智慧型機器人滅火比賽最早是由美國三一學院傑克門德爾遜等一批國際著名機器人學家發起創辦的，比賽要求參賽機器人按照預先編排好的程式，通過感測器和超音波等探測設備對周圍環境進行模擬分析搜尋，在“房間”里用最快的速度找到代表火源的蠟燭並將其撲滅，誰用時最短誰就獲勝。目前，滅火比賽已發展成為世界上最為普及、最具影響力的。
基本介紹
- 中文名：機器人滅火比賽
- 外文名：Robot extinguishing the game
- 類型：智慧型機器人比賽
- 創始人：傑克門德爾遜等人
機器人滅火比賽規則,二標準,三規則,四比賽場地平面圖,機器人滅火中問題的解決方法,2提高成績的方法,3機器人滅火效果不理想的調試方法,4實際滅火比賽策略,
機器人滅火比賽規則
二標準
機器人滅火比賽的場地平面結構參考圖見下面的比賽場地平面圖。
參考圖中的尺寸供練習和實踐時參考，競賽場地的實際尺寸與參考圖給定尺寸基本相同，但允許有1cm範圍內製作誤差。
模擬房間的牆壁33cm高，材質為木板。牆壁為白色。競賽場地的地板為黑色的光滑木製表面。地板可以有接口，但接合處平整並是同樣的黑色。場地的平整度要求，只要機器人可以處理0.3cm的不連續區域就可以。競賽場地模擬房間裡整體地面是水平的，沒有斜坡和樓梯。
房子中，所有的走廊和門口寬都不小於46cm。門口並沒有門，在地面上用一條2.5cm寬的白線表示房間入口。
競賽場地的地板是黑色的。有一些機器人可能用泡沫、粉末或者其他的物質來撲滅蠟燭火焰，所以當每一個機器人比賽後應清洗場地。但不能保證每一個機器人在該次競賽過程中，地板都保持黑色。
機器人將從參考圖中一個標有“H”的圓圈開始，代表起始位置。實際競賽場地中代表起始位置的白圈是實心的，並不標記“H”。
代表起始的位置為30cm直徑的白色圓圈，圓心將設在46cm走廊的縱向中心線上，即：圓圈外徑和牆壁之間將有 8cm的距離，圓圈圓心距離兩邊牆壁24cm。
競賽場地參考圖中在代表起始位置的圓圈左側的牆壁沒有標註缺口。競賽場地這一部分牆壁可以移開，讓參賽者比較方便地設定機器人。機器人也可以用一些裝置來校正機器人在圓圈中的位置。機器人必須在白色圓圈中啟動。一旦啟動，它可以在比賽場地中向所希望的橫向或縱向運動。
2、照明設備
競賽場地周圍的照明等級在比賽時才能確定。參賽者在比賽的當天有時間了解周圍的燈光等級及標定機器人。
3、機器人
機器人的整體外形尺寸限制在31cm Ⅹ 31cm Ⅹ 31cm之內，包括機器人的觸角、探測物及裝飾物。
機器人的重量、製作材料、產品型號等不作限制。
4、蠟燭
蠟燭的火焰代表房間內機器人試圖找到並撲滅的火源。火焰位置的有效高度（指火焰底部距地面的距離）在15cm至20cm之間，否則，將會調整或更換蠟燭。
蠟燭是直徑2cm的白蠟燭。火焰可以從一邊看見並不會被蠟燭未融化的蠟所遮擋。
蠟燭火焰的高度和尺寸是不確定的、變化的，由蠟燭材質和周圍環境所決定。當蠟燭的火焰位置在上述的有效高度範圍內，要求機器人能發現蠟燭，而不管這時蠟燭焰火具體高度是多少。
蠟燭被安裝在一個7cm Ⅹ 7cm Ⅹ 3cm的塗了半光澤黃色的木質基座上。
5、感測器
在不違反其他規則和規範的情況下對感測器的型號沒有限制。
6、電源
競賽場地提供AC/220V/50HZ電源。如果參賽選手的機器人或計算機需要使用交流電源，請自備足夠長的導線和電源插座。參賽選手可以使用帶電池的智慧型機器人，不用交流電。
7、導線
如果機器人需要外部計算機來指導或提供電源，應使導線足夠長，讓機器人可以到達比賽場地的任意一個區域。導線可以拖在行進的機器人後面或者被一個公正的裁判提在空中。參賽選手自備導線必須有可靠的安全係數。
8、家具
競賽場地的每個模擬房間裡有一件家具。這件家具隨意地放在房間裡。機器人可以接觸家具，但是不能推開家具。模擬家具是一個11.5cm直徑的塗了半光澤黃色的鋼柱，柱高30cm、重2.3公斤。 家具也許會擋住機器人看蠟燭的視線或者機器人要繞過家具才能到達蠟燭，主要是為了增加競賽的趣味性、真實感和挑戰性。機器人由於模擬家具可能會擋住它的視線，也許要從不同角度來查看房間，如果蠟燭就在模擬家具後邊，機器人要能夠確定接近蠟燭的最佳路徑。
三規則
機器人一旦啟動必須在沒有參賽選手的干預下自動控制，即：機器人必須是由電腦程式控制，而非人工現場控制。
機器人在運行過程中可以碰撞或接觸牆壁，但是不能故意標記和破壞牆壁。機器人當經過比賽場地時不能把任何東西留在後面，並且它不能在比賽場地留下任何可以幫助它運行的標記。如果裁判認為機器人故意破壞了比賽場地（包括牆壁），該機器人將被取消參賽成績或資格。
機器人在撲滅蠟燭前必須已經主動尋找到了蠟燭火焰，而不是碰巧噴出CO2熄滅了蠟燭火焰。
2、撲滅蠟燭火焰
機器人不能運用任何破壞性的或危險的方法來撲滅蠟燭火焰。它可以運用類似水、空氣、CO2、Halon等,或者使用機械方式，但是禁止使用任何危險的或可能破壞比賽場地的方法或物質。比如，不能通過燃放爆竹產生衝擊來使蠟燭熄滅，也不能通過碰倒蠟燭而使蠟燭熄滅。
可以通過吹氣來熄滅蠟燭，儘管這在現實生活中不一定是適合的滅火方法，但在機器人滅火競賽中是允許的。
蠟燭在燃燒狀態時不允許被撞倒。如果機器人在滅火過程中碰撞蠟燭，機器人的運行仍然有效。如果蠟燭被撞倒，按未完成滅火任務處理。
機器人撲滅蠟燭的過程中所產生的雜物，例如：水、發酵粉、生奶油等遺留物，將在競賽間歇被裁判員清理乾淨。
機器人在試圖撲滅火焰前必須到達距離火焰30cm以內。在距離火焰30cm的圓上有一條2.5cm寬的白線，機器人在撲滅火焰之前必須有一部分在圓圈內。機器人可以使用噴射CO2方法，但機器人必須有一部分在圓圈內。為了使圍繞蠟燭的圓圈不會碰到代表門的線，蠟燭必須離門口足夠遠。
3、蠟燭位置
蠟燭將隨機地放在比賽場地的任意一個房間裡。在機器人所經歷的3次測試中，蠟燭至少放在兩個以上的房間裡測試（國小組除外）。
蠟燭放在一間房子的任意位置，但不能放在走廊上。機器人的前端在進入房間碰到蠟燭前應至少可以移動33cm。
4、感測器
禁止參賽選手在模擬房間的牆面或地面放置任何標記、燈塔或反射物來幫助機器人導航。
比賽場地周圍的燈光可能是紅外線、可見光和紫外線的光源。如果機器人使用光線感測器尋找蠟燭火焰或探測牆壁和家具，參賽選手應採取措施避免這些光源影響機器人的行動。
5、安全
如果現場裁判認為機器人的行為對人員或設備有危險或可能有危險，現場裁判員可以隨時終止比賽。參賽機器人不能使用任何易燃易爆物質。
四比賽場地平面圖
國中組比賽場地平面圖(單位:cm)
高中組比賽場地平面圖(單位:cm)
機器人滅火中問題的解決方法
2提高成績的方法
另外擴展一個電壓更高的電源給電動機,使用擴展電池，系統電源只為主機板電路提供電能
注意擴展電池的電壓不能超過電機的額定電壓（一般<=12V），認真核對兩個電池插口的正負符號
擴展電源後，在使用過程中，要避免機器人電機堵轉，否則會燒毀機器人晶片。
(2)門口探望法
由於遠紅外火焰感測器的檢測距離一般可以達到1～2米，機器人在滅火過程中，只要房間門口望一下就可以判斷是否有火源，有火就進去滅火，每有火，就出來到其他房間找火。
使用時，在機器人上擴展一套地面灰度檢測卡；編程時，只要在行走過程中，檢測房間門口白線，發現後，判斷裡面是否有火，有則進入，無則退出繼續尋找。
3機器人滅火效果不理想的調試方法
(1)，遠紅外火焰探頭安裝位置。遠紅外火焰探頭探測角度為60°，因此探頭如水平安裝，高度最好與蠟燭火焰高度相當。注意機器人在滅火時，滅火風扇會快速旋轉，因此探頭位置最好 好不要離風扇太近，以免被風扇碰到或擋住前方光線，影響檢測結果。
(2)，亮度檢測值的調整。例程中亮度檢測值受現場環境影響，要根據實際測量值進行修改。
(3)，地面灰度值的檢測。例程根據蠟燭前方的白紙片灰度值判斷是否到蠟燭前，如機器人到白紙處還不滅火，可適當調整灰度檢測值。
(4)，紅外探測器的調整。紅外探測器是機器人自帶的探測器，主要用於機器人檢測障礙物。如機器人在尋找光源時常碰到障礙物或離障礙物很遠就避開，可通過主機板紅外調節電阻適當調整紅外探測器靈敏度。
(5)，機器人運行速度。如機器人滅火時常撞滅蠟燭，可適當減小機器人速度。
因為上面提供滅火程式比較簡單，注意到以上幾點，一般情況下應能滅火。繼續調整最佳化各參數，直到滅火時間最短，效果最好。
4實際滅火比賽策略
滅火比賽可分解為以下幾個方面：
（1），滅火路徑的最佳化
機器人滅火比賽場地一般採用國際滅火比賽標準場地，場地大小、房間位置、蠟燭家具擺放位置都按一定規則。為了儘快找到火源，可採用各種擴展卡增強機器人導航能力，擴展卡可以購買也可自制。以下是常用的一些導航方案。
a，紅外避障引導：機器人自帶紅外探測器，注意靈敏度的調整。
b，採用機器人編碼器進行引導：編碼器精度不高，注意左右輪補償。
c，紅外測量距離的引導：利用PSD測距，簡單可靠，但測距範圍有限（10cm～80cm）
d，指南針引導：效果好，但價格較貴約600~800RMB。
e，混合引導：多種導航方式優缺點互補，在不同情形下採用不同方式，軟體較複雜。
（2），火焰定位
火焰定位包括尋找火焰和火焰定位兩個部分。
機器人尋找火焰一般採用遠紅外火焰探頭作為探測工具，為了準確、快速地確定火焰位置，可採用多種方式對遠紅外火焰探頭進行改進，以下是常用的一些改裝方案。
a，火焰探頭的串聯和並聯：提高探頭靈敏度。需要一定的硬體知識。
b，火焰探頭的分散和集中：多個火焰探頭分布在機器人周圍不同地方，可快速定位火焰。要占用較多的數據輸入通道，要對擴展卡，甚至是機器人主機板進行改造。
要確定火焰位置即火焰定位，首先確定火焰方向，這樣發現火焰後可直接朝火焰方向前進，節省滅火時間。
確定火焰方向一般可採用以下方法。
a，差動定位：根據左右兩個遠紅外探頭檢測值，調整機器人方向，要求比賽前預先調整探頭直到檢測效果較一致。
b，最小值定位：機器人發現火焰後旋轉一周，定下最小值（最亮點），然後通過朝向最小值方向前進，要求採用其它輔助裝置記住最小值位置（指南針等），當然也可以實時判斷是否到達最小值，這樣可減少火焰方向定位時間。
確定火焰方向後，機器人朝火焰前進，這時要求確定火焰位置。確定火焰位置一般根據遠紅外火焰探頭檢測值判斷，當然也可以根據比賽現場特徵如蠟燭前的白線、機器人與牆壁的距離等定位。
（3），滅火方式
機器人滅火比賽對滅火方方式沒有一定之規，但不能使用任何危險的或可能破壞比賽場地的方法或物質來滅火（如通過燃放爆竹產生衝擊來使蠟燭熄滅），也不能通過碰倒蠟燭的方式來滅火。它可以運用類似水、空氣、二氧化碳等，由於採用風扇的方式簡單可靠易行，因此大多數用戶都採用滅火這種方案。
採用風扇滅火時，在滅火時機器人可採用旋轉法、擺頭法、強風場法等動作滅火。風扇旋轉時間可採用固定時間法、實時檢測火焰法等。
滅火比賽實際效果要受很多現場條件的影響，應根據實際情況，反覆調整機器人速度或探測器安裝位置、系統參數，最佳化軟體算法，多學習、多思考、多總結，不斷創新
