Botball

Botball est un programme de robotique éducatif qui vise à engager des élèves de collège et de lycée dans des compétitions de robotique en équipe. Des milliers d'enfants et de jeunes adultes participent au programme Botball. Il est actif depuis 1998 et propose un programme de robotique axé sur la conception, la construction et la programmation d'une paire de robots autonomes. Les équipes utilisent un kit de matériel standardisé, documentent le processus, puis participent à un tournoi dont les défis changent chaque année. Tous les matériaux des kits sont exactement les mêmes pour toutes les équipes du monde entier, il n'y a donc aucun avantage injuste. Les équipes de Botball sont principalement basées aux États-Unis avec plus de 300 équipes et des tournois locaux dans plus d'une douzaine de régions. Ces dernières années, il organise également une conférence mondiale annuelle sur la robotique éducative (GCER), avec un tournoi international qui attire des équipes de tout le pays ainsi que du Mexique, d'Autriche, de Chine, d'Ouganda, de Pologne, du Qatar, du Koweït, d'Égypte et de nombreux autres.

Aperçu

Le mantra de Botball est que « les enfants de Botball d'aujourd'hui sont les scientifiques et les ingénieurs de demain ». Le programme est géré par l'institut à but non lucratif KISS Institute for Practical Robotics (KISS signifie l'acronyme d'ingénierie : Keep It Simple Stupid) dont la vision est d'utiliser la robotique « pour stimuler et engager les étudiants dans l'exploration de leur potentiel en ingénierie, science et mathématiques ». L'objectif de Botball et de KISS est d'éduquer la main-d'œuvre du futur et d'engager les étudiants dans les sciences, la technologie, l'ingénierie et les mathématiques. Cet objectif est partagé par le NASA Robotics Alliance Project (RAP) qui s'associe à Botball et à d'autres programmes d'éducation en robotique. La mission de NASA RAP est de « permettre la mise en œuvre de futures missions d'exploration spatiale robotique ». La NASA sponsorise Botball en fournissant des mentors techniques et d'autres ressources. Elle héberge également un cours en ligne gratuit sur la programmation de robots en C, avec un contrôleur qui a été utilisé dans Botball NASA RAP voit Botball comme une opportunité d'atteindre sa future main-d'œuvre et de fournir une expérience pratique pertinente et les compétences nécessaires aux futurs scientifiques potentiels de la NASA.

Le Botball est connu pour la sophistication et la complexité de ses compétitions robotiques. Ce qui différencie le Botball des autres programmes de robotique pour étudiants, c'est que les robots sont autonomes ; par conséquent, ils ne sont pas dirigés par télécommande. Les étudiants utilisent l'informatique pour programmer les robots afin qu'ils reconnaissent les défis et tentent ensuite d'atteindre les objectifs de la compétition. Les robots contiennent plusieurs types de capteurs ainsi que deux caméras numériques pour leurs systèmes de vision par ordinateur. Robot Magazine , a souligné dans un article le gameplay et les systèmes, "Chaque année, le jeu propose différents défis à différents niveaux de difficulté, afin que les participants puissent se concentrer sur des objectifs plus difficiles ou trouver des solutions plus simples, en fonction de leurs capacités... Botball utilise le CBC2, un puissant contrôleur de robot qui s'interface facilement avec un grand nombre de capteurs et d'effecteurs et dispose d'un processeur CPU/Vision basé sur ARM 9 exécutant LINUX, un système de contrôle DAQ/moteur basé sur ARM 7 et un écran intégré et des écrans tactiles faciles à utiliser. Le CBC2 utilise l'environnement de développement intégré KISS-C et ses bibliothèques, spécialement conçus pour être conviviaux pour les utilisateurs ayant une expérience de programmation très différente. Le CBC2 et le KISS-C ont tous deux été développés par le KISS Institute et sont utilisés dans les programmes de recherche universitaire, ainsi que dans le programme Botball."

Les compétitions de botball consistent à utiliser des robots autonomes pour accomplir une série de tâches (comme collecter des objets et les déplacer vers un autre endroit ou reconnaître des objets de certaines couleurs et les trier) dans un délai défini de deux minutes. Des capteurs et des caméras numériques fournissent des informations aux robots, qui aident à identifier les objets. Avant et entre les tours de compétition, les participants programment les robots à l'aide d'un environnement de développement intégré (KISS-C est la dernière version). Les concurrents de botball doivent également remplir une documentation en ligne de leur progression et de leurs objectifs pour marquer des points.

Une compétition similaire pour les adultes, appelée KIPR Open (anciennement Beyond Botball), a débuté en 2001.

Histoire

Le KISS Institute for Practical Robotics est une organisation d'éducation et de recherche à but non lucratif 501(c)(3), constituée en Virginie en 1994. Son siège social est désormais situé à Norman, Oklahoma. Le KISS Institute a été cofondé par Mme Cathryne Stein, le Dr David Miller et le Dr Marc Slack dans le but de créer un centre pour un système de programmes d'éducation technologique et scientifique basé sur la robotique et d'utiliser la technologie robotique pour mieux servir le bien public. Mme Stein a récemment pris sa retraite en tant que directrice exécutive ; elle est remplacée par le Dr Steve Goodgame, un éducateur expérimenté qui est devenu PDG via No Contest. Le Dr Miller est le directeur de la technologie, ainsi que le professeur Wilkonson d'ingénierie aérospatiale et mécanique à l'Université d'Oklahoma. Le Dr Miller est un ancien employé du JPL, ayant apporté des contributions significatives au projet Mars Rover de la NASA.

Le Botball a été lancé en 1997 par le KISS Institute for Practical Robotics (KIPR).

Composants techniques

Au début de chaque saison de Botball, chaque équipe reçoit un kit de composants avec suffisamment de matériel pour construire deux robots complètement autonomes.

Les composants mécaniques utilisés dans Botball sont des briques Lego Technic . Les composants électriques comprennent une variété de contrôleurs de robot, dont chaque kit d'équipe contient deux (leur permettant de construire deux robots entièrement autonomes à partir de chaque kit), ainsi qu'un certain nombre de capteurs et de moteurs différents.

Contrôleurs de robots utilisés dans le Botball

Wombat KIPR
Wallaby de KIPR
iRobot Create , avec un XBC ou un CBC attaché.

Wallaby de KIPR
Un iRobot Create non modifié .

Déjà utilisé :

Carte pratique , avec et sans carte d'extension
Lego RCX , v1 et v2
XBC – v1, v2 et v3
CBC – v1 et v2
Lien KIPR

Un exemple de tableau pratique . Celui-ci est plus grand que celui inclus dans la plupart des ensembles.
Le RCX sans aucun accessoire ni moteur.
Le contrôleur de robot XBC . La Game Boy Advance , la Game Boy Micro ou la Game Boy Advance SP peuvent être utilisées avec la XBC.
Un contrôleur de botball CBC (basé sur un Chumby )
Lien KIPR

Capteurs et moteurs

Moteurs

Servomoteurs

Dans le Botball, les servomoteurs sont généralement utilisés pour alimenter un bras ou un accessoire sur le robot. Ce sont des servomoteurs de loisir standard, commandés à une position à l'aide d'un signal de largeur d'impulsion standard comme pour les voitures et les avions télécommandés, mais dans ce cas, les signaux sont générés par le CBC (ou des contrôleurs antérieurs). Les servomoteurs ont une plage angulaire de 0 à 180 degrés et fournissent un couple moteur pour maintenir la position commandée. Les servomoteurs peuvent être calibrés à partir d'un écran de contrôle spécial sur le CBC sans aucune programmation pour tester/ajuster leurs positions mécaniques pour une commande angulaire souhaitée.

Moteurs électriques à courant continu

Dans Botball, les moteurs électriques à courant continu sont généralement utilisés pour alimenter les roues. En utilisant le Wallaby, cependant, ils peuvent être commandés pour fonctionner à une vitesse précise et s'arrêter à une position de rotation précise. Cela est fourni au niveau du système d'exploitation dans le CBC en échantillonnant périodiquement l'EMF pendant que le moteur tourne et en ajustant la puissance. Le code utilisateur n'a besoin que de spécifier la vitesse souhaitée (et la position d'arrêt, si nécessaire) à l'aide des fonctions du moteur.

Capteurs

Capteurs passifs
- Capteur tactile

Un capteur tactile détecte lorsque le capteur est touché.

- Capteur de lumière

Un capteur de lumière détecte la lumière. Les capteurs de lumière sont utilisés au début du tour lorsqu'une ampoule s'allume pour signaler le début d'un tour.

- Caméra couleur

Dans Botball, la caméra est utilisée pour suivre les objets en mouvement ou pour se déplacer vers des objets. La caméra peut suivre le centre des zones (ou « taches ») de couleur (c'est ce qu'on appelle le « suivi des taches »). Les coordonnées des taches peuvent, à leur tour, être utilisées pour pointer un bras ou pour guider le robot vers l'objet, à l'aide d'un programme de guidage.

- Capteur de faisceau de rupture IR

Ce capteur utilise un faisceau passant entre un émetteur et un récepteur pour tester les petites obstructions.

Capteurs actifs
- Émetteur/récepteur infrarouge
- Capteur sonar

Ces capteurs sont utilisés pour déterminer la distance entre le robot et un objet.

Langage de programmation

Le langage de programmation officiel utilisé dans Botball de 1997 à 2008 était Interactive C. KISS
-C est le langage de programmation officiel utilisé dans Botball de 2009 à 2011. KISS IDE est l'environnement de programmation officiel utilisé dans Botball de l'automne 2011 à 2016. KISS IDE prend en charge C , C++ , Java et Python .

Règles

Construction de robots

Les robots ne peuvent être construits qu'à partir des pièces incluses dans le kit.

Un maximum de 93 pouces carrés de papier (qui doit peser 20 livres ou moins) peut être utilisé. Le papier utilisé doit être noir ou blanc.
Une ficelle peut être utilisée dans la construction du robot ; jusqu'à 36 pouces peuvent être utilisés.
Dix élastiques #19 peuvent être utilisés.
Les pièces métalliques incluses dans le kit ne peuvent pas être brisées en morceaux plus petits.
Parmi les pièces métalliques, seules les barres plates et les plaques peuvent être pliées.
Les seules pièces amovibles de l' iRobot Create sont la roue arrière, les clips de roue motrice et la paroi du compartiment de chargement arrière. Les autres pièces ne peuvent pas être retirées ou démontées.
La zone de départ des robots varie selon les années. En 2010, la zone de départ mesure 22 x 31,5 x 15 pouces (10395 pouces ³ ).
- Le robot doit être sous une certaine contrainte de taille au début du match.
Une équipe peut avoir quatre objets différents sur le terrain.
- Tous les objets doivent rentrer dans la boîte de départ.
Aucune communication sans fil n'est autorisée pendant le tournoi.

Jouabilité

Chaque année, les objectifs sont différents. Le thème de 2008 était basé sur l'espace , avec les robots à bord d'une station spatiale. Les robots doivent se préparer à une éruption solaire en collectant de la « nourriture » (des boules vertes), en sauvant des « membres d'équipage » (des boules orange) et en déployant des « satellites » (des tasses bleues) et des « voiles solaires » ( des parapluies à cocktail ). Les robots doivent également collecter Botguy (un robot en peluche) et un jardin (une grosse boule verte) et les placer sur le côté. Le plateau est composé de deux planches de 2,40 m sur 1,20 m reliées par un fossé de 60 m sur 1,20 m. Le fossé comporte deux ponts de chaque côté, que les robots doivent abattre pour atteindre l'autre côté.

La taille du terrain dépend du jeu ; celui-ci mesure 8 pieds sur 12 pieds, la majeure partie de la surface étant entourée de 1+Tuyau en PVC de 1 ⁄ 2 pouce. Lorsque deux équipes s'affrontent, elles commencent aux extrémités opposées de la surface de jeu et ont 120 secondes pour se déplacer autour des objets et marquer des points. À la fin d'une partie, les robots doivent s'arrêter, moment auquel un juge note le score du jeu pour déterminer quelle équipe a gagné.

Notation

Pour la saison 2008, le score initial d'une équipe est de 0 et les points sont ensuite calculés à la fin du match en utilisant les valeurs de points trouvées dans le tableau suivant :

La saison/compétition de Botball

La saison régionale de Botball se déroule de fin janvier à début mai environ. Pendant cette période, les étudiants participent à un atelier de deux jours et sont formés aux bases de la programmation informatique. Les étudiants ont six à huit semaines pour programmer, construire et tester leurs robots. Au fur et à mesure que les robots progressent, les étudiants doivent documenter l'évolution de leur robot ainsi que les ajustements et les changements qu'ils ont apportés à la conception originale. Pendant la compétition régionale, il y a trois tours : le classement, les doubles éliminations et l'alliance. Le classement : le classement est le moment où une équipe s'oppose à elle-même (il s'agit plutôt d'un tour d'entraînement), mais les étudiants gagnent toujours des points et il y a une récompense pour l'équipe qui obtient le score le plus élevé au tour de classement. Les doubles éliminations sont le moment où la compétition commence et où les équipes s'affrontent jusqu'à ce qu'elles soient éliminées deux fois. Les matchs d'alliance sont des matchs pour les équipes qui ont été éliminées deux fois au début de la compétition. Deux équipes sont jumelées et elles s'affrontent pour des points (cela fonctionne comme les tours de classement, mais il y a une équipe individuelle de chaque côté et elles essaient de marquer des points en tant qu'alliance).

Régions et compétitions internationales

En 2012, les régions des États-Unis sont les suivantes :

Le Botball a également eu 4 tournois au Moyen-Orient :

En 2011, Botball a également organisé des tournois en

Autriche

En 2001, KIPR a commencé à organiser une compétition nationale et en 2003, la première équipe internationale y a participé. La compétition internationale a lieu pendant l'été, une fois toutes les compétitions régionales terminées. Chaque équipe qui participe à une compétition régionale est éligible pour participer à la compétition internationale. Les règles du jeu de la compétition internationale sont généralement identiques à celles du jeu régional de cette année-là. L'événement se déroule pendant la GCER (Global Conference for Educational Robotics). Le KIPR Open (anciennement Beyond Botball) se tient également à la GCER et de nombreux intervenants viennent parler du domaine de la robotique. La GCER a été organisée à Hawaï, dans le nord et le sud de la Californie, à Norman, en Oklahoma, à Jacksonville, en Floride, à Leesburg, en Virginie, et à Edwardsville, dans l'Illinois, ainsi qu'à Washington DC. En 2013, la GCER se tiendra à Norman, en Oklahoma.