A1-星矿探测挑战赛规则

一、背景

人类在航天技术领域不断突破为进一步探测并获取太空资源做好了准备。科学技术突飞猛进，我们能够用远程操控的方式完成任务，可以通过无人智能车、机械臂代替人类进行工作。例如，中国空间站核心舱上的机械臂，是我国目前智能程度最高、难度最大、系统最复杂的空间智能系统，它可以移动空间站中的实验舱，还可以辅助航天员出舱。技术的突破创新将不断为人类带来更广阔的未来。

本年度星矿探测挑战赛设想了一个星球表面的探测采矿车与机械臂协同工作的场景：2050年，中国的火星资源探测取得了重大进展，在火星上发现了重要的矿产资源。为了能够开采外星资源，中国计划使用长征N号重型运载火箭将无人探测采矿车送至火星，通过远程操作方式在火星表面开采并收集矿产资源。

火星上具备轮式车辆行驶的基本条件。在无人探测采矿车上配备了摄像头和机械臂，可进行矿产资源的勘探和开采。参赛队应运用计算机编程技术和智能设备，以团队协作的方式，制定任务方案，分工协作，共同解决火星探测过程中遇到的问题。

二、比赛场地

比赛场地是一个模拟的火星矿场。矿区中存有矿石资源。探测采矿车需从出发区启动，完成勘测矿场、获取矿石、将矿石带回存放区并放入存放盒任务。

比赛场地由喷绘地图及地形模块组合而成。地图面积不超过2000mm×3500mm。场地以一条黄线分为矿区和基地两部分，基地中有1个出发区和2个各放有2个存放盒的矿石存放区。尺寸如表1所示。

表1 场地各区域尺寸

矿区内设有地形模块。包括岩石、山体、矿坑、矿石等模型。尺寸如表2所示。

表2 场地上的地形模块

比赛场地如图1、图2、图3所示：

图1 比赛场地地平面图

比赛所用到的矿石和矿坑模型将放置于矿点上。

图2 比赛场地三维透视图

图3 比赛场地俯视图

三、比赛任务

探测采矿车要从出发区启动进入矿区，在规定的自动时段和遥控时段内，采集矿石放到相应的矿石存放区的存放盒中。

（一）矿区内地形模型及矿点位置固定。矿区内设有10个矿点（仅部分矿点放有矿石）。小学低、高年级组及初中组有6个矿石随机放在6个矿点上。其中，初中将有各两个矿石被置于矿坑上方。矿石的位置将于赛前公布。

（二）比赛开始时，参赛选手启动探测采矿车，离开出发区，完成3.3节所规定的任务后，进入矿区采集矿石，将矿石安全运回基地，进入矿石存放区，放入4个存放盒中。完成任务的每一步均可得分，详见第5节的记分表。满足以下条件，可以得到加分：

1.小学低、高年级组存放盒将标记为两种颜色，如果放入的矿石颜色和所在存放盒颜色一致，该块矿石加记5分。

2.初中组存放盒将标记所需存放的矿石数量，如果存放盒标记的矿石数量与盒中所放矿石的总数一致，该盒加记10分。

每个存放盒标记的颜色与数量由裁判在探测采矿车启动前公布。

除自动时段奖励分外，得分的判定以比赛结束时的状态为准。存放盒的分布如图4、图5所示。

图4 出发区及矿石存放区

图5 矿石存放盒及可能的5种标记

（三）比赛总时长180秒，分为自动、遥控两个时段，小学低年级组自动时段30秒；小学高年级组及初中组自动时段60秒。

（四）自动时段的任务

自动时段中，探测采矿车是由程序控制自动行驶的。

对于小学高年级组、初中组，探测采矿车启动后需对存放盒按1、2、3、4的顺序检测其颜色、数字标识，并将检测到的情况显示在探测采矿车屏幕中。显示内容应保持到比赛结束，如果显示正确可得10分；否则，识别标记的任务没有完成，不得分。

小学低年级组无需进行数字及颜色检测。

检测结束后，所有组别的探测采矿车均应进入矿区中心位置的山体背后检测矿区天气标识，并将天气图案显示在点阵屏幕中，显示内容保持到比赛结束。完成以上操作后可开始采集矿石。如图6所示。

图6 天气标识图案及点阵屏幕的显示

以上识别任务完成后，探测采矿车可自行完成矿石采集任务。在自动时段只要将1块矿石放入存放盒中将获得10分的自动时段奖励。

裁判宣布自动时段结束后，遥控时段开始，参赛选手方可拿起遥控器对探测采矿车发送指令。两个时段更迭时，计时不停止。

（五）遥控阶段

在遥控时段中，参赛选手可通过遥控器控制探测采矿车运行，通过遥控完成探测采矿车矿石采集任务。

四、机器人

本项比赛的机器人为智能探测采矿车与机械臂，参赛队可选用任何厂家的器材，自行搭建机器人。探测采矿车需搭载各类电子元器件，但不得使用灰度模块或CCD巡线模块。

对探测采矿车有以下限制：

（一）尺寸：启动前的最大尺寸为350mm长×200mm宽×150mm高，不含机械臂。启动后可任意伸展。

（二）车轮尺寸：50mm＜直径＜65mm。

（三）底盘结构：应为4轮结构，需搭载各类传感器、控制板，所使用的直流减速电机（或舵机）不得超过4个。

（四）主控板：只允许采用Arduino Uno、Arduino Nano、Arduino Pro Mini、Arduino Mega2560或其兼容版作为可编程控制器。

（五）单板机：可采用树莓派3B 或其它可搭载Linux操作系统的开发板作为视觉、机器学习等人工智能计算器件。

（六）摄像头：必须且仅可配有1个摄像头。

（七）电源：必须自带独立电池，电池电压≤15V，不得使用升压电路。不得连接外部电源。

五、犯规

（一）比赛过程中，探测采矿车和/或机械臂应在场地内运行。如果它们与地面的任何接触点（或面）与场外地面接触，将被判为犯规并受到每次扣除2分的处罚。

（二）比赛过程中，探测采矿车和/或机械臂不得冲撞场上的地形模块。如果地形模块被冲撞后部分超出放置位置的黄色线框，参赛队将被判为犯规并受到扣除5分的处罚。被移动的地形模块不恢复原来位置。此后，探测采矿车和/或机械臂冲撞该模块不再按犯规处置。

六、记分表

各组别的记分表如表3、表4、表5所示。

表3 小学低年级组场地赛记分表

注：小学低年级组的场地赛满分为170分。

表4 小学高年级组

注：小学高年级组的场地赛满分为180分。

表5 初中组

注：初中组的场地赛满分为200分。