Robotik-Wettbewerb für Schüler 2009

Tag der Informatik - 30. Oktober 2009

Am Tag der Informatik an der TU Kaiserslautern wurde ein Wettbewerb durchgeführt, zu dem Schülerinnen und Schüler aller Altersklassen nebst betreuendem/r Lehrer/in eingeladen waren. Dabei ging es um die Programmierung von LEGO-Mindstoms-NXT-Robotern, so dass diese selbstständig durch ein Labyrinth fahren und den Ausgang finden konnten.

Veranstalter ist der Fachbereich Informatik, für den Wettbewerb zeichnet die Arbeitsgruppe Robotersysteme verantwortlich.

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Aufgaben

Bei dem Robotik-Wettbewerb gibt es zwei unterschiedliche Kategorien, die beide mit Preisen dotiert sind. Dies sind zum einen öffentliche Entscheidungen, bei denen die Teams im direkten Wettstreit in den Labyrinthen gegeneinander antreten. Hier werden die Zeiten von zwei leicht unterschiedlichen Szenarien addiert und gewertet. Das manuelle Eingreifen während der Labyrinth-Szenarien wird mit einer Zeitstrafe bzw. einem Zurücksetzen des Roboters geahndet. In der zweiten Kategorie wird ein Design-Preis für die Teams vergeben, die sowohl Roboteraufbau als auch dessen Programmierung zielorientiert, strukturiert und clever umgesetzt haben.

Kategorie 1: Labyrinth

Szenario 1: Einfache Suche

Der Roboter muss in möglichst kurzer Zeit selbstständig den Ausgang des Labyrinths finden. Dabei zählt die Zeitdauer vom Start bis zum Überschreiten der Ziellinie.

Bonusaufgabe: Schatz finden

Innerhalb des Labyrinths befindet sich ein Schatz, der durch eine dunkle Markierung auf dem ansonsten hellen Boden gekennzeichnet ist. Der Lagepunkt dieses Schatzes soll in Szenario 1 nach Finden des Ausgangs auf dem Display angezeigt werden (z.B. in Form von einer Koordinate, den genommenen Abzweigungen, einer ungefähren Karte oder ähnlichem). Die besten Teams erhalten einen Zeit-Bonus auf das erste Szenario. Der Roboter kann bei Verlassen des Labyrinths entweder von Hand "eingefangen" werden oder selbst anhalten, wenn er eine reflektierende markierung am Ausgang erreicht (näheres siehe im Abschnitt "Zusatzinformationen - Bodenmarkierungen für Bonusaufgabe").

Szenario 2: Labyrinth mit Zyklen

Der Roboter muss in möglichst kurzer Zeit selbstständig den Ausgang aus einem Labyrinth mit Zyklen finden. Dabei zählt auch hier die Zeitdauer vom Start bis zum Überschreiten der Ziellinie.

Preise:

1. Platz: 700,- Euro (Sieger im Finale)

2. Platz: 400,- Euro (Zweitplatzierter)

3. Platz: 300,- Euro (Verlierer im Halbfinale)

3. Platz: 300,- Euro (Verlierer im Halbfinale)

5. Platz: 200,- Euro (Verlierer in Qualifikation)

5. Platz: 200,- Euro (Verlierer in Qualifikation)

Kategorie 2: Design

Ausarbeitung

Im Vorfeld muss von allen Teams eine kurze, maximal 3-seitige Beschreibung des Roboters verfasst werden. Diese soll grob den Aufbau des Roboters erklären und beschreiben, warum dieser so entworfen wurde. Darüber hinaus sollen auch die vom Team gewählten Lösungsstrategien zum Finden des Ausgangs und ggf. Lokalisieren des Schatzes beschrieben werden und wie diese in der Software umgesetzt wurden. Dabei kann die angegebene Vorlage verwendet werden.

Präsentation

Jedes Team muss seinen Roboter vor einer Jury vorstellen und Fragen zum Roboter und dessen Entwurf beantworten. Dabei sollen auch die Programme an einem PC vorgestellt werden, mit denen am Wettbewerb teilgenommen wird.

Preise:

1. Platz: 400,- Euro

2. Platz: 300,- Euro

3. Platz: 200,- Euro

Zusatzinformationen

Teilnahme

Teilnahmeberechtigt sind Schulklassen oder Schülergruppen, die von einem/r Lehrer/in betreut werden. Die Schüler/innen können dabei immer genau einem Team angehören. Jedes Team nimmt automatisch in beiden Kategorien teil. Es sind auch mehrere Teams der gleichen Schule zugelassen. Angemeldete Teams werden auf der Teilnehmer-Seite angegeben.

Anmeldung

Zur Anmeldung muss das entsprechende Formular heruntergeladen und bis spätestens 30. September 2009 ausgefüllt an uns per Post, E-Mail oder Fax (0631/205-2645) geschickt werden. Die alte Faxnummer mit der Endung -2640 ist zur Zeit leider nicht verfügbar. Eingegangene Anmeldungen werden von uns per E-Mail bestätigt, der Versand des Materials erfolgt umgehend. Unsere Postanschrift lautet:

Arbeitsgruppe Robotersysteme
Fachbereich Informatik
Technische Universität Kaiserslautern
Postfach 3049
67653 Kaiserslautern

Ausleihe von LEGO Mindstorms und Zubehör

Für die Wettbewerbsvorbereitung und -teilnahme können von den Teams LEGO-Mindstorms-NXT-Kästen und Zubehör kostenlos geliehen werden. In begrenztem Maße stehen auch Laptops zur Ausleihe zur Verfügung. Da das Kontingent an LEGO-Kästen und Laptops begrenzt ist, können evtl. nicht alle Teilnehmer mit Material ausgestattet werden. Bei der Zuteilung zählt somit das Eingangsdatum der Anmeldung. Die Ausleihe erfolgt über das Anmeldeformular, auf dem die benötigte Hardware angegeben werden kann! Das Material wird, sofern es nicht abgeholt werden kann, zugeschickt. Die Rückgabe erfolgt entweder am Ende des Wettbewerbes oder später per Post bzw. persönlich.

Aufbau des Labyrinths

Das Labyrinth besteht aus festen, rechtwinkligen(!) Wänden und Elementen, die vom Roboter nicht verschoben werden können. Die Gesamtgröße beträgt maximal 4x4 Meter. Es gibt keine Räume sondern nur Gänge mit zahlreichen Abzweigungen und Kreuzungen, die Breite der Gänge (Rasterung) wird ungefähr zwischen 46cm und 54cm liegen (garantierte Mindestbreite für Dimensionierung des Roboters: 40cm). Der Boden besteht aus weißem bzw. hellem Papier, mit Ausnahme des dunkel markierten Feldes für das erste Szenario. Die Wände des Labyrinths sind ca. 20cm hoch.

Start und Ziel

Der Roboter wird innerhalb des Labyrinths an einem vorgegebenen Startfeld ausgesetzt, die Startorientierung und -position (z.B. näher an einer seitlichen Wand) darf dabei vom Team gewählt werden. Die Zeitnahme stoppt, wenn der Roboter das Labyrinth verlässt. Sollte der Roboter den Weg zur gefundenen Bodenmarkierung aufgezeichnet haben, so muss er am Ausgang von einem Teammitglied manuell gestoppt und das Ergebnis (Displayanzeige) dem Schiedsrichter präsentiert werden.

Bodenmarkierungen für Bonusaufgabe

Es wird zwei verschiedene Bodenmarkierungen geben. Zum einen wird ein ca. 45x45cm großes schwarzes Feld inmitten des Labyrinthes liegen. Des weiteren wird ein spiegelnder Streifen am Labyrinthausgang angebracht, so dass der Roboter diesen basierend auf einem sehr hellen Lichtwert erkennen kann. Wer seinen Roboter also für die Wertung der Bonusaufgabe nicht "einfangen" möchte, kann diesen (optional) auch mit Hilfe dieses Feldes von alleine anhalten lassen.

Hardware

Erlaubt ist ein Basisset LEGO Mindstorms NXT mit drei Motoren, jeweils einem Taster, Ultraschall-, Helligkeits- und Geräuschsensor sowie einem NXT-Baustein. Eine Bluetooth-Verbindung zu dem NXT oder zusätzliche Sensoren/Motoren sind nicht gestattet.

Software

Es können verschiedene Programmierumgebungen verwendet werden (z.B. NXT-G, LeJOS, NXC). Insbesondere sind auch die Verwendung einer anderen Firmware erlaubt (notwendig z.B. für LeJOS). Das Programm muss aber auf dem NXT ausgeführt werden und nicht auf einem PC in der Nähe. Die Kommunikation bspw. via Bluetooth mit anderen Geräten (NXT, PC, Handy,...) ist nicht erlaubt.

Rahmenprogramm

Parallel zu den Wettbewerben wird es am Tag der Informatik Veranstaltungen und Ausstellungen rund um Informatik und die Arbeitsgruppen der TU Kaiserslautern geben.

Vorträge

  • Computer als Geschäftspartner
  • Computer auf Rädern: Eine kleine Geschichte der Mobilität
  • Drahtlose Kommunikation
  • Eine Offene Digitale Bibliothek der Weltliteratur
  • Human-Computer Interaction: Shrink! Hide! Embody!
  • Wie werde ich Informatiker

Workshops

  • Drahtlose Kommunikation im Alltag
  • InformatikerInnen - Programmieren in dunklen Kellern?
  • Performanz-Probleme in Rechnernetzen
  • Schachcomputer in der Streichholzschachtel
  • Wie programmiert man Marienkäfer mit endlichen Automaten?

Auf der begleitenden Ausstellung werden auch einige Roboter der AG Robotersysteme gezeigt. Am Nachmittag findet noch die akademische Jahresfeier des Fachbereichs Informatik statt. Außerdem besteht die Möglichkeit, die Informatik-Forschungsinstitute DFKI (Deutsches Forschungszentrum für künstliche Intelligenz) und Fraunhofer IESE (Institut für experimentelles Software-Engineering) zu besichtigen und weitere Vorführungen zu besuchen. Ausführliche Informationen zum Tag der Informatik sind auf der Internet-Seite und in der Einladung zu finden.

Gefördert durch: