תחרויות רובוטיקה
בפרק זה נעסוק בתחרויות רובוטיקה בארץ ובעולם, ונלמד כיצד להכין רובוט לביצועים אופטימליים בתחרויות בכדי לנצח בהן. תחרויות רובוטיקה הן מלהיבות ומרתקות את התלמידים, ומכאן הערך הפדגוגי העצום שלהן.
מומלץ מאוד ללמד פרק זה באופן מהנה ומשעשע, תוך הצגת ההתנסויות שבו כתחרויות כיתה - מעין שלב אימון לפני התכוננות לתחרויות ארציות ובינלאומיות.
תוכן עניינים
סקירת תחרויות רובוטיקה קיימות
תחרויות הרובוטיקה נערכות במקומות שונים בעולם והן מסווגות על פי קמיקום והיקף התחרות: ישנן תחרויות מקומיות, ארציות ובינלאומיות. מרבית התחרויות הבינלאומיות נערכות בארה"ב, ובדרך כלל בכדי להשתתף בהן יש לזכות ראשית בתחרות הארצית המתאימה.
- גיל המשתתפים: צעירים (ג'וניור), חטיבות ביניים, תיכון, אוניברסיטאות
- תחרויות לבודדים לעומת תחרויות לצוותים - מרבית התחרויות הן לצוותים, וזאת על מנת לעודד סיעור מוחות ושיתוף פעולה בשלבי התכנון והבנייה.
- משימות: תחרויות מסויימות הן מוגדרות משימה, לדוגמא רובונר - תחרות בה צריך לכבות אש. לעומתן, תחרויות אחרות פתוחות למשימות מגוונות.
- פתיחות לסוגי רובוטים שונים: תחרויות פתוחות מאפשרות למשתתפים לבנות רובוט מכל טכנולוגיה שהיא ובשימוש בכל מרכיבים שעולים על דעתם. לעומתן תחרויות מסויימות מתאימות רק לרובוטים של חברות מסחריות מסויימות (ולכן אינן מוזכרות כאן).
תחרויות ארציות:
- האולימפיאדה לרובוטיקה שבטכניון - נערכת על ידי המרכז לרובוטיקה שבטכניון, ובמסגרתה משתתפים תלמידים צעירים מבתי ספר בארץ בתחרות רובוטיקה פתוחה.
- רובונר - תחרות שנתית הנערכת על ידי המנהל למדע ולטכנולוגיה. בתחרות זו על הרובוט לנוע באופן עצמאי במבוך דמוי דירה, למצוא מקור אש (נר) ולכבות אותו.
תחרויות בינלאומיות:
- RoboGames - מארחת עשרות תחרויות מסוגים שונים, כגון תחרות כדורגל, סומו, היאבקות, פתרון מבוך, רובונר, ועוד רבים.
- FIRST - ארגון העורך תחרות שנתית בינלאומית שבה משתתפים בתי ספר מכל רחבי העולם. בתי הספר ראשית מתחרים במדינתם, והזוכים עולים לתחרות הבינלאומית. הרובוטים נבנים על ידי ציוד שמחלק הארגון לכל המשתתפים, ועליהם לפתור בתוך מספר שבועות את המשימה הרובוטית.
- רובוקאפ (RobotCup) - ארגון שעורך תחרויות כדורגל לרובוטים דמויי-אדם. מטרתם היא לבנות קבוצת כדורגל רובוטית שתנצח בשנת 2050 את אלופת העולם בכדורגל. התחרויות נערכות הן במסגרת סימולצית מחשב והן על ידי רובוטים דמויי-אדם בגודל מלא.
- ישנם שלושה סוגי תחרויות בארגון זה:
- כדורגל: 2 או יותר רובוטים דמויי אדם משחקים כדורגל
- הצלה: מסלול מכשולים שהרובוט צריך לעבור בכדי להגיע לעצם מסוים, ולהביא אותו בבטחה במהירות המירבית.
- ריקוד: תחרות ריקוד לרובוטים
- רובונר (Fire-Fighting) - מכללת טריניטי שבקונטיקט, ארה"ב, עורכת תחרות כיבוי אש, שבדומה לתחרות הארצית שלעיל, גם בה על הרובוט לנוע באופן עצמאי במבוך דמוי דירה, למצוא מקור אש (נר) ולכבות אותו.
שיקולים ואילוצים בתכנון רובוט לתחרות
בפיתוח רובוט לתחרות בדרך כלל יש צריך להתחשב ב-
- תקציב - כמות הכסף שהוקצבה לפיתוח הרובוט. התקציב עשוי להשפיע רבות על מהירות הפיתוח ועל איכות הרובוט שנבנה.
- זמן - משך הזמן שהוקצב לפיתוח הרובוט.
- צוות - התלמידים החברים בצוות הפיתוח של הרובוט. הידע, הסקרנות, ההתלהבות והעבודה בשיתוף של צוות הפיתוח היא הגורם המכריע בהצלחה בתחרויות רובוטיקה.
- משימות וניקודים - יש לוודא את אופן הניקוד בתחרות ולתכנן את הרובוט בהתאם לכך. לדוגמא, בתחרות רובונר חשוב לא רק למצוא את הנר ולכבות אותו, אלא גם לעשות זאת בפרק זמן מינימלי.
תחרות כיתה מס. 1
בכדי להתנסות בתחרות, נבצע תחרות בין צוותים בכיתה תוך קביעת כללים ושיטת ניקוד מדויקים. משימת התחרות:
- נתון רובוט הנמצא על משטח בהיר, במרחק מסוים מקו שחור שני, בדומה לדוגמא שביצענו בפרק הקודם:
- יעד התחרות הינו להגיע עם הרובוט קרוב ככל האפשר לקו השחור השני, אך לא לחצות אותו. נדרש לבצע זאת בזמן הקצר ביותר.
- כללים ושיטת ניקוד:
- הרובוט מתחיל מעמידה על הקו הראשון
- משך הנסיעה של הרובוט עד לעצירה יימדד על ידי שעון עצר
- חציית הקו השני על ידי ציר המרכז של גלגלי הרובוט הקדמיים גורמת ל- 0 נקודות
- הציון עבור הביצוע מורכב משני הפרמטרים שהוזכרו במשימה - מרחק נק' העצירה מהקו, ומשך הזמן: אם הרובוט עצר במרחק d ס"מ מהקו השחור וביצע זאת בזמן t שניות, ציונו יהיה t*d
- המנצח בתחרות הוא בעל הציון הנמוך ביותר
- התחרות תהיה בין צוותים בני 3-4 תלמידים בכל צוות.
עקבו אחר הוראות מערך השיעור לעריכת התחרות.
תחרות כיתה מס. 2: מעקב אחרי קו
בתחרות זו נדרש הרובוט לעקוב אחרי קו שחור על משטח בהיר מנקודת ההתחלה שלו עד לנקודת הסיום. על הרובוט לבצע זאת במשך הזמן הקצר ביותר.
- אי הגעה של הרובוט לנקודת היעד תזכה את הצוות ב- 0 נקודות
- המנצח הוא הצוות שהרובוט שלו הגיע ליעד בזמן הקצר ביותר
ניתוח המשימה
בכדי לבצע את המשימה, על הרובוט "לדעת" מתי הוא נמצא מעל הקו ומתי הוא מעל המשטח. כיוון נסיעתו יהיה בהתאם לכך:
- אם הרובוט מעל הקו, הוא יסע ישר
- אם הרובוט מימין לקו, הוא יטה שמאלה
- אם הרובוט משמאל לקו, הוא יטה ימינה
מתוך ניתוח המשימה, עולה שעל הרובוט "לדעת" לא רק מתי הוא מעל הקו ומתי לא, אלא גם האם הוא מימין לקו או משמאלו. זה יוצר בעיה: כיצד נוכל להבחין בין שני המצבים - מימין לקו ומשמאל לקו? הרי בשניהם יזהה החיישן ערך של משטח בהיר.
עקבו אחר הוראות מערך השיעור לעריכת התחרות.
תחרות כיתה מס. 3: פתרון מבוך
בתחרות זו הרובוט מוצב על נקודה כלשהי במבוך, המשורטט כאוסף קווים שחורים, ועליו להגיע לנקודת יעד המסומנת על ידי עיגול שחור.
(הדוגמא נמצאת על משטח הנסיעה התחרותי)
במשימה זו הרובוט מוצב בנקודת ההתחלה המסומנת בראש חץ (ישנן שתי נקודות התחלה, העליונה נועדה למשימה קלה יותר והתחתונה למורכבת יותר), וממנה הוא צריך להגיע לנקודת היעד - עיגול כהה. במשימה זו אנו מניחים שהרובוט אינו "זוכר" סיורים קודמים שלו, ולכן אינו יכול ללמוד ולשפר את ביצועיו. דיון כתה: לפני הצגת השיטות המקובלות לפתרון הבעיה, כדאי להפנות את הבעיה לתלמידים להצעת פתרונות מצידם, בכדי לעורר את סקרנותם ולחדד את נתוני הבעיה.
עקבו אחר הוראות מערך השיעור לעריכת התחרות.
