一、競賽主題背景概述

本屆競賽主題為「水男孩─WaterBOT」,旨在設計並製作一機器人於居家環境中提供取水與送水服務,期可因應台灣未來高齡化社會及少子化造成的人力短缺,並促進台灣居家照護機器人產業之發展。自動組競賽參賽隊伍須設計出可開冰箱門、取水瓶、辨識物體、倒水、夾取冰糖、送水杯與避障功能之全自主式機器人,以自主行動之方式完成關卡。

二、競賽簡介

自動組場地分「室內」與「戶外」兩區,共六大關卡,包含冰箱區、茶水區、走廊區、調配區、戶外區以及吧檯區。機器人需為全自主方式完成任務,首先於冰箱區打開冰箱門取出寶特瓶,接著依序於茶水區、走廊區、調配區及戶外區中,將寶特瓶內之水倒入空杯中,並夾取方糖放置水杯內,然後將裝滿水的水杯運送至吧檯區。六大關卡將考驗機器人的夾取能力、移動能力、辨物能力、精準性與穩定性。

三、競賽評比重點

  1. 設計及造型創意:含機器人整體結構的設計創意、機器人各部功能的機構設計創意、機器人操控性、機器人移動性、機器人各項功能的運動美感與機器人的造型創意。
  2. 機器人介紹資料:能利用各式資料來完整說明設計機器人之各項創意。
  3. 技藝競賽:含機器人的夾取能力、移動能力、辨物能力、精準性與穩定性等。
  4. 工作團隊紀律:工作週報與製作報告書繳交之完整性與充實性。
  5. 科技人文精神:評審機器人將工程設計帶入美學以及人文的設計概念,以及強調跨領域協作、表達科技結合人文的設計精神。

四、獎項及計分方式

1. 競賽獎:取優勝4名、佳作4名
初賽採積分制,每隊出賽3場,取積分較高的2場之積分和為總成績。初賽總成績前7名以及由創意獎評審選出1名外卡隊伍,共8組隊伍晉級複賽(八強賽)。複賽採單敗淘汰制,勝出隊伍晉級決賽(四強賽)。決賽亦採單敗淘汰制,名次前4名之隊伍分別為競賽獎優勝隊伍第1名至第4名;晉級複賽但未晉級決賽之隊伍頒發競賽佳作獎。

2. 創意獎:取特優1名、佳作3名
於初賽期間對所有參賽隊伍進行現場評審,創意得分第1名者為創意特優獎,第2至4名者為創意佳作獎。創意獎評比標準如下:

內容分數
機器人設計概念創意20
機器人之結構設計創意15
機器人之機構設計創意40
機器人之運動美感與造型創意25

3. 科技人文獎:不分組取1名
由成績得分最高者獲得,計分方式如下:

內容分數
機器人外型與材質設計40
工程設計與美學以及人文結合概念40
團隊成員背景(跨領域程度)20

4. 最佳工作團隊紀律獎:取1名
由成績得分最高者獲得,計分方式如下:

內容分數
工作週報按時記載程度30
工作週報內容完整充實程度30
製作報告書內容完整性20
機器人設計及創意介紹內容完整性20

5. TDK獎:頒發給學校,不分組取1名
由成績得分最高者獲得,計分方式如下:

內容分數
學校是否成立創思設計與製作社團20
學校是否補助經費給予參賽隊伍20
學校參賽隊伍經大會通過審核確定之隊伍數量20
學校入圍決賽隊伍數量20
學校師長對本競賽的重視程度20

五、競賽隊伍之組成

  1. 全國大專校院五專部、二專部、四技部、二技部、大學部及碩士班日間部在學學生(不包括2016年暑假畢業之學生),在校內專任教師指導下組隊參加競賽,每隊學生3至4人,碩士班學生至多1人,指導教師1人。學生可跨校組隊報名,惟需選定一校為報名代表。
  2. 同一學校中如有多部機器人具有過多雷同設計時,創意評審將根據書面資料及實地檢測之結果,裁定是否「過度模仿」。若裁定成立,將取消所有「過度模仿」行為之機器人的參賽資格。
  3. 每校各參賽組(遙控組、自動組)最多可報名四隊。

六、競賽場地、道具與規則說明

自動組場地配置如圖1與圖2,場地尺寸與細節如圖3與圖4說明。裁判吹哨後比賽開始計時(3分鐘),機器人由「出發區」出發,依序進入「冰箱區」、「茶水區」、「走廊區」、「調配區」、「戶外區」及「吧檯區」等關卡(詳述如後)。場地上有寬度5公分的黑色循跡線供機器人依循前進,線上有大紅色圓點(直徑30公分)之重置點與小紅色圓點(直徑15公分)之定位點。隊伍申請機器人重置時,機器人得以於已經過之最近一個重置點進行重置(重置扣分詳見「七、競賽辦法」)。

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圖1 自動組關卡說明

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圖2 自動組場地說明圖

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圖3 自動組場地尺寸圖(單位:公分)

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圖4 自動組場地細節圖(請參閱各關卡說明)

1. 冰箱區(圖4之DETAIL A)

冰箱區有一冰箱放置於地面上(如圖5),冰箱門關上時並未完全閉合,係由一厚度為2 mm之軟墊(如圖6)將其與冰箱本體分隔,且冰箱上有一溝槽,溝槽深度最深1 cm。冰箱門之重量(包括空罐與空瓶)約為4公斤,開冰箱門之拉力約為70~80克重。冰箱區之場地詳細尺寸如圖7及圖8所示。機器人需將冰箱門打開,成功打開冰箱門,把門打開到合格線可得25分。參賽隊伍亦可放棄開啟冰箱門之分數,於賽前調整準備時間時,先由隊員自行打開冰箱門。冰箱內放有一裝滿水之寶特瓶(無瓶蓋),寶特瓶的擺放位置由隊伍自行決定(於賽前調整準備時間放入)。機器人需將寶特瓶取出,成功取出寶特瓶可得20分。寶特瓶離開冰箱區本體便視為成功取出。機器人需夾持著水瓶前往下一關「倒水區」。

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圖5 冰箱區場地說明圖(冰箱門內側下排無橫桿)

(冰箱規格:SAMPO  95L單門冰箱SR-N10)

(寶特瓶:600cc可口可樂)

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圖6 冰箱門黏貼之軟墊(鹿頭牌泡棉雙面膠帶)

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圖7 冰箱區場地尺寸前視圖(單位:公分)

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圖8 冰箱區場地尺寸上視圖(單位:公分)

2. 茶水區(圖4之DETAIL B)

茶水區放置一張桌子於地面上,桌子不固定於地面上。桌子之一邊架設一白色板以加強機器人辨物用,場地示意與尺寸如圖9至圖11所示。桌上畫有3個指定位置,比賽開始後之10秒內,對手需在此3個指定位置之其中2個分別擺入一空杯。機器人需將自冰箱取得之寶特瓶內的水倒入空杯達合格水量(如圖12說明),一杯可得20分,兩杯共40分。未達合格水量則不得分。機器人倒完水後,需將寶特瓶直立放置於桌上之剩餘指定位置,完成擺放可得20分。最後,機器人需夾取一水杯(不可夾兩杯)前往下一關「走廊區」。寶特瓶之滿水刻度如圖13所示,裝滿水之寶特瓶平均倒入兩水杯的水量如圖14說明。機器人倒水時,若水明顯已達合格水量,裁判會立即舉旗示意。

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圖9 茶水區場地說明圖

(桌子規格:免工具二段式可調整高低-對疊折疊桌HL-Z122)

(杯子規格:350cc PC格子水杯YM-0236)

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圖10  茶水區場地上視圖(單位:公分)

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圖11 茶水區場地前視圖(單位:公分)

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圖12 茶水區合格水量說明(合格水量高度為水杯格線由上往下算第5條線)

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圖13 寶特瓶之滿水刻度

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圖14 裝滿水之寶特瓶平均倒入兩水杯的水量

3. 走廊區(圖4之DETAIL C)

走廊區地面上擺放6個大小相同的告示牌,場地示意與尺寸如圖15至圖17所示。機器人需依循地面黑色循跡線標示之行進方向,以走斜線與直線方式避開告示牌。機器人順利避開告示牌(即抵達此區最後紅色重置點)可得20分。機器人或操控者若行進中有碰到告示牌,而使其倒下或移動至告示牌區域之外(壓線亦算),每個扣5分(本關分數扣完為止)。

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圖15 走廊區場地說明圖

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圖16 走廊區場地尺寸上視圖(單位:公分)

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圖17 走廊區告示牌尺寸(單位:公分)

4. 調配區(圖4之DETAIL D)

調配區設有一張桌子,桌子不固定於地面上。其中一張桌上放有一拖盤,托盤上有方糖一顆,場地示意與尺寸如圖18至圖21說明。機器人需將方糖放入水杯內,成功放入方糖可得20分。完成後,機器人繼續夾取水杯前往下一關卡「戶外區」。方糖需於此區放入水杯,若移動到其他區才放入方糖則不得分。

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圖18 調配區場地說明圖

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圖19 托盤與方糖尺寸示意圖
(托盤型號:Just Home橡膠原木方型托盤19 x13.4cm)
(方糖規格:4.1 x4.1 x4.1cm,材質:鋁製,顏色:鋁塊原色。)

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圖20 調配區場地尺寸前視圖(單位:公分)

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圖21 調配區場地尺寸上視圖(單位:公分)

5. 戶外區(圖4之DETAIL E)

戶外區地面上放置四組黃色減速墊,場地示意與尺寸如圖22至圖24所示。機器人離開「調配區」後,需持水杯走過減速墊,完成任務可得15分。圖22中之綠底斜線區將擺放裝飾用花盆。

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圖22 戶外區場地示意圖
(減速墊規格:JN-216A)

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圖23 戶外區場地尺寸上視圖(單位:公分)

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圖24 戶外區減速墊上視與前視圖(單位:公分)

6. 吧檯區(圖4之DETAIL F)

吧檯區地上設有一張桌子,桌子不固定於地面上。桌上有一托盤,場地示意與尺寸如圖25至圖27所示。機器人離開戶外區後,再將夾持之水杯放置於托盤內可得10分,若未放置於托盤內,則得0分。當水杯離開夾爪且穩定置於桌面上(含托盤)後,該隊比賽結束,計時終止。比賽計時終止後,裁判將審定水杯內水量高度而給予計分,分數高度計算如圖28所示,滿分為30分。本關卡滿分為40分,含水杯放置於托盤內可得10分,以及水量滿分可得30分。

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圖25 吧檯區場地說明圖

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圖26 吧檯區場地尺寸上視圖(單位:公分)

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圖27 吧檯區場地尺寸前視圖(單位:公分)

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圖28 水杯高度計分說明(水量高度達水杯格線由上往下第5條線,則得15分;若水量達由上往下第1條線,則得30分。)

7. 任務完成

比賽任務完成分以下兩種情況:

  • 成功放置水杯:機器人夾爪離開水杯且穩定放置於吧檯區桌面的托盤上即完成比賽,該隊計時終止。例如,圖29所示為成功放置水杯。圖30所示為水杯放置失敗,此時比賽繼續進行,計時不終止。
  • 比賽時間結束(3分鐘)。

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圖29 成功放置水杯

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圖30 水杯放置失敗

七、競賽辦法

  1. 報到與檢錄
    1. 競賽當日、各競賽隊伍應於指定時間內完成報到手續,並於準備區待命。
    2. 每場賽事,競賽隊伍分紅、綠兩隊進行比賽,以抽籤的賽程決定每一場比賽的紅、綠兩隊。
    3. 每場賽事前20分鐘開始檢錄。比賽雙方須完成檢錄作業,確保機器人之製作符合規定。機器人所有維護保養工作需檢錄前完成,已通過檢錄者,不得再改裝機器人(包含機構組裝維修、配線設備、拆換電池、補充氣源等足以改變機器人現況之行為)。未通過檢錄者,不得參與比賽。
  1. 比賽時間
    比賽時間以3分鐘為限,比賽開始前有1分鐘之調整準備時間。
  1. 調整準備時間(1分鐘)
    1. 最多可有4名隊伍成員進行機器人調整,調整準備時機器人只能於出發區調整,不得於場地內任一關卡試跑。
    2. 調整時間內,隊伍成員需持寶特瓶(無瓶蓋)至茶水區旁的橘色大水桶裝水後放入冰箱,冰箱門可關上或完全打開。
    3. 裁判宣布調整時間結束時,機器人須於出發區內待命。若調整時間結束後,機器人未置於出發區內,則視為機器人重置1次。
    4. 機器人之尺寸需在此時間內調整,調整完畢後,機器人之長及寬不得超過100公分(高度不限)。
    5. 如1分鐘內無法完成調整準備,得於開始比賽時於出發區繼續調整。完成調整後,於出發區自行開始比賽,但調整時間併入比賽時間計算。
    6. 調整時間結束後,所有隊伍成員整齊站立於場地外指定位置,未經允許不可進入場地內或碰觸機器人。
    7. 裁判宣布調整時間結束後,得宣布比賽開始。
  1. 比賽開始
    1. 比賽開始由計時器之開始音響或裁判之指示音響為之,比賽結束亦同。
    2. 比賽開始後,各隊可有1名隊員(操作者)進入比賽場地,以啟動機器人,其餘隊員留於場地外指定位置。該操作者僅允許接觸機器人之啟動開關,不得調整機器人任何其他接點、按鈕或開關。
    3. 比賽開始前,各隊需有1名隊員於對手之「茶水區」待命,準備於比賽開始後(機器人已出發)之10秒內,將兩個空杯分別擺放於桌上3個指定位置之其中2個,以供對方機器人於競賽辨識使用。如未於規定時間內完成空杯位置,則改由對方隊員自行選擇擺放位置,且該隊視為犯規,扣總積分10分。
    4. 機器人出發後,除操作者向裁判提出重置申請並經同意外,皆不可碰觸機器人。
    5. 比賽進行時,各隊僅有操作者可進入場地處理突發狀況及申請機器人重置,其餘隊員留於場地外指定位置,不得進入比賽場地內,除非操作者向裁判申請重新調整並經同意後始可進入。
  1. 重新調整(或重置)與放棄關卡
    1. 比賽進行中,操作者得在需要時向裁判申請重置(重新調整)機器人,每一次申請重置扣總積分5分。
    2. 重置申請經裁判同意後,隊伍成員可進入場地執行以下動作:
      1. 將機器人移至「已經過」之任一重置點進行調整。若申請重置時正在某重置點上,亦可於該點重置。
      2. 將機器人移至「尚未經過」之任一重置點進行調整,以最後經過的重置點算起,每個未經過點加扣總積分10分。

      例如,若機器人在「調配區」申請重置後,移至「吧檯區」調整出發,則將跨越3個尚未經過的重置點。因此,此重置除需扣重置申請之5分外,還須加扣30分(請參閱圖31之說明)。

      自動組_圖31圖31  重置說明示意圖

    3. 機器人重置完畢後,由操作者啟動機器人繼續進行比賽。
    4. 比賽之計時不受任何隊伍進行調整之影響,進行重置的隊伍不能進行比賽動作外,亦不得妨礙另一隊的動作。
    5. 冰箱門闔上時,隊伍得選擇放棄開冰箱門,經由裁判協助開冰箱門後繼續闖關,且計重置申請1次。
    6. 機器人闖關需依序前進進行,不得跳關。
    7. 重置時可碰道具(寶特瓶,水杯,方糖),原本就在桌上的杯子不可碰,道具在地上可撿起,夾爪上的也可調整,調整夾爪與道具的相對位置也算碰道具,每次扣5分;寶特瓶可補水放回冰箱原位,補水需多扣5分;重置方糖時一定要放回原位。
  1. 其他重要規定:
    1. 比賽開始時,機器人需從指定之「出發區」出發,不可自其他地點出發。
    2. 機器人不得攜帶非大會提供的水。
    3. 機器人倒水時,水需從寶特瓶「直接」倒出,不可透過其他介質傳遞。
    4. 於調整時間內,除寶特瓶及水杯外,不得更改其它場內比賽設施及道具,若違反本項規定以「失格」認定。
    5. 比賽進行時,水必須裝於寶特瓶或水杯內,不可經由其他非公用道具裝取。
    6. 比賽進行中若水濺灑於地板上,隊員可入場清理,但不得碰到機器人。
  1. 計分
    機器人各競賽區之得分計算方式,如下表所示。

    表1  自動組分數表

    自動組_圖33

  1. 優勝
    1. 初賽:採積分制,每隊出賽3場,每場競賽對手各不相同,賽程由抽籤決定。比賽勝負決定方式如下:
      1. 取積分較高的2場之積分和為總成績。
      2. 總成績前7名若有成績相同者,則以完成時間較少者(積分較高的2場總和)獲勝。若完成時間相同,則加賽一場,直至分出分數高低(積分與完成時間)為止。
    2. 複賽:初賽總成績前7名以及由創意獎評審選出1名外卡隊伍,共8組隊伍晉級複賽。比賽勝負決定方式如下:
      1. 採「單敗淘汰制」,每場競賽以該場雙方積分比較,積分較高者勝出。
      2. 若總積分相同,則以下述參酌順序決定勝負:
        1. 完成時間較少者為勝
        2. 在吧檯區最後水量高度較高者為勝
        3. 若以上條件未能分出勝負,則馬上加賽一場,直至分出勝負為止
    3. 決賽:複賽優勝隊伍共四名進入決賽,比賽勝負決定方式與複賽相同。

八、約束條件

  1. 機器人本體之限制
    1. 機器人之各項功能機構與整體結構需由各隊自行設計製作,不得以市售商品或改裝自市售商品等參賽。
    2. 機器人之操作須以機器人自主控制方式進行,不得以任何形式之遙控方式操控。
    3. 比賽開始時,機器人需從指定之「出發區」出發。且在出發區時,機器人的長、寬尺寸均限制在100公分之範圍內(高度不限),比賽開始後,可自由變形,不受限尺寸限制。
    4. 除了減振機構及迴授控制方法外,不得使用其他防止水溢出之裝置,例如:杯口加蓋、杯緣加高、將水杯置於另一較大容器、利用夾爪包覆杯口以使杯口密閉(夾爪可碰觸杯口,但不得覆蓋杯口或有防水溢出之意圖)、對水加壓、或改變水的物理或化學性質等。
    5. 機器人需自備動力源,但不得使用高壓氣體(常溫時氣壓大於1 MPa者)、爆炸物等危險物品。
    6. 機器人不可以暴力或破壞方式開啟冰箱門,若裁判認定機器人設計有破壞冰箱之餘,得要求該隊不得開冰箱門或直接沒收該場比賽。
    7. 為維護參與人員安全,機器人需設置紅色「緊急停止開關」,且將此開關置於機體明顯處,提供參賽人員或裁判在緊急狀況時使用,未充份具備此開關功能之機器人不得參加比賽。
    8. 不得安裝或使用會破壞、污損競賽場地、或具危險性之裝置於機器人上,違規情節重大或影響競賽之順利進行者取消參賽資格。
    9. 機器人在競賽過程中,各部位與機器人本體之間不可發生完全分離的狀態。
  1. 比賽中之違規行為
    比賽中如有下列行為,經裁判判定違規時,裁判將揮舞「黃旗」以明確宣示:

    1. 未得裁判允許,操控者以外成員進入競賽場地。
    2. 操控者或隊伍成員蓄意接觸競賽中之機器人。
    3. 操控者或隊伍成員蓄意接觸競賽中之活動競賽道具。
    4. 競賽過程中,機器人各部位與機器人本體之間有完全分離的狀態。

    違規隊伍已得分數歸零,機器人須退回出發區重新繼續比賽。如違規行為衍生之事態嚴重,足以影響比賽進行或公平性時,裁判可中斷比賽,沒收違規隊伍該場比賽之分數。

  1. 失格
    有下列情況之一時,將被裁判判定為喪失競賽資格。比賽中經裁判判定喪失競賽資格時,裁判將揮舞「紅旗」以明確宣示。另一隊競賽隊伍將獲得該場次之勝利,但仍繼續比賽至時間終了,以計算該場積分。

    1. 違反前述「機器人本體之限制」。
    2. 故意破壞比賽場地或設施。
    3. 不服從裁判之指示或判決時。
    4. 其它違反運動員精神之行為。
  1. 異議或質疑
    比賽後參賽隊伍如對該場次裁判之判定有異議或質疑時,可於大會下一場次比賽開始前,由成員之一向裁判長提出,逾期不予受理。比賽期間裁判團有最高裁定權,大會下一場次比賽開始後,裁判團的判決將不可再被更改。為培養參賽隊伍運動家精神,當有爭議發生時,參賽者須服從裁判之裁定,不得異議。

九、參賽注意事項

  1. 主辦單位將組成訪視委員團隊,於2016年8月視需要安排網路或實地訪視,以了解各隊機器人製作進度。訪視日期與方式待報名程序完畢後另行安排公佈。各隊接受訪視時,須備妥工作週報、製作報告書與機器人實體供訪視委員評核。訪視時將視察各隊機器人之基本功能,進度嚴重落後之隊伍,主辦單位可取消其參賽資格。
  2. 完成初賽全部賽程之隊伍,主辦單位將於初賽完畢後,發放補助之材料費與差旅費。
  3. 其它未盡事宜,請參閱本競賽網站(http://tdk.ntust.edu.tw)。