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机器人等级考试和比赛

发布时间: 2018-05-23 11:25   作者: 全权、王帅   来源: 机器人产业

  随着人工智能时代的到来,机器人教育越来越被政府和社会各界所重视,未来机器人教育将进一步在中小学中普及,成为必修课程。开展各种展示和竞赛活动是普及机器人教育的一个重要途径。机器人竞赛项目的内容、规则及评分办法等的创意设计都极富创造性和挑战性。通过组织丰富多彩的机器人竞赛,可以激发广大青少年对科技的兴趣,提高青少年的科学素质,并为未来机器人研究和开发储蓄后备人才。

  人工智能技术在教育领域的运用,将对人类的学习过程产生巨大的帮助。对于未来的教育行业来说,机器人不再是高端技术,而是必须的技能。既然机器人教育这么重要,在操作层面离不开机器人等级考试和比赛。值得注意的是,机器人比赛历史比较悠久,而机器人等级考试却是近年来的新事物。这两种类型的考核相辅相成,促进机器人教育在中国的发展。

  机器人等级考试

  目前我国机器人等级考试至少有三个,分别是:中国机器人运动等级考试、全国青少年机器人技术等级考试和青少年机器人技术等级考评。

  中国机器人运动等级考试

  (1)简介

  中国机器人运动等级考试是由国家体育总局中国机器人运动工作委员会与教育部全国学校体育联盟机器人工作委员会共同指导,面向机器人运动专业人才以外的广大机器人爱好者和机器人学员开展的机器人运动等级考试,自2017年7月1日起试行。

  (2)考试形式

  中国机器人运动等级考试共分为十级,一至二级:考生可根据自己学习情况,自行选择相应级别报考;三至十级:考生需逐级考取(即欲报考四级需取得三级证书),通过并取得六级(含)以上的证书的学员经培训后可依照中国机器人运动工作委员会制订的《中国机器人运动专业人才评价工作实施办法》申请专业资格培训认证。考试分为笔试(或口试)与实操两部分。笔试题型主要由单项选择题、多项选择题、判断题、画图题、实验题等题型组成;实操题型为命题式项目,包括搭建、调试、安装、编程和展示等环节。

  (3)考试大纲(表1)

  全国青少年机器人技术等级考试

  (1)简介

  全国青少年机器人技术等级考试由中国电子协会主办,国家教育信息化产业技术创新战略联盟承办,于2015年推出并在社会公开试点,2016年在全国教育系统(中、小学校)推广。

  (2)考试形式

  考试标准由低到高分为一级至六级。六级及以上与中国电子学会全国电子信息专业技术资格认证(QCEIT)衔接,进入电子信息工程师序列。

  (3)考试标准(表2)

  《中国专业人才库》全国青少年机器人技术等级考试

  (1)简介

  《中国专业人才库》全国青少年技术等级考试由全国机器人技术考评管理中心人才库专家委员统一审核。

  (2)考试形式

  考试共分为十级,基础级(一级至五级)和专业级(一级至五级)、助理机器人设计师。每一级分为理论测评、实操测评、情感答辩三个考核方面。

  (3)考试大纲(表3)

  机器人竞赛

  中国教育机器人大赛

  (1)比赛简介

  中国教育机器人大赛,是由中国人工智能学会主办的科技类竞赛,旨在推动教育机器人进课堂,促进机器人辅助工程创新实践教育课程的普及和实施。2011年首届大赛在深圳创办,之后每年举办一次。2017年第七届比赛中首次增设国际赛区。

  (2)比赛项目

  大赛分为大学本科组、大专高职组、中职中学组和小学组四个不同组别进行比赛。1)大学本科组、大专高职组竞赛类比赛有:机器人智能搬运比赛、机器人擂台对抗赛、机器人游中国比赛、机器人搬运码垛比赛、机器人灭火和救援比赛、小型物流机器人系统比赛、小型室内服务机器人系统比赛等七项比赛;评选类比赛有:机器人创意设计与制作、群机器人协作或者舞蹈两项比赛。另外,2017年比赛规则中还有两个新增比赛项目:无人机竞速比赛和QT——资源争霸赛。2)中小学组比赛项目有:共建家园(幼儿组 4-6岁亲子合作赛)、小小军迷 (幼儿小学组 5-7岁亲子创意赛)、 翻山越岭 (小学组)、 创意闯关——机关王 (小学组、中学中职组)、逆流而上(小学组、中学中职组)、心灵手巧(小学组、 中学中职组)、激清飞越——无人机竞速 (小学组、 中学中职组)、机器人智能搬运 (中学中职组)、机器人擂台对抗赛(中学中职组)、机器人游中国比赛 (中学中职组)、机器人灭火比赛(中学中职组)、机器人创意设计与制作(小学组、 中学中职组)等12项比赛。

  中国青少年机器人竞赛

  (1)比赛简介

  中国青少年机器人竞赛创办于2001年,由中国科协主办,是面向全国中小学生开展的一项普及性科技教育活动。自2001年起,每年举办一届。

  (2)比赛项目

  中国青少年机器人竞赛有机器人综合技能比赛、机器人创意比赛、FLL机器人工程挑战赛(FLL全称FIRST LEGO League,是FIRST机构与乐高集团组成的一个联盟组织。比赛中使用LEGO MINDSTORMS 产品和LEGO积木)、VEX机器人工程挑战赛(VEX是一款机器人制作组件)和WER工程创新赛(WER ,World Educational Robot Contest是一项面向全球4-18岁青少年的教育机器人比赛)五个竞赛项目。1)机器人综合技能比赛面向中小学生,要求参加比赛的代表队在完全封闭的现场自行组装机器人、编写机器人运行程序、调试和操作机器人,完成在固定场地上设置的不同难度的任务。2)机器人创意比赛自由度比较高,每年设置一个比赛主题,比赛准备时间为6个月左右。学生可以在学校、家庭、校外机器人工作室或科技实验室里,以个人或小组的方式进行智能机器人的创意、设计、编程与制作,最后完成自己的机器人创意作品参加大赛展示和评选。3)FLL机器人工程挑战赛是一项青少年国际机器人比赛项目,整个竞赛分为现场竞技、技术问辩、课题研究几个部分。比赛每年设置一个主题,围绕主题设计十余项任务,学生需设计机器人在固定场地内完成这些任务。4)VEX机器人工程挑战赛也是一项国际青少年机器人比赛项目,每年设置一个主题并设计新的竞技内容。比赛采用联队对抗形式进行,参赛青少年通过遥控器控制己方的两个机器人获得尽量多的分数,同时还要合理运用战略防止对方得分。5)WER工程创新赛设置与年度主题有关的模拟场景任务,要求参赛队在现场组装机器人、编程、调试和操作机器人,完成比赛任务。

  亚太青少年机器人竞赛

  (1)比赛简介

  APRC(亚太青少年机器人竞赛)由中国亚太机器人发起,是由中国人自己制定竞赛规则的开放式国际机器人赛事。APRC由中国教育在线、WTIO ( 世界科技创新组织)、APRC理事会等共同主办。

  (2)比赛项目

  比赛分为竞赛类项目和创客项目。其中竞赛类项目中中小学组有无人机竞赛、人型机器人竞赛、机器人综合技能竞赛、机器人障碍竞赛、机器人投掷竞赛、机器人三项全能联赛、机器人墨攻挑战赛、机器人篮球竞赛、机器人创意竞赛、机器人百米竞赛、机器人3D创意设计竞赛、机器人铁甲钢拳竞赛(小学组);幼儿组比赛有幼儿机器人创意竞赛、垃圾回收机器人亲子竞赛(每队参赛选手为一名3-5岁的幼儿及一位家长(爸爸或者妈妈);大学组比赛有机器人墨攻挑战赛。创客类比赛有APRC极昼创客(多元创客)(中小学)、APRC极致创客(单体创客)(中小学)、机器人铁甲钢拳竞赛(小学组)、APRC创客大赛(大学组)、APRC极圈创客大赛(4-5岁的幼儿)。

  中国机器人大赛

  (1)大赛简介

  中国自动化学会从1999年开始,相继开展了FIRA、RoboCup、中国机器人大赛等竞赛活动。从2016年开始,原中国机器人大赛暨RoboCup中国公开赛中RoboCup比赛项目和RoboCup青少年比赛项目合并在一起,举办RoboCup机器人世界杯中国赛。原中国机器人大赛暨RoboCup中国公开赛中非RoboCup项目继续举办中国机器人大赛。

  (2)比赛项目

  2016年1月中国自动化学会机器人竞赛与培训部对原有的15个大项79个子项调整为17个大项39个子项目。调整后的项目为:1)篮球机器人自主机器人项目、仿真机器人项目;2)FIRA小型组5vs5项目、11vs11项目、仿真组5vs5项目、仿真组11vs11项目;3)服务机器人通用服务机器人项目、超市机器人项目、多人辨识项目、非限定项目、仿真项目;4)机器人旅游探险游项目、寻宝游项目、循线越野游项目、抢道越野游项目;5)医疗机器人规定动作项目、骨科手术机器人项目;6)武术擂台赛无差别1vs1项目、无差别2vs2项目、轻量组项目、重量组项目;7)舞蹈机器人多足异形项目、双足人形项目;8)工程机器人光电车型搬运赛项目、摄像头车型搬运赛项目、人型搬运赛项目;9)竞技机器人竞步窄足赛项目、竞步交叉足赛项目、竞步体操赛项目、竞速标准赛项目;10)助老服务机器人助老生活服务项目、助老环境与安全服务项目;11)水下机器人机器人水下对抗项目、机器人水下作业项目、机器人水中巡游项目;12)空中机器人无人机续航挑战项目、无人机大战水果项目;13)救援机器人环境自主建图项目、越障与搜救项目;14)中型组仿真赛;15)机器人先进视觉赛;16)四足仿生机器人项目铁人三项项目、协作搬运项目;17)自动分拣机器人赛。

  机器人世界杯RoboCup

  (1)比赛简介

  机器人世界杯RoboCup是世界机器人竞赛领域影响力非常大、综合技术水平高、参与范围广的专业机器人竞赛,由加拿大大不列颠哥伦比亚大学教授 Alan Mackworth在1992年首次提出,从1997年开始进行比赛。机器人世界杯中国赛(RoboCup China Open)是机器人世界杯RoboCup的正式地区性赛事。

  (2)比赛项目

  机器人世界杯中国赛分为入门级比赛和国际标准项目。1)入门级比赛有Mini Maze现场赛、Mini Rescue、积木遥控足球、积木智控足球、幼儿组现场赛;2)国际标准项目有舞蹈小学组、舞蹈中学组、足球重量无组别、足球轻量小学组、足球轻量中学组、Rescue Line小学组、 Rescue Line中学组、Rescue Maze 无组别。

  亚太大学生机器人大赛(ABU Robocon)

  (1)大赛简介

  “亚太大学生机器人大赛”的前身是日本广播协会的机器人比赛,该项赛事从1988 年开始举办,于1989 年成为日本NHK每年的赛事,并被命名为“全日本机器人大赛”。1990年第一次邀请除日本之外的国外代表队参赛,成为一项国际性比赛。全国大学生机器人电视大赛(Robocon)是由中央电视台主办的全国大学生科技活动,自2002年开始每年一届,为“亚太大学生机器人大赛”选拔中国大学生的优秀代表队,到目前为止已成功举办十六届,每届一个主题。2013年央视正式退出该项比赛,中国失去参与国际赛资格。2014年共青团中央成为该项赛事主办方。该项赛事亦称为“全国大学生机器人大赛”。

  (2)比赛主题

  近三年比赛主题:第十五届主题——清洁能源,比赛规则的设计体现了尽可能减少能源消耗和利用清洁、可再生能源的意识;第十六届主题——舞盘雅乐,灵感来自我国古代传统礼仪和游戏“投壶”;第十七届主题——飞龙绣球。灵感来自我国广西壮族人民的一项传统体育游戏“抛绣球”。

  飞思卡尔智能车大赛

  (1)大赛简介

  智能车竞赛是从2006 开始,由教育部高等教育司委托高等学校自动化类教学指导委员会举办。比赛形式包括有竞速比赛与创意比赛两大类。竞速比赛中包含不同的组别,难度适合本科不同阶段学生参赛。在竞速比赛基础上,适当增加挑战性,形成创意比赛的内容,适合部分有条件、能力强的本科生和研究生参加创意比赛。

  (2)比赛项目

  比赛项目每年可能会有调整,以下为十二届智能车比赛项目。1)光电类。该类别的车模允许采用光电、摄像头等传感器进行赛道检测。完成单车赛道竞速比赛。按照所使用的车模种类,分为两个小组:a)光电四轮组:使用指定的四轮车模完成比赛;b)光电直立组:使用指定的两轮车模完成比赛。2)电磁类。使用指定的四轮车模完成比赛。该类别的车模只允许采用普通的磁场传感器,检测赛道中作为引导信号的 20kHz 的交变磁场,完成单车赛道竞速比赛。按照车模驱动电源分为两个小组:a)电磁普通组:车模使用原车模配备的电池完成竞速比赛,比赛成绩只与车模运行时间有关;b)电磁节能组:车模使用超级电容储能完成比赛,比赛成绩由车模运行时间和电容存储电能加权平均。该组别车模允许自行设计组装特制的车模参加比赛。3)追逐类。参赛队伍制作两个车模完成赛道竞速,比赛成绩由车模运行时间与通过终点的时间差共同决定。如果在比赛过程中,于规定路段完成赛道超车,则会有相应的时间奖励。按照赛道引导线形式分为两个组别:a)光电追逐组:两个车模采用光电竞速类的传感器完成赛道的检测;b)电磁追逐组:两个车模采用电磁类的传感器实现赛道的检测。4)创意类。要求比赛车模在布置有信标的场地内完成比赛。参赛车模允许安装光电传感器,识别场内信标的位置,完成信标的追逐。参赛车模根据任务分为以下两个组别:a)双车对抗组:参赛车模在预赛阶段,完成单车的资格赛。参加决赛的车模,按照预赛成绩分组进行对抗比赛,即两个车模同时在场地内运行,按照熄灭信标的多少决出胜负。b)四旋翼导航组:参赛车模上不允许安装摄像头,但可以安装普通的光电传感器。参赛队伍可以使用四旋翼飞机悬停在赛场内,飞机上可以安装摄像头和处理器,检测车模与信标的位置,指挥车模完成信标追逐任务。

  RoboMaster

  (1)大赛简介

  RoboMaster机甲大师赛由共青团中央、中华全国学生联合会和深圳市人民政府主办,深圳市大疆创新科技有限公司承办。大赛以机器人对抗射击为主题,鼓励与机器人相关的机械、自动化和电子技术的发展。同时,RoboMaster机甲大师赛通过平衡比赛的技术难度和观赏性,在全社会普及机器人知识和工程技术之美。

  (2)比赛项目

  2015首次发展成全国性比赛。RoboMaster 2015赛季在全球首次将机器人竞赛和电竞呈现方式有机结合,采用红、蓝双方对抗的形式,参赛队伍通过自行设计制造多种机器人进行射击对抗,完成指定任务,由比赛裁判系统判定比赛胜负。RoboMaster2016赛季在充分吸取2015赛季所积累的成果,对比赛场地、规则、呈现方式都做了深入的改良和优化。增设了“空中机器人”,将战斗维度从原本的纯地面对抗,改为空地立体对抗模式。RoboMaster2017赛季在2016赛季规则整体框架的基础上增设具备机械抓取功能的机器人。

  全国大学生电子设计竞赛

  (1)大赛简介

  全国大学生电子设计竞赛是教育部和工业和信息化部共同发起的大学生学科竞赛之一,是面向大学生的群众性科技活动,目的在于推动高等学校促进信息与电子类学科课程体系和课程内容的改革。竞赛的特点是与高等学校相关专业的课程体系和课程内容改革密切结合,以推动其课程教学、教学改革和实验室建设工作。

  (2)比赛项目

  竞赛采用全国统一命题、分赛区组织的方式,以“半封闭、相对集中”的组织方式进行。竞赛期间学生可以查阅有关纸介或网络技术资料,队内学生可以集体商讨设计思想,确定设计方案,分工负责、团结协作,以队为基本单位独立完成竞赛任务;竞赛期间不允许任何教师或其他人员进行任何形式的指导或引导;竞赛期间参赛队员不得与队外任何人员讨论商量。参赛学校应将参赛学生相对集中在实验室内进行竞赛,便于组织人员巡查。为保证竞赛工作,竞赛所需设备、元器件等均由各参赛学校负责提供。2017年比赛分:微电网模拟系统、滚球控制系统、四旋翼自主飞行器探测跟踪系统、自适应滤波器、调幅信号处理实验电路、远程幅频特性测试装置、可见光室内定位装置、单相用电器分析监测装置等主题。

  国际空中机器人大赛

  (1)大赛简介

  国际空中机器人大赛是由美国乔治亚理工大学罗伯特教授倡导,美国无人机系统协会(AUVSI)资助的赛事。2012年,由中国航空学会制导、导航与控制分会引入国内,设立国际空中机器人大赛亚太赛区,与国外同步进行。该比赛主要面向高校大学生和研究生,目的不是重复先前已实现的技术,而是开辟空中机器人技术的新领域,推进空中机器人最先进技术的进步。目前,比赛还设置了青少年附加赛,通常是操控飞行器在室内完成相关任务。

  (2)比赛项目

  比赛每年都进行,提前发布任务。当年任务没完成,来年继续,直到基本完成,再进行下一个任务的发布。第一次任务(1991-1995年)是要求完全自主的飞行机器人将金属光盘从舞台的一侧移动到另一侧,验证了全自主飞行能力和不依赖惯性系统导航能力以及两点物体搬运能力。第二次任务(1995-1996年)是要求在无人干预情况下,搜寻有毒废料堆场,绘制部分埋入随机排列的有毒废料桶的位置,从在外部某处发现的危险标签中识别每个鼓筒的内容,验证了自主空中测绘、毫米级目标识别和目标获取的能力。第三次任务(1998-2000年)是一个搜索和救援任务,要求全自动机器人起飞,飞往灾区寻找幸存者和死者,验证了自主搜索和营救的能力。

  第四次任务(2001-2008)涉及三个需要相同自主行为的情景:人质救援、古墓寻宝和核电厂抢险,验证长距离自主飞行的能力(3千米)、确定建筑群的位置和综合体内特定建筑物的位置、确定该建筑物的有效开口、通过空中机器人或携带传感器的车辆进入建筑物、将图片从内部传回3公里外的发射点。第五次任务(2009年)是需要一个完全自主的飞行器(没有全球定位导航辅助)进入包含走廊,小房间,障碍物和死路的室内,找到指定目标。第六次任务(2010-2013年)是需要空中机器人通过更加复杂场景的室内,发现并理解墙上的文字指引信息,进而找到放置指定物品的房间,取走该物放入替代品,并快速地退出建筑物。第七次任务(2014-2017年)要求空中机器人能够自主导航、避开移动障碍和识别地面移动机器人,以及通过设计顶层决策进行频繁起降,将移动机器人赶出飞行区域。第八次任务涉及多个空中机器人和人的合作,目前已经发布。

  全国青少年无人机大赛

  (1)比赛简介

  全国青少年无人机大赛创办于 2017 年,中国科学技术协会、空军招飞局、海军招飞办作为指导单位,由中国航空学会主办,是面向全国中小学生开展的一项结合航空科普以及创意编程的无人机赛事。自 2017 年起,每年举办两届,每届比赛有不同的赛事侧重,一届以动手组装,飞行操作的飞手能力评定为主,另一届以创意编程,以及团队能力塑造和评定为主。赛事会在各省市地区先进行分站赛和地区选拔赛,并将优胜队伍和个人输送至全国赛。

  (2)比赛项目

  全国青少年无人机大赛基于小学组、初中组、高中组三个不同组别的划分,按照个人赛、团体赛、团体接力赛、创意赛等赛事形式,共涉及十余项比赛项目。个人赛按照小学、初中、高中的不同年龄段分组,主要比拼参赛选手的飞行操作能力,根据预先设计的飞行赛道,要求选手在规定时间内完成整个飞行赛道的所有项目,并以用时的长短来判定比赛的优胜。团体赛是一种团体竞技的比赛形式,每支队伍要分成组装组和飞行组,分别派选手参加比赛,并以组装成绩分数和飞行成绩分数的累计总分判定优胜,这就要求每一名队员都具备动手组装和飞行操作的较高水平。团体接力赛是基于“小鸟飞飞”无人机教练功能的应用而设立的赛事,需要4名选手组成一个团队,用2个遥控器轮流对同一架飞机进行遥控飞行,并依次完成比赛规定赛道,充分锻炼了选手间的团队配合与协作能力。创意赛是最具观赏性的赛事,包含空中足球赛和无人机创意舞蹈表演赛。空中足球赛是一种团队赛的形式,每支队伍由3名选手组成,每名选手分别控制一架无人机,进行3对3的对抗,旨在将特定的空中足球攻入对方大门获得分数,并在比赛结束时以分数较高者为优胜,将足球这项大众体育赛事,以无人机的形式,演化为一种基于三维空间的比赛形式,极具观赏性。无人机创意舞蹈表演赛,是以预先提供的音乐为抓手,要求参赛队伍基于对音乐的理解进行无人机的创意编程,并有效地配合音乐旋律进行无人机舞蹈的编排和设计,是对于STEAM教育中Art能力的一种训练和培养,是非常有魅力的一项赛事。不同于个人赛及团体赛等赛事,创意无人机赛的比赛形式并不固定,会进行不断的变化,配合编程创意的能力不断创新和提高。

  小结

  表4总结了以上提到的考试和比赛,集中展示它们的负责单位、考试形式以及适应的人群。

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