但還是沒(méi)有將失誤減少到0。如何盡量減少失誤？這是第二輪比賽結(jié)束后急需解決的問(wèn)題。我們隊(duì)伍的幾位學(xué)生經(jīng)過(guò)短暫而有限的幾分鐘討論，確定了第三輪的策略，那就是求穩(wěn)。經(jīng)過(guò)種子賽，學(xué)生們最初設(shè)想的能夠得到幾百分，但最終下來(lái)只得了幾十分，理想與現(xiàn)實(shí)的差距往往能使學(xué)生迅速認(rèn)清自己。

● 淘汰賽策略

淘汰賽的規(guī)則是兩隊(duì)競(jìng)賽，勝者晉級(jí)，敗者淘汰，但是被淘汰的隊(duì)伍可以獲得參加聯(lián)隊(duì)賽的資格。淘汰賽采取三局兩勝制，并且得分不影響排名，即不論隊(duì)伍得分多少，只要有兩輪比賽得分比對(duì)手高，就可以晉級(jí)。因此，淘汰賽有著特殊性，比賽中如何干擾對(duì)手？如何防止對(duì)手干擾？如何在這種情況下保證得分高于對(duì)手？這就要求參賽隊(duì)伍必須與對(duì)手斗智斗勇。

淘汰賽的第一輪，大家都不知道對(duì)手的策略，所以只能考慮如何去干擾對(duì)手，而無(wú)法考慮如何防止對(duì)手干擾。如何去干擾對(duì)手？大家都不約而同地想到了拖鏈（IGUS），利用小車在抓取Botguy時(shí)直接把拖鏈扔到對(duì)方場(chǎng)地，希望對(duì)方的機(jī)器人能夠被拖鏈卡住。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有想象的那么簡(jiǎn)單，因?yàn)楹茈y使小車將拖鏈扔到理想的位置，甚至?xí)蚴д`將拖鏈掉落在己方場(chǎng)地，這就會(huì)釀成災(zāi)難性的后果。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們?cè)诘诙喌谋荣愔懈倪M(jìn)了方法，將拖鏈纏在小車上，利用360度舵機(jī)將其像傳送帶一樣傳送到對(duì)方場(chǎng)地。這樣的做法保證了拖鏈能夠穩(wěn)定地放在對(duì)方場(chǎng)地的固定位置，付出的代價(jià)則是消耗了大量的時(shí)間，使小車無(wú)法完成得分任務(wù)。所以這就需要一個(gè)權(quán)衡，是自己得分，還是阻止對(duì)手得分的問(wèn)題。當(dāng)然，具體問(wèn)題具體分析，要根據(jù)對(duì)手的策略做出合理的選擇。在第三輪比賽，我們?cè)俅巫龀龈淖?，不去阻止?duì)方得分，只專注于自己得分，這樣做的前提是，不要被對(duì)方干擾到。經(jīng)過(guò)淘汰賽，我想學(xué)生已經(jīng)明白了，對(duì)抗與淘汰中最重要的并非最初制定的策略，而是能夠根據(jù)對(duì)手做出策略的改變，也就是臨場(chǎng)應(yīng)變。

● 聯(lián)隊(duì)賽策略

在淘汰賽中遭到淘汰成就了我們一次參加聯(lián)隊(duì)賽的機(jī)會(huì)。所謂聯(lián)隊(duì)賽，就是在淘汰賽中被淘汰的隊(duì)伍中，兩支隊(duì)伍組成一支聯(lián)隊(duì)，兩支隊(duì)伍通過(guò)合作完成任務(wù)，最終得分為兩支隊(duì)伍得分之和。在比賽時(shí)，兩支隊(duì)伍可以將機(jī)器人放到同一半場(chǎng)內(nèi)的啟動(dòng)區(qū)，也可分別放于兩個(gè)半場(chǎng)的啟動(dòng)區(qū)。聯(lián)隊(duì)賽不同于淘汰賽的、也是最重要的地方在于，兩支隊(duì)伍在比賽中不僅不要相互干擾，而且要通過(guò)合理的分工配合完成任務(wù)，以便得到更多的分?jǐn)?shù)。其實(shí)，聯(lián)隊(duì)賽不僅又給了被淘汰隊(duì)伍一次比賽的機(jī)會(huì)，而且在這種隊(duì)伍之間的臨場(chǎng)配合方面也培養(yǎng)了學(xué)生的溝通交流能力。

聯(lián)隊(duì)賽只有一輪比賽，兩支隊(duì)伍在一起商討策略的時(shí)間也是非常有限的。在短暫有限的時(shí)間內(nèi)，對(duì)機(jī)器人做改裝顯然是來(lái)不及的。我們需要做的便是探討如何取長(zhǎng)補(bǔ)短，合理使用雙方機(jī)器人。其實(shí)，雙方隊(duì)員在一起討論這些還是很有效率的，很快大家都根據(jù)需求將自己的機(jī)器人改造好（就是拆掉沒(méi)用的部件）。經(jīng)過(guò)聯(lián)隊(duì)賽，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)交流與合作的重要性，合理運(yùn)用各自機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)并形成有效配合則是關(guān)鍵。

作為一項(xiàng)工程挑戰(zhàn)賽，Botball大賽在策略設(shè)計(jì)時(shí)有著明顯的工程教育色彩，其特點(diǎn)主要有以下幾條：第一，明確性。作為一項(xiàng)工程，一定要有明確的目標(biāo)，也就是要確定最后的機(jī)器人具有哪些功能，需要完成哪些任務(wù)，以便于提升團(tuán)隊(duì)合作的效率。第二，實(shí)踐性。在設(shè)計(jì)搭建機(jī)器人過(guò)程中，一定要不斷地通過(guò)實(shí)踐來(lái)檢驗(yàn)機(jī)器人每一項(xiàng)功能都可完成，并確保最終各個(gè)功能的配合完成。第三，綜合性。不論是機(jī)器人搭建和編程中所需要的各學(xué)科知識(shí)，還是在團(tuán)隊(duì)合作中的管理學(xué)技巧，都是在策略設(shè)計(jì)中需要考慮的綜合性問(wèn)題。第四，創(chuàng)新性。在策略設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮機(jī)器人在完成既定任務(wù)的基礎(chǔ)上如何進(jìn)行創(chuàng)新。endprint