國內外機器人競賽與機器人教育發展歷史及現狀分析
點擊率:777  作者:robotlab 發表時間:2013-12-11 21:04:44

 從1954年美國人Devol頒布工業機器人專利至今已經半個世紀了。它的成長歷程印證了這樣的論斷:機器人是20世紀人類的偉大發明。機器人學的進步和應用是20世紀自動控制最有說服力的成就,是當代最高意義的自動化。機器人技術將筑起21世紀人類新的“長城”。

隨著智能技術突飛猛進的發展、教育理念的不斷更新,作為綜合了人工智能、計算機、自動控制、圖像處理、傳感器及信息融合、精密機構、無線通訊、機械電子學和新材料等前沿科技的機器人技術也在為教育改革貢獻自己的力量。為了推動機器人技術的發展,培養學生創新能力,在全世界范圍內相繼出現了一系列的機器人競賽,如RoboCup、Fira、ABU-RoboCon、CCTV-ROBOCON、國際機器人奧林匹克競賽、FLL機器人世界錦標賽、中國青少年機器人競賽等。更多小型的機器人賽事更是數不勝數。

機器人競賽,融趣味性、觀賞性、科普性為一體,給青年提供了越來越多充分展示聰明才智的舞臺,也為青年提供了一個充分表現科技思想和行動的舞臺,培養了他們實際動手能力,團隊協作能力,提高了創新能力,充分貫徹了中央“科教興國”戰略方針,是“科教興國”戰略方針的具體體現和創新舉措。機器人競賽已經成為一個能激發學生們的學習興趣、引導他們積極探索未知領域、參與國際性科技活動的良好的平臺。

機器人競賽實際上是高技術的對抗賽,從一個側面反映了一個國家信息與自動化領域基礎研究和高技術發展的水平。機器人競賽使研究人員能夠利用各種技術,獲得更好的解決方案,從而又反過來促進各個領域的發展,這也正是開展機器人競賽的深遠意義,同時也是機器人競賽的魅力所在。

目前國際上流行的機器人競賽按照比賽主題可以分為以下三類:

一、機器人足球競賽

機器人足球的最初想法由加拿大不列顛哥倫比亞大學的Alan Mackworth教授于1992年正式提出。國際上最具影響的機器人足球賽主要是FIRA和RoboCup兩大世界杯機器人足球賽。

1. FIRA機器人足球比賽

    最早由韓國高等技術研究院(Korea Advanced Institute of Science and Technology,KAIST)的金鐘煥(Jong-Hwan Kim)教授于1995年提出,并于1996年在KAIST所在的韓國(Daejeon)舉辦了第一屆國際比賽。 

1997年6月,第二屆微機器人足球比賽(MiroSot97)在KAIST舉行期間,國際機器人足球聯盟(Federation of International Robot-soccer Association,FIRA)宣告成立。此后FIRA在全球范圍內每年舉行一次機器人世界杯比賽(FIRA Cup),至今已經分別在韓國大田(1996、1997)、法國巴黎(1998)、巴西坎皮那斯(1999)、澳大利亞亞拉科漢普(2000)、中國北京(2001)、韓國漢城、大田、釜山等6城市(2002)、奧地利維也納(2003)、韓國釜山(2004)、新加坡(2005)、德國多特蒙德(2006)、美國舊金山(2007)、中國青島(2008)先后舉辦了十三屆賽事。

2. RoboCup機器人足球比賽

1993年,Minoru Asada(淺田埝)、Hiroaki Kitano(北野宏明)和Yasuo Kuniyoshi等著名學者創辦了RoboCup機器人足球世界杯賽(the Robot world cup soccer games,簡稱RoboCup)。RoboCup的最終目標是在2050年成立一支完全自主的擬人機器人足球隊,能夠與人類進行一場真正意義上的足球賽。

RoboCup至今已經分別在日本名古屋(1997)、法國巴黎(1998)、瑞典斯德哥爾摩(1999)、澳大利亞亞墨爾本(2000)、美國西雅圖(2001)、日本福岡(2002、2005)、意大利帕多瓦(2003)、葡萄牙里斯本(2004)、德國不來梅(2006)、美國亞特蘭大(2007)、中國蘇州(2008)先后舉辦了十二屆賽事。

二、機器人滅火競賽

國際機器人滅火比賽,由全球教育機器人創始人之一美國三一學院的Jake Mendelssohn教授于1994年始創,此項賽事是目前歷史最悠久、影響最廣、參與選手最多的國際機器人競賽之一。比賽是在一套模擬四室一廳住房內進行,要求參賽的機器人在最短的時間內熄滅放置在任意一個房間中的蠟燭。參賽選手可以選擇不同的比賽模式,比如,在比賽場地方面可以選擇設置斜坡或家具障礙,在機器人的控制方面可選擇聲控和遙控,熄滅蠟燭所用的時間最短,選擇模式的難度最大,綜合扣分最少的選手為冠軍。雖然比賽過程僅有短短幾分甚至幾秒鐘的時間,用來滅火的機器人體積也不超過3l立方厘米,但其中包含了很高的科技含量。機器人裝備了數據處理芯片、行走、滅火裝置以及火焰探測器、光敏探測器、聲音探測器、紅外探測器和超聲波探測器等各種儀器,這些設備使機器人好像長了腦子、眼睛、耳朵和手腳,從而能夠根據場地的不同情況,智能性地完成避障、尋火、滅火等任務。從1994起每年舉辦一次比賽,至今已經成功舉辦了十五屆賽事。

三、機器人綜合競賽

無論是機器人足球比賽系列還是機器人滅火比賽系列都主要圍繞著一個主題進行的機器人競賽,在國際上,除了這些機器人單項競賽之外,還有把各項機器人競賽組合在一起的比賽系列,即機器人綜合比賽。這些比賽主要包括國際機器人奧林匹克競賽、FLL機器人世錦賽和亞洲廣播電視聯盟亞太地區機器人大賽(簡稱ABU-ROBOCON)。

1. 國際機器人奧林匹克競賽

國際機器人奧林匹克委員會(International Robot Olympiad committee ,即IROC)是一個非贏利性的國際機器人組織,成立于1998年,總部設在韓國。IROC從1999年開始組織首屆“國際機器人奧林匹克競賽”,這是一項將科技與教育目的融為一體的亞太地區的競賽,目的是為了使更多青少年有更多機會參加國際間的科技交流活動、展示自己的才華和能力,激發他們對科技和機器人世界的不懈探索[12]。迄今為止,已經分別在韓國大田市(1999、2003、2004、2005)、韓國漢城市(2000)、中國香港(2001)、中國北京(2002)、澳大利亞黃金海岸市(2006)、新加坡(2007)、馬來西亞(2008)成功舉辦了十屆比賽。

2. FLL機器人世錦賽 

FLL(FIRST LEGO League)機器人世錦賽于1998年由美國發明家Dean Kamen創立的FIRST(For Inspiration and Recognition of Science and Technology)機構和LEGO集團發起, 目前參加該比賽的有10多個國家(英國、法國、德國、北歐5國家、新加坡、韓國、中國)及美國的46個州,是世界上影響最大的一項機器人比賽。

該比賽從1998年開始每年舉辦一次,由主辦方發布挑戰題目,各參賽隊可以在8至10周的準備時間內進行項目的研究和設計。比賽分為機器人技術、課題研究和現場交流展示三部分,機器人技術又包括技術答辯和機器人挑戰兩部分。

3. ABU-ROBOCON

始于2002年的亞洲廣播電視聯盟亞太地區機器人大賽,簡稱ABU-ROBOCON(Asia-Pacific Robot Contest),是由中國,日本,泰國,新加坡,泰國和印度尼西亞組成理事會的“亞洲太平洋廣播聯盟”(亞廣聯)舉辦的每年一度的重大國際性賽事。比賽的宗旨是著力培養各國青少年對于高科技的興趣與愛好,提高各參與國的科技水平,為機器人工業的發展發掘和培養后備人才。

此活動的前身是日本廣播協會的機器人比賽,該項賽事從1988年開始,與 1989年成為日本NHK 每年的賽事,名名為“全日本機器人大賽”。1990年他們開始第一次邀請除日本之外的國外代表隊參賽,比賽成為一項國際性比賽。

從2002年起ABU ROBOCON機器人大賽正式誕生,該大賽每年舉辦一次,自2002年第一屆ABU-ROBOCON在日本舉辦以來已經成功舉辦了七屆。

國內機器人比賽全國范圍內的主要有以下四項賽事:

一、全國機器人足球錦標賽

1997年7月,國際機器人足球聯盟中國分會(簡稱FIRA中國分會)成立,分會設在哈工大。由洪炳镕教授擔任主席。同年中國人工智能學會(CAAI)下設機器人足球工作委員會,由洪炳镕教授同時擔任主任。自1999年開始到2008年在 CAAI和FIRA支持下,已經舉辦了8次全國錦標賽和2次FIRA世界杯機器人足球大賽,有力地推動了國內機器人足球的研究和發展。各界賽事詳情如表2.1所示。

表2.1全國機器人足球錦標賽各界賽事表


 

次數
 


 
時間
 
地點
 
首屆全國機器人足球邀請賽
 
1999.7
 
哈爾濱
 
德達杯首屆全國機器人足球錦標賽
 
1999.11
 
哈爾濱
 
濱化杯第二屆全國機器人足球錦標賽
 
2000.9
 
北京
 
FIRA世界杯國際機器人足球錦標賽
 
2001.8
 
北京
 
大慶杯第三屆全國機器人足球錦標賽
 
2002.4
 
大慶
 
哈工大杯第四屆全國機器人足球錦標賽
 
2003.8
 
哈爾濱
 
武漢工程大學杯第五屆全國機器人足球錦標賽
 
2004.6
 
武漢
 
西華大學杯第六屆全國機器人足球錦標賽
 
2005.7
 
成都
 
華煤杯第七屆全國機器人足球錦標賽
 
2006.6
 
平涼
 
10  思遠+1杯第八屆全國機器人足球錦標賽
 
2007.5
 
武漢
 
11  第十三屆FIRA世界杯機器人足球大賽
 
2008.7
 
青島
 

  
二、(2)中國機器人大賽暨RoboCup公開賽

中國機器人大賽暨RoboCup公開賽是國內最權威、影響力最大的機器人技術大賽和學術大會,基本覆蓋了中國現有最頂級、全部的機器人專家和眾多日本、美國、德國知名機器人學者,為當今中國、乃至亞洲機器人尖端技術產業競賽和國際頂尖人才匯集的活動之一。大賽從1999年第一次在重慶舉行后,以后每年舉辦一次,已在國內重要城市舉辦了十屆,北京、上海、廣州、合肥、蘇州、濟南、中山等地成功舉辦了歷屆大賽。 

三、CCTV-ROBOCON

中國中央電視臺為了選拔能夠代表中國參賽的代表隊,自2002年開始舉辦中央電視臺機器人電視大賽(簡稱CCTV-ROBOCON ),以選拔隊伍參加亞洲廣播電視聯盟亞太地區機器人大賽(ABU-ROBOCON),至今已成功舉辦了七屆。

四、中國青少年機器人競賽

中國青少年機器人競賽是在《2000-2005年科學技術普及工作綱要》和《2001-2005年中國青少年科學普及活動指導綱要》的倡導下,開展的一項適應21世紀青少年需求的,富有時代性、創新性、參與性和普及性的青少年科普活動。從2001年舉辦第一屆起,該活動在探索中逐步成熟,已發展成為匯集全國31個省、自治區、直轄市及港、澳地區青少年機器人技術愛好者共同參與的,頗有影響的青少年示范活動,至今已經先后在廣州(2001、2002)、鄭州(2003)、南寧(2004)、西安(2005)、昆明(2006)、重慶(2007)、長沙(2008)成功舉辦了八界比賽。這項活動越來越受到廣大青少年機器人愛好者的歡迎和社會各界的關注。少年機器人競賽活動不僅為青少年提供展現才智的平臺,還積極架起國內青少年與國外青少年互動交流的橋梁。

2001年中國自動化學會機器人競賽工作委員會成立,她主要負責在國內開展、組織與機器人技術相關的賽事與研討會,以及參與國際機器人技術領域的競賽和交流。此后,中國的機器人競賽開始朝著多樣化、大規模、高水平的方向發展。除以上介紹的幾種全國性賽事之外,各種小型賽事層出不窮,賽事涉及機器人直線行走競賽、機器人直線花樣行走競賽、機器人直線繞障行走競賽、機器人長跑賽、機器人短跑賽、機器人軌跡賽、機器人下臺階競賽、機器人游北京比賽、機器人火炬傳遞比賽、機器人福娃登長城競賽、機器人接力賽、即興機器人擂臺比賽、機器人舞蹈競賽、機器人相撲賽、機器人滅火比賽、機器人救援比賽、機器人登月采礦競賽、機器人探險與排障比賽、機器人籃球賽、機器人足球賽、空中機器人比賽、水中機器人比賽等40多種比賽項目。

作者:西安科技大學 李艷春

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