|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Эко-СФЕРЫ ( ECO - SPHERES )Стр 1 из 6Следующая ⇒
Эко-СФЕРЫ ( ECO - SPHERES ) Уклониться, подобрать, свести с орбиты космический мусор
КОМУ: ГОЛОВНОЙ ОФИС ZERO ROBOTICS ВХОДЯЩЕЕ SOS Только что была получена следующая информация: SOS Красный SPHERES _15569824 Красный спутник в беде. Растущее число спутников расположено на низкой орбите вокруг Земли (Low Earth Orbit (LEO)) для изучения земной атмосферы, климата, поверхности, океанов и погоды. Для поддержания этих важных исследований программа СФЕРЫ работает с космическими агентствами по всему миру, идентифицируя и убирая космический мусор с LEO. Недавно программа СФЕРЫ развернула часть ECO-SPHERES, как инициативу для уклонения, подбора и сведения с орбиты (ECO) космического мусора. Устройство ECO-SPHERES включает крюк для буксирования любого типа груза. Но по своей природ подбор и уборка мусора ставит спутники, убирающие его, на опасный путь. Любой метод уборки может привести к поломке. Как вы видите из передачи выше, одна из наших СФЕР была повреждена мусором и нам нужно восстановить ее. Задача, стоящая перед нами опасна. Мы должны запустить еще одну ECO-SPHERES, которая пересечет заселенную орбиту LEO и, не убирая мусор, должна подхватить поврежденную красную СФЕРУ и отвести ее в безопасное место. Запрограммируйте ваш спутник избегать мусор, пока пытаетесь найти красную СФЕРУ. Используйте знания геометрии, когда пытаетесь зацепиться за поврежденную СФЕРУ и привести ее обратно в безопасное место, приняв во внимание импульс вашего груза, чтобы не повредить его сильнее. Удачи все участвующим космическим инженерам.
Альвар Саенз-Отеро (Alvar Saenz-Otero)
Оглавление
1 Game Overview 2 Game Rules/Phases of Game Play 2.1 Playing Field 2.1.1 Initial Position 2.2 Debris Field Navigation 2.2.1 Bounds of Debris Field 2.2.2 Size and Position of Space Debris 2.2.3 Collision with Space Debris 2.3 Rendezvous 2.3.1 Motion of Target SPHERES 2.3.2 Criteria for Successful Rendezvous 2.4 Hooking 2.4.1 Position and Motion of Target SPHERES during Hooking 2.4.2.Hooking Criteria 2.5 Towing/Return of Target SPHERES to “Safe Zone” 2.5.2 “Safe Zone” Location 2.6 Scoring 2.6.1 Time Dependent Scoring 2.6.2 Bonus Points 2.6.3 Scoring Equation 2.7 End of game 2.8 SPHERES Satellites 2.8.1 Fuel 2.8.2 Collision Avoidance 2.8.3 Code Size 2.8.4 Noise 2.8.5 Inter-satellite Communications 3 Game API (TBR) 4 The Leaderboard for ECO-SPHERES 4.1 Introduction 4.2 Playing Games 4.5 Last day of the competition 4.6 Calculating Rankings 4.7 Summary 5 Tournament Structure 5.1 2D Practice Simulation Competition 5.2 3D Simulation Competition 5.3 Alliance Formation Event 5.4 Semifinal Simulation Competition 5.5 ISS Final Competition 5.5.1 Overview and Objectives 5.5.2 Competition Format 5.5.2.1 Definition: Successful Game 5.5.2.2 Definition: Simulated Game 5.5.2.3 Scoring Games 5.6 Virtual Finals Simulation Competition 6 Season Rules 6.1 Tournament Rules 6.2 Ethics Code 7 Revision History
Обзор игры
Каждая команда соревнуется по отдельности, программируя одну СФЕРУ («СФЕРА игрока» - " player SPHERES" ), взаимодействовать с уже запрограммированной СФЕРО («СФЕРА-мишень» - " target SPHERES" ). Игра состоит из четырех фаз: Навигация в поле мусора, Встреча, Сцепление, Буксировка/возврат мишени.
Навигация в поле мусора СФЕРА игрока должна пройти через поле мусора, повреждение двигателя приведет к столкновениям с мусором. Встреча СФЕРА игрока должна подойти к СФЕРе мишени и удовлетворять «условиям встречи» (" rendezvous conditions" ). Если условия встречи удовлетворяются, то весь космический мусор исчезает, а СФЕРА-мишень остановится и будет удерживать положение посредством двигателей. Сцепление СФЕРА игрока будет пытаться подобрать СФЕРУ-мишень с помощью крюка. Буксировка/возврат мишени СФЕРА игрока должна затем отвести СФЕРУ-мишень в «безопасную зону» (" safe zone" ).
Каждая команда соревнуется, чтобы заработать как можно больше очков до окончания времени игры. Каждая игра длиться 210 с. Правила/Фазы игры Для выигрыша у других участников, каждая играющая СФЕРА должна внимательно пройти через поле мусора, встретиться, загарпунить СФЕРУ-мишень и вернуться в безопасное место, при этом учитывая топливо, время и свое положение на игровом поле. Замечание: Положение спутника относительно всех игровых элементов определяется координатами центра спутники, как это записано в переменных его состояния (ZR state или SPHERES state ), если не указано иное. Игровое поле Игровое поле определяется размером области, доступной СФЕРАМ для движения внутри МКС. При моделировании создается зона взаимодействия (interaction zone) того же размера. Если игроки покидают Зону взаимодействия, то они рассматриваются, как вышедшими за границы поля.
Размеры Зоны взаимодействия следующие: Размеры Зоны взаимодействия
Игрок наказывается расходом топлива за каждую секунду вне границ поля.
Игровое поле и размеры зоны взаимодействия Игровое поле и размеры Зоны взаимодействия показаны на рисунке выше. Поле мусора представлено зелеными, сиреневыми и оранжевыми кругами. В начале игры ECO-SPHERES, СФЕРА игрока (голубая) находится с одной стороны поля мусора, а СФЕРА-мишень – с другой. Начальное положение Красная и голубая СФЕРЫ устанавливаются в одни и те же позиции в начале игры: Начальные положения
Радиус спутника 0.11 м. Навигация через поле мусора Во время первой фазы ECO-SPHERES, СФЕРА игрока должна аккуратно пройти через поле мусора, чтобы достичь СФЕРЫ-мишени. Столкновения с мусором приведут к повреждению двигателя. Границы поля мусора Элементы космического мусора расположены в области 0 м < y < 0.7 м
Встреча Во время второй фазы игры СФЕРА игрока должна встретиться со СФЕРОЙ-мишенью. Движение СФЕРЫ-мишени В 2D игре СФЕРА-мишень совершает определенные поступательные и вращательные схемы движения. СФЕРА игрока должна следовать за движениями СФЕРЫ-мишени для успешной встречи. Захват Во время третьей фазы СФЕРА игрока должна успешно загарпунить СФЕРУ-мишень. Критерии захвата СФЕРА игрока должна осторожно ввести крюк в область захвата СФЕРЫ-мишени. Рисуно ниже показывает 3D схему крюка, установленного на СФЕРЕ. Механизм крюка установлен на стыковочной стороне СФЕРЫ (сторона +x).
Размеры в мм.
Счет Баллы включают как баллы, зависящие от времени, так и бонусные баллы. Для информации о баллах можно использовать функцию game.getScore. Баллы, зависящие от времени Прямой путь команде заработать баллы – это закончить различные фазы игры: навигацию через поле мусора, встречу, захват, возврат в безопасную зону.
У каждой фазы есть базовый уровень баллов, получаемый по окончании фазы. Кроме того, чем быстрее команда закончит фазу, тем больше баллов она заработает.
Счет, зависящий от времени
Количество баллов, зарабатываемых на каждой фазе зависит от:
где pn, L – базовый счет за окончание фазы n, pn, U – максимально возможный счет (если фаза закончена за нулевое время), Бонусные баллы Как только СФЕРА возвращается в «безопасную зону», даются дополнительные баллы за оставшееся топливо. Больший вес будет иметь топливо, оставшееся в СФРЕ игрока, а не СФЕРЕ-мишени (fplayer > ftarget). Дополнительные баллы за топливо будут вычисляться умножением доли оставшегося топливо на веса топлива: ω player * f player + ω target * ftarget.
Уравнение для счета Из информации выше, полный счет в конце игры вычисляется как
Конец игры Игра заканчивается через 210 секунд. Вычисляется окончательный счет. Спутники СФЕРЫ Каждая команда будет разрабатывать программное обеспечение для управления СФЕРАМИ, для выполнения задач игры. Спутник СФЕРА может двигаться в любом направлении, используя двенадцать двигателей. Настоящие СФЕРЫ на борту МКС, как и любой другой спутник, имеют источник топлива (у них это жидкая двуокись углерода) и источник энергии (батарейки АА) и компьютер (процессор для цифровой обработки сигналов). Эти ресурсы ограничены и должны использоваться разумно. Поэтому игроки Zero Robotics ограничиваются в использовании этих ресурсов в рамках игры виртуальными пределами. Использование батарей ограничивается временем игры - 210 с. Остальные ограничения описаны ниже.
Стандартные свойства СФЕРЫ суммированы ниже:
Эти свойства называются номинальными, поскольку они не точны. Масса может меняться в пределах до 0.2 кг при использовании топлива. На силу тяги одного двигателя влияет сколько двигателей было запущено одновременно, варьируясь в пределах 20% номинальной. Кроме того, любая попытка выровнять двигатели по оси спутника приводит к неточностям выравнивания (в пределах 2 градусов), поэтому не все силы приводят к желаемым направлениям. Топливо Каждому игроку дается виртуальное топливо на 60 секунд полного запаса работы двигателей. Она вычисляется как сумма работы отдельных двигателей в течение игры. Как только этот запас заканчивается, спутник перестает реагировать на команды управления. Он будет зажигать двигатели только, чтобы не покинуть зону взаимодействия или не столкнуться с другим спутником.
Любое действие, которое требует работы двигателей (вращение, ускорение), тратит топливо, вне зависимости от того, включил ли двигатели игрок или они включились, чтобы избежать столкновения или выхода за границу, или вследствие других штрафов.
Для получения количества оставшегося топлива можно вызвать функцию getFuelRemaining. Функция возвращает 1.00 для полного бака, затем дробное значение (например, 0.50 = половине бака) и так до 0.0. Если функция возвращает 0.0, то все команды пользователя игнорируются. Избегание столкновений Избегание столкновений в этой игре не работает, поскольку часть целей игры – подойти достаточно близко для захвата. Это означает, что при моделировании спутники могут проходить сквозь друг друга и моделирование не будет останавливать, хотя это должно быть реальное столкновение на МКС. Каждая команда, вышедшая в финал, должна стараться, чтобы их код не приводил к столкновениям (насколько это возможно). Размер кода Спутник Сфера может содержать ограниченное количество кода в памяти. Каждый проект имеет свой размер кода. При компилировании вашего проекта с оценкой размера кода (“Code Size Estimate”), компилятор будет давать процентное соотношение, которое использует код вашего проекта. Формальные правила чемпионата требуют, чтобы размер кода был 100% или меньше возможного. Шум Важно отметить, что симуляции СФЕРЫ приводят к шуму, аналогично тому, который возникает на спутниках на борту МКС. Шум означает две основные вещи:
● Спутники никогда точно не знают, где они находятся, они “оценивают” свое положение, отражая тот факт, что сенсоры не точны, поэтому если предположить, что спутник полностью покоится, его местоположение варьируется примерно на ±0.005 м независимо по каждой оси. ● Двигатели спутников не идентичны. Хотя все двигатели одинаково спроектированы, каждый двигатель имеет некоторые вариации по использованию топлива, полное варьирование работы зависит от количества используемых в операции двигателей. Это означает, что работа двигателей спутников может варьироваться обычно в пределах 10%, достигая в некоторых случаях 20%.
Это полностью учтено, как часть соревнований, и отражает неточности в аэрокосмических инженерных системах, которые имеют неидеальные динамические модели, сенсоры и приводы. Наиболее хорошие решения - это те, которые огрубляют эти вариации для широкого спектра различных начальных условий в игре. Различные игры Во время турнира будут две игры, дающие возможность попрактиковаться для финала на МКС: - Полная игра – используется для раундов отсева - Игра захвата – игра без мусора, с возможностью не использовать движение для встречи, без отсева, только для практики встречи, захвата и увода.
Поскольку фаза «мусора» напряженная и может использовать более сложные алгоритмы, и поскольку она не часть финала на МКС (поэтому в действительности не ограничивается «железом» СФЕР), размер кода для раундов с отсевом будет увеличен. Однако финалисты на МКС должны будут удержать свой код в пределах, которые поддерживаются существующим оборудованием.
API игры (TBR) В таблице ниже показаны функции, доступные для игры этого года. Для использования этих функций нужен синтаксис game.functionName(inputs), например: game.getDebris() Для общих функций Zero Robotics используйте синтакс api.functionName(inputs), например: api.setPositionTarget(posTarget) (если это не математические функции, которые можно вызвать без ссылки).
Ссылка на API функции ZR (C и MATLAB) доступна на: http: //static.zerorobotics.mit.edu/docs/tutorials/ZR_user_API_2017.pdf
Сводка ECO-SPHERES API
Таблица лидеров ECO-SPHERES Введение В этом году таблица лидеров была изменена, чтобы удовлетворить игре с одним игроком.
В таблице лидеров ранжирование вычисляется ежедневно с начала соревнований и до конца подачи кода. Результаты предыдущих дней не имеют влияния на ранжирование в этот день. В итоге в таблице лидеров в конце каждой фазы турнира будет вычисляться, какая команда прошла в следующий этап. Ежедневное ранжирование Каждый день в 21: 59: 59 UTC (за исключением времен окончания соревнований, когда время будет оговорено отдельно) ваши последние размещенные коды будут автоматически собираться и играть как голубые СФЕРЫ. Код каждого игрока сыграет всего 10 игр. Счет 10 игр усредняется для определения места. Результаты будут размещаться на сайте после окончания ранжирования. Пока проходят ежедневные соревнования таблица лидеров отображаться не будет и будет возвращаться сообщение: “Results will be posted once the daily leaderboard run is complete” (Результаты публикуются один раз в день после запуска соревнований). Множество игр нужно для уменьшения влияния случайных элементов игры. Данные обновляются ежедневно. Ранжирование с отсевом В последний день соревнований код каждой команды будет запускаться (10 + n) раз, пока места не перестанут изменяться или n=15 (каждая команда сыграет 25 игр), что произойдет первым. На каждой итерации для определения места будут усредняться 10 игр (только) с самыми высокими баллами. Советы Команда с самым высоким средним счетом занимает 1 место в таблице. Лучший способ увеличить свое место – самый логичный: работайте над вашим алгоритмом. Других безошибочных альтернатив нет. Также не бойтесь сначала загружать плохие игры. Результаты прошлых турниров показывают, то команды, которые делают много загрузок выступают лучше.
В конце концов, важно заметить, что данные по местам обновляются и каждый день команды начинают с чистого листа. Структура турнира Практика соревнований в 2D Все команды, правильно зарегистрировавшиеся, могут участвовать в турнире двумерного моделирования.
Замечание: Несколько международных команд из стран, не участвующих в МКС могут участвовать в 2D и 3D турнирах, но не будут продолжать работу в фазе альянса. Эти команды будут участвовать только по приглашениям. Соревнования в 3D Все команды США, России и Австралии, правильно зарегистрировавшиеся и отправившие код, который получил ненулевой счет в 2D турнире могут участвовать в турнире трехмерного моделирования. Однако только 25 команд с самым высоким счетом от каждого участника ЕКА будут продолжать трехмерную фазу.
После начала трехмерного турнира, начало игры будет обновлено с новыми задачами и соответствующие TBA величины будут анонсированы. Формирование альянсов 84 команды с самым высоким рейтингом в таблице лидеров на момент окончания трехмерной фазы турнира сформируют 28 альянсов из трех команд каждый. 28 альянсов будут работать совместно до окончания полуфиналов и, если не вылетят, финала. Команды с рейтингом ниже 84 будут приглашены для участия в виртуальных финалах. См. подробнее о виртуальных финалах см. раздел “Соревнования виртуальных финалов”.
Рейтинг команд будет определяться при закрытии Таблицы лидеров турнира 3D.
После анонсирования таблицы лидеров фазы 3D, у прошедших команд будет три дня для контактов друг с другом, чтобы обсудить предпочтения по формированию альянсов. Любая команда, которая не желает продолжать чемпионат имеет возможность передать свою позицию следующей по рейтингу команде.
Формирование альянсов состоится 3 ноября. Формирование альянсов или «день проектов» — онлайновое событие, во время которого команды будут следовать процессу выбора альянса, описанному ниже, чтобы пригласить другие команды в альянс и/или предложить их место в альянсе. По крайней мере, один представитель каждой команды должен принять участие в онлайновом «дне проектов», чтобы продолжить участие в фазе альянсов. Дополнительные детали об онлайновом «дне проектов» и детали участия в нем будут объявлены перед событием.
Вследствие множества команд, принимающих участие в альянсах, проект формирования альянсов будет разделен на две части, как показано на рисунке ниже. Все команды с нечетными номерами будут участвовать в Дне Проектов часть 1, и все команды с четными рейтингами будут участвовать в Дне Проектов часть 2. Каждая часть включает в себя 42 команды. Разделение команд по “дням проектов”
Соревнования в полуфинале 28 альянсов, созданных во время этапа формирования альянсов, будут участвовать в полуфинальном турнире.
После начала полуфинала, игра будет обновлена новыми задачами и соответствующие величины будут анонсированы. Новые задачи предполагаются достаточно сложными, чтобы в них участвовали все команды альянса. Финал на МКС Первые 14 альянсов в соответствии с таблицей лидеров в конце полуфинала будут участвовать в финале на МКС. Альянсы с рейтингом ниже 14 будут приглашены для участия в виртуальных финалах. См. раздел “Виртуальные финалы” для подробностей.
Финалы на МКС будут проходить на борту МКС с прямой видеопередачей в МТИ. Все команды приглашаются для живой трансляции в МТИ (США) и ESA (ЕС) и университет Сиднея (Австралия). Обзор и цели Запуск живых соревнований с роботами в космосе представляет множество реальных задач, которые могут влиять на правила соревнований. Среди многих предметов спутники используют блоки батарей и емкости с CO_2, которые могут закончиться в середине матча, и соревнование должно закончиться в соответствующее время. Этот раздел дает несколько указаний для команд, желающих участвовать в соревновании. Помните, что как в любом соревновании, может потребоваться дополнительное время для судейского решения. Пожалуйста, уважайте эти решения и рассматривайте их как окончательные.
Кроме того, финальное соревнование — это демонстрация возможности для всех напряженно работающих команд сделать что-то на МКС. Высокая очередность персонала ZR дает уверенность, что каждый альянс имеет шанс запустить свой код на МКС. Также следует ожидать, что в соревнованиях будет несколько периодов «потери сигнала» Loss of Signal (LOS), когда прямая трансляция будет недоступна. Мы попытаемся, чтобы все команды могли видеть матчи их игроков, но окончание соревнований будет иметь преимущество.
Суммируя, временные преимущества будут идти следующим образом: 1. Запуск всех кодов на борту МКС, по крайней мере, один раз. 2. Окончание турнира 3. Запуск всех кодов во время живой видеотрансляции
Мы надеемся закончить чемпионат, используя только результаты матчей, запущенных на борту МКС, но могут возникнуть ситуации, которые заставят нас принять другие меры измерения, такие как смоделированные матчи. Формат состязаний Код первых 14 альянсов из полуфиналов и 2 команд из виртуальных финалов будет запускаться на МКС на настоящих СФЕРАХ и демонстрировать захват.
На МКС пройдет три раунда:
Определение: успешный матч ● Оба спутника двигались правильно к начальным положениям ● Оба спутника нормально двигались во время теста ● Оба спутника дали правильный счет ● Ни один из них не потратил полностью CO2 в емкостях во время тестового запуска
Неуспешные игры будут, по возможности, запущены еще раз. Правила сезона Правила чемпионата Все участники Zero Robotics High School Tournament 2018 должны соблюдать следующие турнирные правила: ● Команда Zero Robotics (MIT / Aurora/ ILC) может использовать/воспроизводить/публиковать любой поданный код. ● В случае противоречия между целью игры и поведением игры МТИ может уточнить правила или изменить руководство или код, чтобы соблюсти намерение игры. ● Ожидается, что команды будут сообщать все ошибки, как только их обнаружат. ● Ошибка определяется как противоречие между целью и поведением игры. ○ Цель игры аннулирует все ошибки игры, вплоть до замораживания кода. ○ Команды должны сообщать об ошибках через инструменты онлайновой поддержки. У ZR есть право сообщать о любых ошибках на публичных форумах (если необходимо, ZR будет работать с подающей код командой, чтобы быть уверенной, что никакая командная стратегия не выявляется). ● Код и руководство замораживаются за 3 дня до дедлайна подачи кода. ● Во время периода заморозки код будет иметь преимущество перед всеми другими материалами, включая руководство и цель. ● Не будет никаких фиксирований ошибок во время периода заморозки кода. Все ошибки должны фиксироваться до замораживания кода или после соревнований. ● Дополнения к целям игры и анонсирование новых значений в руководстве может основываться на уроках, полученных из предыдущих частей турнира. Этика игры ● Команда ZR будет усердно работать над любыми неэтичными ситуациями, отдельно для каждого случая. ● Командам строго рекомендуется сообщать об ошибках, как только они найдены, намеренное злоупотребление несообщенной ошибкой может рассматриваться как неэтичное поведение. ● Команды не должны манипулировать методами расчета баллов, чтобы изменить рейтинг. ● Команды не должны пытаться получить доступ к ограниченной информации ZR. ● Мы поощряем использование общедоступных форумов и разрешаем использование частных методов общения. ● Вульгарная или обсценная лексика, харрасмент к другим пользователям и намеренные приставания запрещены на сайте ZR. ● Код для соревнований должен быть написан только студентами. ● Игроки не могут иметь доступ к реализованным примерам игры или изменять любые переменные объекта. В частности, API и цели игры не должны дублироваться или изменяться в любом варианте. ● Запрос на симуляцию может быть сделан только вручную через интерфейс вебсайта. Запросы на симуляцию от API запрещены (даже если возможны). История правок
[1] Если мишень движется в каком-то направлении, то остановки вращения во время встречи НЕ будет, поскольку функция для этого будет отсутствовать и команды должны будут захватить движущуюся мишень. Эко-СФЕРЫ ( ECO - SPHERES ) |
Последнее изменение этой страницы: 2019-06-18; Просмотров: 181; Нарушение авторского права страницы
n)( 
n< 
Tn – время, прошедшее с начала фазы и 
[ 