智能機(jī)器人-虛擬機(jī)器人任務(wù)說(shuō)明

--虛擬機(jī)器人任務(wù)說(shuō)明一、賽事簡(jiǎn)介虛擬機(jī)器人是利用先進(jìn)的人工智能算法和圖像處理技術(shù)，模擬真實(shí)世界中的各種復(fù)雜情境，為參賽者創(chuàng)造了一個(gè)沉浸式的三維虛擬仿真平臺(tái)。這一環(huán)境不僅逼真還能實(shí)時(shí)響應(yīng)參賽者的行為和決策，從而提供了一個(gè)無(wú)與倫比的人工智能交互式學(xué)習(xí)體驗(yàn)環(huán)境。賽事的顯著特點(diǎn)是將復(fù)雜的人工智能理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景相結(jié)合，參賽者能夠在解決問(wèn)題的過(guò)程中深入理解人工智能概念，從而實(shí)現(xiàn)人工智能知識(shí)的實(shí)踐轉(zhuǎn)化。此外，這種互動(dòng)式學(xué)習(xí)模式也極大地提高了學(xué)習(xí)的趣味性和參與度，特別是對(duì)于STEM（科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)）教育領(lǐng)域有著不可估量的推動(dòng)作用。它不僅展示了人工智能、虛擬仿真技術(shù)的強(qiáng)大能力，更重要的是通過(guò)提供一個(gè)互動(dòng)和個(gè)性化的學(xué)習(xí)環(huán)境，推動(dòng)了教育的創(chuàng)新和發(fā)展。這種新型的學(xué)習(xí)方式，無(wú)疑將會(huì)對(duì)未來(lái)教育產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。參賽選手基于人工智能三維仿真軟件編寫程序并控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，在虛擬場(chǎng)景內(nèi)進(jìn)行各項(xiàng)任務(wù)模擬和訓(xùn)練，完成如“訓(xùn)練模型”“協(xié)同抓取訓(xùn)練”“人機(jī)交互訓(xùn)練”等任務(wù)，通過(guò)數(shù)據(jù)訓(xùn)練使人工智能助手能更好的模擬人的操作。本賽項(xiàng)不僅可以鍛煉青少年的編程邏輯思維和動(dòng)手能力，還可以加強(qiáng)青少年對(duì)人工智能數(shù)據(jù)模型的認(rèn)知和了解，激發(fā)和培養(yǎng)青少年學(xué)生對(duì)人工智能的興趣和愛(ài)好。在比賽任務(wù)的體驗(yàn)過(guò)程中對(duì)學(xué)生進(jìn)行愛(ài)國(guó)教育，培養(yǎng)他們對(duì)科技強(qiáng)國(guó)的責(zé)任感。二、參賽條件及分組辦法參賽要求1.在校小學(xué)、初中、高中、中?；蚵毟邔W(xué)生均可參賽。2.選手所在學(xué)段組別分為：小學(xué)組低齡類（3～4年級(jí)）、小學(xué)組高齡類（5～6年級(jí)）、初中組、高中組(含中專、職高)。3.虛擬仿真平臺(tái)創(chuàng)新設(shè)計(jì)專項(xiàng)賽為單人賽，每位參賽選手對(duì)應(yīng)一位指導(dǎo)教師；一位指導(dǎo)教師可對(duì)應(yīng)多位學(xué)生。4.指導(dǎo)老師作為責(zé)任人，有責(zé)任監(jiān)督競(jìng)賽期間人身安全保護(hù)、財(cái)產(chǎn)，指導(dǎo)參賽學(xué)生制定學(xué)習(xí)計(jì)劃，督促參賽學(xué)生順利完成比賽。比賽環(huán)境參賽選手需使用電腦，在人工智能三維仿真軟件中進(jìn)入場(chǎng)景完成任務(wù)，參賽所需環(huán)境要求如下：1.軟件環(huán)境操作系統(tǒng)：Win7/Win1064位的操作系統(tǒng)。競(jìng)賽平臺(tái)：人工智能三維仿真軟件。2.硬件環(huán)境參賽者應(yīng)自備計(jì)算機(jī)，品牌不限，推薦配置如下。a)處理器：CPU核心數(shù)量不少于2個(gè)，主頻不低于2.2GHz。b)顯卡：支持MicrosoftDirectX?9及以上、OpenGL3.2及以上的獨(dú)立顯卡、顯存2G以上（顯卡發(fā)售日期在2012年后）。c)內(nèi)存：8GB以上、虛擬內(nèi)存2GB以上。d)硬盤：可用空間不少于10GB的本地硬盤。（三）競(jìng)賽方式1.比賽形式為虛擬競(jìng)賽，總時(shí)長(zhǎng)為90分鐘。2.提交分?jǐn)?shù)后系統(tǒng)會(huì)自行記錄，并統(tǒng)計(jì)參賽選手得分情況。3.每次仿真由比賽平臺(tái)自動(dòng)計(jì)時(shí)，單次仿真時(shí)長(zhǎng)為200秒，超過(guò)200秒后將不再得分，但可提交成績(jī)。4.選手可編寫程序自動(dòng)或手動(dòng)操控機(jī)器人完成任務(wù)。自動(dòng)控制說(shuō)明：?jiǎn)?dòng)仿真后智能機(jī)器人能自動(dòng)運(yùn)行完成任務(wù)。手動(dòng)操控說(shuō)明：通過(guò)鍵盤操控智能機(jī)器人來(lái)完成任務(wù)。三、規(guī)則（一）虛擬場(chǎng)地介紹1.人工智能虛擬仿真場(chǎng)景三維示意圖如圖1所示。 圖1人工智能虛擬仿真場(chǎng)景三維示意圖 2.人工智能助手訓(xùn)練任務(wù)示意圖如圖2所示。圖2人工智能助手訓(xùn)練任務(wù)示意圖3.智能機(jī)器人功能示意圖如圖3所示。圖3智能機(jī)器人功能示意圖任務(wù)說(shuō)明挑戰(zhàn)賽場(chǎng)景上規(guī)定了各組別要完成的任務(wù)，各組別要完成的任務(wù)數(shù)不同。其中“精準(zhǔn)觸發(fā)訓(xùn)練、協(xié)同抓取訓(xùn)練、抬升執(zhí)行訓(xùn)練、隨機(jī)數(shù)據(jù)訓(xùn)練”四個(gè)任務(wù)的位置會(huì)在不同場(chǎng)次的比賽中隨機(jī)調(diào)換（位置調(diào)換僅在四個(gè)任務(wù)之間進(jìn)行，調(diào)換后任務(wù)完成的方式不變。單場(chǎng)比賽中任務(wù)位置保持不變），具體任務(wù)分配及變化參照表1。表1：各組別任務(wù)總覽序號(hào)任務(wù)名稱小學(xué)低齡組、小學(xué)高齡組初中組、高中組任務(wù)位置1訓(xùn)練模型√√固定不變2精準(zhǔn)觸發(fā)訓(xùn)練√√可調(diào)換3協(xié)同抓取訓(xùn)練√√可調(diào)換4上坡采集訓(xùn)練√√固定不變5弧線采集訓(xùn)練√√固定不變6下坡采集訓(xùn)練√√固定不變7環(huán)線采集訓(xùn)練√√固定不變8抬升執(zhí)行訓(xùn)練√可調(diào)換9人機(jī)交互訓(xùn)練√√固定不變10隨機(jī)采集訓(xùn)練√可調(diào)換任務(wù)介紹1.訓(xùn)練模型任務(wù)情境：人工智能助手能夠認(rèn)識(shí)特定模型，是需要基于訓(xùn)練模型進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)，機(jī)器學(xué)習(xí)過(guò)程至少需要形成若干組比對(duì)數(shù)據(jù)才會(huì)有效。任務(wù)描述：智能機(jī)器人將訓(xùn)練模型（初始位置在出發(fā)地）運(yùn)載到采集區(qū)（如圖4所示黃色區(qū)域），系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)（如圖5所示），等待3秒后完成訓(xùn)練。（1）等待3秒期間，智能機(jī)器人不能離開(kāi)采集區(qū)，若離開(kāi)則計(jì)時(shí)停止，再次進(jìn)入采集區(qū)會(huì)重新計(jì)時(shí)；（2）訓(xùn)練模型任務(wù)未完成，無(wú)法進(jìn)行后續(xù)任務(wù)；（3）在采集區(qū)停留3秒后訓(xùn)練模型回到車上，獲得14分。圖4訓(xùn)練中心采集區(qū)圖5自動(dòng)機(jī)器學(xué)習(xí)2.精準(zhǔn)觸發(fā)訓(xùn)練任務(wù)情境：機(jī)器臂作為人工智能系統(tǒng)中非常常見(jiàn)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它通過(guò)編程控制以及各種傳感器技術(shù)的輔助，可以在多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)執(zhí)行精確、復(fù)雜的任務(wù)。任務(wù)描述：智能機(jī)器人精準(zhǔn)觸碰紅色按鈕（如圖6所示）。獲取內(nèi)部模型（如圖7所示）。裝備消失后任務(wù)完成，獲得11分。圖6紅色按鈕位置圖7獲取內(nèi)部模型后3.協(xié)同抓取訓(xùn)練任務(wù)情境：機(jī)器臂可以執(zhí)行各種精確和復(fù)雜的任務(wù)，通過(guò)精密的控制系統(tǒng)和算法，機(jī)械臂可以學(xué)習(xí)、模擬和儲(chǔ)蓄具體動(dòng)作。這種技術(shù)涉及到機(jī)器學(xué)習(xí)、傳感器技術(shù)以及機(jī)械設(shè)計(jì)，確保機(jī)械臂能夠在不同的環(huán)境和條件下高效、準(zhǔn)確地自動(dòng)執(zhí)行任務(wù)。任務(wù)描述：使用智能機(jī)器人的機(jī)械臂轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕裝置，打開(kāi)防護(hù)罩（如圖8所示），再利用機(jī)械臂的抓取機(jī)構(gòu)，將識(shí)別物運(yùn)輸至場(chǎng)地中間指定位置（如圖9所示）。旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)超過(guò)90度即可打開(kāi)防護(hù)罩；識(shí)別物進(jìn)入場(chǎng)地中間區(qū)域會(huì)自動(dòng)消失，每放入一個(gè)識(shí)別物獲得14分，共2個(gè)(紅色和灰色模型得分相同)。圖8旋鈕裝置圖9場(chǎng)地中間區(qū)域位置4.上坡采集訓(xùn)練任務(wù)情境：智能機(jī)器人在上坡時(shí)的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)和在水平路面時(shí)是不同的，通過(guò)傳感器定位完成機(jī)器人上坡行進(jìn)的數(shù)據(jù)模型訓(xùn)練。任務(wù)描述：智能機(jī)器人通過(guò)起始線開(kāi)始計(jì)時(shí)，3秒內(nèi)到達(dá)上坡采集區(qū)并停車（如圖10所示），完成上坡數(shù)據(jù)采集并開(kāi)啟環(huán)線訓(xùn)練。（1）智能機(jī)器人傳感器前端垂直投影經(jīng)過(guò)起始線后開(kāi)始計(jì)時(shí)，第3秒時(shí)系統(tǒng)檢測(cè)停車位置；（2）智能機(jī)器人傳感器前端垂直投影停留在黃色區(qū)域獲得13分；智能機(jī)器人傳感器前端垂直投影停留在褐色區(qū)域獲得6分；其他區(qū)域不得分（如圖11所示）；（3）智能機(jī)器人通過(guò)上坡起始線3秒后，障礙物消失。圖10上坡檢測(cè)位置圖11垂直投影檢測(cè)位置5.弧線采集訓(xùn)練任務(wù)情境：智能機(jī)器人能夠自動(dòng)駕駛，除了需要具備高級(jí)的感知能力，還必須能夠?qū)Ω鞣N環(huán)境做出快速準(zhǔn)確的決策，如加速、減速、轉(zhuǎn)向等。通過(guò)操控機(jī)器人完成機(jī)器人弧線行進(jìn)的數(shù)據(jù)模型訓(xùn)練。任務(wù)描述：智能機(jī)器人經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的采集區(qū)（如圖12所示）,監(jiān)測(cè)點(diǎn)頂部由藍(lán)色變?yōu)榫G色（如圖13所示），每經(jīng)過(guò)一個(gè)獲得9分，共3個(gè)。圖12監(jiān)測(cè)點(diǎn)的采集區(qū)圖13監(jiān)測(cè)點(diǎn)頂部變?yōu)榫G色6.下坡采集訓(xùn)練任務(wù)情境：智能機(jī)器人在下坡時(shí)的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)和在水平路面時(shí)是不同的，通過(guò)傳感器定位，完成機(jī)器人上坡行進(jìn)的數(shù)據(jù)模型訓(xùn)練。任務(wù)描述：智能機(jī)器人通過(guò)起始線開(kāi)始計(jì)時(shí)，3秒內(nèi)到達(dá)下坡采集區(qū)并停車（如圖14所示），完成下坡數(shù)據(jù)采集。智能機(jī)器人傳感器前端垂直投影經(jīng)過(guò)起始線后開(kāi)始計(jì)時(shí)，第3秒時(shí)系統(tǒng)檢測(cè)停車位置；智能機(jī)器人傳感器前端垂直投影停留在黃色區(qū)域獲得13分；智能機(jī)器人傳感器前端垂直投影停留在褐色區(qū)域獲得6分；其他區(qū)域不得分（如圖15所示）；智能機(jī)器人通過(guò)起始線3秒后，障礙物消失。圖14下坡檢測(cè)位置圖15垂直投影檢測(cè)位置7.環(huán)線采集訓(xùn)練任務(wù)情境：通過(guò)操控機(jī)器人，完成機(jī)器人環(huán)線行進(jìn)的數(shù)據(jù)模型訓(xùn)練。任務(wù)描述：控制智能機(jī)器人從監(jiān)測(cè)起點(diǎn)位置出發(fā)，按箭頭所指方向行駛一圈并回到監(jiān)測(cè)起點(diǎn)（如圖16所示），完成數(shù)據(jù)模型訓(xùn)練。繞行一圈后，監(jiān)測(cè)起點(diǎn)由橙色變?yōu)榫G色（如圖17所示），獲16分。圖16環(huán)線訓(xùn)練地點(diǎn)圖17完成訓(xùn)練8.抬升執(zhí)行訓(xùn)練任務(wù)情境：控制智能機(jī)器人的機(jī)械臂，精準(zhǔn)上抬開(kāi)關(guān)，完成系統(tǒng)抬升數(shù)據(jù)模型訓(xùn)練。任務(wù)描述：智能機(jī)器人利用機(jī)械臂上抬訓(xùn)練場(chǎng)的開(kāi)關(guān)（如圖18、圖19所示）。開(kāi)關(guān)上抬超過(guò)45°，獲得10分。小學(xué)組無(wú)此任務(wù)。圖18訓(xùn)練場(chǎng)圖19上抬超過(guò)45°9.人機(jī)交互訓(xùn)練任務(wù)情境：人機(jī)交互的核心目標(biāo)是創(chuàng)建出既高效又易用的交互系統(tǒng)，讓用戶能隨時(shí)與人工智能助手協(xié)作完成任務(wù)，同時(shí)在完成任務(wù)時(shí)能夠體驗(yàn)到便利、效率和滿意度。任務(wù)描述：智能機(jī)器人完全進(jìn)入出發(fā)地后（如圖20所示），選手通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊場(chǎng)景按鈕（如圖21所示），完成人機(jī)交互訓(xùn)練。前序任務(wù)（小學(xué)組任務(wù)1-7，初、高中組任務(wù)1-8）必須全部完成，智能機(jī)器人完全進(jìn)入出發(fā)地后，出發(fā)地由紅色變?yōu)榫G色。出發(fā)地為綠色時(shí)，鼠標(biāo)點(diǎn)擊按鈕，獲得18分。圖20出發(fā)地圖21按鈕10.隨機(jī)采集訓(xùn)練任務(wù)情境：在場(chǎng)景的特定區(qū)域會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)2個(gè)模型，通過(guò)隨機(jī)采集的數(shù)據(jù)，尤其是在復(fù)雜或不確定的環(huán)境中，能夠提供更豐富的情景和問(wèn)題實(shí)例，幫助AI模型學(xué)習(xí)如何在各種條件下做出響應(yīng)。這種能力對(duì)于應(yīng)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的復(fù)雜性和不確定性至關(guān)重要。任務(wù)描述：“人機(jī)交互”任務(wù)完成后，控制智能機(jī)器人收集在場(chǎng)地中間的黃色環(huán)狀區(qū)域內(nèi)隨機(jī)出現(xiàn)的模型（如圖22所示），并運(yùn)送至收納室（如圖23所示）。“人機(jī)交互”任務(wù)完成前，黃色環(huán)狀區(qū)域內(nèi)無(wú)隨機(jī)模型；智能機(jī)器人將隨機(jī)模型送入收納室，每送入1個(gè)獲得15分，共2個(gè)；小學(xué)組無(wú)此任務(wù)。圖22黃色環(huán)狀區(qū)域圖23收納室位置（四）得分表小學(xué)低齡組和小學(xué)高齡組得分表內(nèi)容相同，詳見(jiàn)表2。初中組和高中組得分表內(nèi)容相同，詳見(jiàn)表3。表2：小學(xué)低齡組、小學(xué)高齡組得分表序號(hào)任務(wù)描述數(shù)量分值最高分1訓(xùn)練模型智能機(jī)器人在訓(xùn)練中心的采集區(qū)停留超過(guò)3秒114142精準(zhǔn)觸發(fā)訓(xùn)練智能機(jī)器人任意部位觸碰紅色按鈕111113協(xié)同抓取訓(xùn)練轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕裝置打開(kāi)防護(hù)罩，利用機(jī)械臂將識(shí)別物運(yùn)輸至場(chǎng)地中間區(qū)域214284上坡采集訓(xùn)練智能機(jī)器人傳感器前端垂直投影停留在采集區(qū)黃色區(qū)域11313褐色區(qū)域165弧線采集訓(xùn)練控制智能機(jī)器人進(jìn)行弧線行進(jìn)，準(zhǔn)確經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的采集區(qū)39276下坡采集訓(xùn)練智能機(jī)器人傳感器前端垂直投影停留在采集區(qū)黃色區(qū)域11313褐色區(qū)域167環(huán)線采集訓(xùn)練控制智能機(jī)器人進(jìn)行環(huán)線行進(jìn)，環(huán)繞一周回到監(jiān)測(cè)起點(diǎn)116168人機(jī)交互訓(xùn)練完成前面1-7全部任務(wù)，智能機(jī)器人完全進(jìn)入出發(fā)地，利用鼠標(biāo)點(diǎn)擊按鈕完成任務(wù)11818最高總分140表3：初中組、高中組得分表序號(hào)任務(wù)描述數(shù)量分值最高分1訓(xùn)練模型智能機(jī)器人在訓(xùn)練中心的采集區(qū)停留超過(guò)3秒114142精準(zhǔn)觸發(fā)訓(xùn)練智能機(jī)器人任意部位觸碰紅色按鈕111113協(xié)同抓取訓(xùn)練轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕裝置打開(kāi)防護(hù)罩，利用機(jī)械臂將識(shí)別物運(yùn)輸至場(chǎng)地中間區(qū)域214284上坡采集訓(xùn)練智能機(jī)器人傳感器前端垂直投影停留在采集區(qū)黃色區(qū)域11313褐色區(qū)域165弧線采集訓(xùn)練控制智能機(jī)器人進(jìn)行弧線行進(jìn)，準(zhǔn)確經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的采集區(qū)39276下坡采集訓(xùn)練