XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Робототехнический хоккей. Игрок «Нападающий»

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Кривощеков М.П. 1Софин А.Е. 1Гонтов Д.М. 1

---

1Школа интеллектуального развития Мистер Брейни

Филинова А.В. 1

---

1Школа интеллектуального развития Мистер Брейни

Работа в формате PDF

883.3 KB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

В современном мире технологии и инновации становятся всё более важными аспектами нашей жизни. Одной из областей, где эти технологии находят своё применение, является робототехника. Робототехнический хоккей — это новое направление в области робототехники, которое позволяет создавать модели игроков для реализации игры в хоккей.

Целью данной исследовательской работы является создание модели игрока в виде нападающего для реализации игры робототехнического хоккея. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить правила игры в хоккей, чтобы понять основные принципы и особенности этого вида спорта.

2. Изучить, как выглядит хоккейная площадка и рассмотреть позиции игроков на ней, чтобы определить место и роль нападающего в игре.

3. Создать модель нападающего на базе конструктора Lego Mindstorms, используя доступные материалы и компоненты.

4. Создать пульт для управления нападающим, который позволит игроку контролировать движения и действия модели.

5. Запрограммировать нападающего и пульт в ПО Lego Mindstorms, чтобы обеспечить взаимодействие между моделью и пультом.

6. Соединить модули по Bluetooth для обеспечения связи между нападающим и пультом управления.

7. Провести игру со вторым игроком — вратарём, чтобы оценить работоспособность и эффективность созданной модели.

Данная работа представляет собой исследование, направленное на создание модели нападающего, которая будет использоваться для игры в робототехнический хоккей. В ходе исследования будут изучены правила игры, рассмотрены позиции игроков, создана модель и пульт управления, а также проведено тестирование модели в реальных условиях игры. Результаты исследования могут быть полезны для дальнейшего развития робототехнического хоккея и создания более сложных моделей игроков.

Глава 1. Правила игры в хоккей

Цель игры — забросить большее количество шайб в ворота соперника. (Рисунок 1.1, Приложения)

Структура и продолжительность матча

Хоккейный матч состоит из трех периодов по 20 минут каждый. В игре учитывается чистое время, то есть при любой остановке секундомер ставится на паузу. Отсчет времени возобновляется после того, как судья производит вбрасывание шайбы.

Если по итогам трех периодов зафиксирована ничья, назначается овертайм. Формат овертаймов зависит от турнира: он может длиться и пять минут, и двадцать. В случае ничьей и по итогам овертайма, опять же в зависимости от соревнований, может быть назначен еще один (и так далее до тех пор, пока не будет определен победитель), либо объявляется серия буллитов — штрафных бросков, аналог послематчевой серии пенальти в футболе

Игровые ситуации

Любой матч начинается со вбрасывания, которое производит рефери. Также оно осуществляется в начале каждого периода и для возобновления игры после остановок. Кроме арбитра в процессе участвуют два хоккеиста, по одному с каждой стороны. Их задача — выиграть вбрасывание и перевести шайбу партнерам по команде.

Если хоккеист запустил шайбу со своей половины на противоположную так, что та долетела до лицевой линии, не коснувшись ни одного игрока, фиксируется проброс. Игра останавливается, после чего шайба вводится в игру в зоне команды, хоккеист которой допустил это нарушение.

Как и в футболе, в хоккее есть положение вне игры — офсайд. Оно фиксируется в том случае, если оба конька игрока атакующей команды оказываются за синей линией зоны соперника раньше, чем шайба.

Судьи в хоккее

Матч обслуживает целая бригада арбитров. На площадке работают двое главных и двое линейных рефери. На небольших турнирах допускается обслуживание матча тремя судьями: одним главным и двумя лайнсменами.

Помимо арбитров в поле, есть еще судейская коллегия. В нее входят судьи за воротами, видеоассистент, хронометрист, секретарь, судьи-информаторы, судьи-регистраторы, судьи при оштрафованных игроках и инспектор матча. Опять же на локальном уровне этот состав может быть усечен в зависимости от возможностей организаторов. [1]

Основные правила:

1)Матч состоит из трёх периодов по 20 минут чистого времени. 2)Между периодами команды уходят на 15-минутный перерыв и меняются воротами.

3)Период начинается с вбрасывания шайбы на поле.

4)Об окончании периода свидетельствует свисток главного судьи.

5)Если по истечении основного времени счёт будет равным, игра переходит в овертайм.

6) Длительность овертайма составляет 5 минут, команды играют в формате три на три.

7)В матче участвуют команды из 20–25 игроков.

8)На площадке находятся по 6 хоккеистов от каждой команды — пять полевых игроков и один вратарь.

9)Замена игроков может проводиться в перерыве либо прямо по ходу матча.

10)Разрешено проводить замену вратаря на дополнительного полевого игрока.

11)Если шайба попадает в зону защиты одной из команд и в этой зоне находится игрок противоположной команды, судья фиксирует офсайд — положение вне игры. [2]

Глава2. Хоккейная площадка

Хоккейная площадка —поверхность белого льда, ограниченная бортами, являющаяся местом проведения матчей по хоккею с шайбой. (Рисунок 2.1, Приложения)

Максимальный размер площадки 61 х 37 метров, минимальный допустимый — 56 х 26 метров.

Углы площадки должны быть скруглены дугой окружности радиусом от 7 м до 8,5 м.

Ширина ворот — 1,83 метра, высота — 1,22 метра (6х4 фута). Поверхность льда должна быть гладкой и позволять шайбе скользить без затруднений, а также основание под ним должно быть выкрашено в светло-серый цвет.

Высота бортов, окаймляющих площадку по периметру, над уровнем льда составляет 117—122 сантиметров.

На поверхности площадки нанесены 5 линий. 2 из них называются линиями ворот, их ширина 5 сантиметров, цвет — красный. 2 линии синего цвета шириной 30 сантиметров, делят пространство между линиями ворот на 3 равные зоны (зону защиты, нейтральную зону и зону атаки). По центру площадки проведена центральная линия (цвет линии не принципиален). Помимо линий на поверхности также отмечены места для вброса шайбы, вратарские зоны и зона судей. В последнее время на поверхность площадки разрешено наносить логотипы спонсоров команд, либо иную рекламу ограниченного размера.

Если хоккейная площадка находится в крытом помещении, для поддержания оптимальных характеристик ледяного покрытия на протяжении всего хоккейного матча, в перерывах между периодами игры, верхний слой ледовой площадки обновляется специальными замораживающими лёдоукладочными машинами.[3]

Глава 3. Состав команды. Позиции игроков на хоккейной площадке

Состав команды относится к общему сочетанию характеристик людей в команде, которая представляет собой подразделение из двух или более человек, которые взаимозависимо взаимодействуют для достижения общей цели. Он основан на качествах отдельных людей, составляющих команду, в дополнение к их основной цели.

Состав команды обычно либо однородный, в котором все члены одинаковы, либо разнородный, в котором все члены команды имеют существенные различия. Это также было определено как ключевой фактор, влияющий на производительность команды Он. учитывает индивидуальные качества членов команды (например, навыки, опыт и способности) и то, как эти вклады потенциально могут в совокупности определять общие результаты работы команды. 

Предпочтительный размер команды оказывает значительное влияние на командный вид спорта. Размер команды определяется первоначальной целью команды, индивидуальными ожиданиями от членов команды, ролями, которые члены команды должны играть, степенью сплоченности и взаимосвязанности, оптимальными для работы команды, а также функциями, видами деятельности и общими целями команды.

На матч обычно заявляют 17—22 игроков от одной команды. Минимальное и максимальное количество игроков определяется регламентом турнира. Одновременно на поле со стороны одной команды должны находиться шесть игроков: пять полевых и один вратарь. Допускается замена вратаря на шестого полевого игрока. Смены игроков возможны как в паузах во время остановки времени игры, так и непосредственно в ходе игры. [4]

Хоккейная площадка разделена на три зоны: зона защиты, нейтральная зона и зона нападения. В каждой зоне есть свои позиции для игроков. (Рисунок 3.1, Приложения)

В зоне защиты находятся следующие игроки:

• Вратарь (Goalkeeper) — основной игрок команды, который защищает ворота от бросков соперника. Вратарь может играть только в зоне защиты.

• Защитник (Defender) — игрок, который помогает вратарю защищать ворота и не даёт сопернику забить гол. Защитники могут играть как в зоне защиты, так и в нейтральной зоне.

В нейтральной зоне играют следующие игроки:

• Центральный нападающий (Centre) — игрок, который играет в центре площадки и отвечает за организацию атак своей команды. Центральные нападающие могут перемещаться по всей площадке.

• Крайний нападающий (Winger) — игрок, который играет на флангах и помогает центральным нападающим в атаке. Крайние нападающие также могут перемещаться по всей площадке.

В зоне нападения находится только один игрок — нападающий (Forward), который пытается забить гол в ворота соперника. Нападающие могут играть только в зоне нападения. [5]

Это основные позиции игроков на хоккейной площадке. Однако в зависимости от тактики игры и состава команды игроки могут менять свои позиции и выполнять различные функции на льду.

Глава 4. Практическая часть на базе конструктора и ПО LegoMindstorms

4.1. Создание игрока нападающего

Мы создали игрока на базе конструктора Lego Mindstorms. (Рисунок 4.1.1, Приложения)

При создании робота использовались:2 больших мотора для перемещения робота, средний мотор для управления понижающей зубчатой передачей и 2 опорных колёсика для обеспечения свободного перемещения в любом направлении.

Перемещение робота осуществляется с помощью колёс, приводимых в движение двумя большими моторами. (Рисунок 4.1.2, Приложения)

Средний мотор отвечает за движение понижающей зубчатой передачи, которая приводит в действие рычаг, натягивающий клюшку на резинку.  (Рисунок 4.1.3, Приложения) Клюшка бьёт по шайбе, при соприкосновении с ней. (Рисунок 4.1.4, Приложения)

Корпус робота состоит из двух больших моторов и балок, скреплённых между собой. Блок EV3 закреплён на двух больших моторах и среднем моторе с помощью балок и штифтов. Также у блока спереди есть усики, сделанные из изогнутых балок, они помогают толкать шайбу. (Рисунок 4.1.5, Приложения)

Все моторы подключены к блоку с помощью трёх кабелей. Левый мотор подключен к разъёму D, правый — к C, а средний — к разъёму А.

4.2. Создание пульта для дистанционного управления нападающим

Мы создали пульт для управления нападающим на базе конструктора Lego Mindstorms. (Рисунок 4.2.1, Приложения)

При создании пульта использовались: 3 датчика касания и один средний мотор для управления нападающим.

Управление нападающим осуществляется с помощью колеса и трех датчиков касания. Для изменения направления движения необходимо повернуть колесо в нужную сторону. Оно использует зубчатую передачу. (Рисунок 4.2.2, Приложения) Чтобы двигаться вперёд или назад, нужно нажать на один из датчиков касания. Для выполнения удара по шайбе следует нажать на датчик касания с белой накладкой. (Рисунок 4.2.3, Приложения)

Все моторы и датчики подключены к блоку с помощью четырех кабелей.  Средний мотор подключен к разъёму D, верхний датчик касания — ко второму, левый нижний датчик касания — к первому, а правый нижний – к разъему под цифрой четыре.

4.3. Создание программы в ПО Lego Minstorms

Мы создали программу для управления нападающим в ПО Lego Mindstorms.

Для нападающего было создано две программы, одна программа для пульта, другая для нападающего.

Программа для пульта состоит из трех подпрограмм:

1. Задает направление движению – вперед или назад.

2. Отвечает за повороты

3. Приводит в движение клюшку

Первая подпрограмма, отвечающая за направление, имеет многоуровневую систему, включает в себя три переключателя. Внешний переключатель считывает состояние первого датчика, внутренние переключатели отвечают за состояние второго датчика. Посылаются сообщения с заголовком DK с числовыми данными, исходя из следующих условий:

• Если оба датчика нажато, то воспроизводится верхнее окно, в котором отправляется письмо со значением 0.

• Если первый датчик нажат, а второй нет, то воспроизводится второе окно, отправляется значение -70.

• Если второй датчик нажат, а первый нет, то воспроизводится третье окно, отправляется значение 70.

• Если ни один датчик не нажат, то воспроизводится нижнее окно, где отправляется значение 0.

Вторая подпрограмма, отвечает за повороты нападающего. Значение с среднего мотора в виде градусов, отправляется письмом с заголовком 

«SM» на второй блок Ev3, в виде числового сообщения.

Третья подпрограмма, отвечает за передачу сигнала на клюшку. При нажатии на датчик касания, отправляется письмо DKM с логическим значением «истина», При состоянии «отпущено» у датчика касания, отправляется письмо с логическим значением «ложь». (Рисунок 4.3.1, Приложения)

Программа для нападающего состоит из двух подпрограмм:

Первая подпрограмма получает письмо DK и отправляет его в параметр «Мощности» в блок рулевого управления, таким образом датчики касания, отвечают за движение вперед-назад. Письмо SM получает числовое значение и по шине данных передаем его в параметр «Направление» в том же блоке рулевого управления.

Вторая подпрограмма получает письмо DKM и передает логическое значение в переключатель, если значение «Истинно», то срабатывает средний мотор на 4 секунды. ». (Рисунок 4.3.2, Приложения)

Заключение

В ходе выполнения исследовательской работы были решены все поставленные задачи. В результате была создана модель нападающего для игры в робототехнический хоккей, а также разработан пульт управления и проведено тестирование модели в реальных условиях игры.

Были изучены правила игры в хоккей, что позволило понять основные принципы и особенности этого вида спорта. Также было рассмотрено расположение игроков на хоккейной площадке и определена роль нападающего в игре. Это помогло создать модель, которая соответствует реальным условиям игры и может эффективно выполнять свои функции.

Модель нападающего была успешно создана на базе конструктора Lego Mindstorms. Она обладает необходимыми характеристиками для выполнения своих функций в игре и может быть легко модифицирована для улучшения её производительности.

Пульт управления был разработан с учётом требований к удобству использования и эффективности управления моделью. Он позволяет игроку легко контролировать движения и действия нападающего, обеспечивая тем самым точность и эффективность его действий на поле.

Программирование нападающего и пульта в ПО Lego Mindstorms обеспечило их взаимодействие и возможность совместной работы. Соединение модулей по Bluetooth позволило обеспечить надёжную связь между нападающим и пультом управления.

Тестирование модели в реальных условиях показало её работоспособность и эффективность. Нападающий успешно выполнял свои функции на поле, взаимодействуя с другими игроками и демонстрируя свою способность к атаке ворот соперника.

Результаты исследования могут быть полезны для дальнейшего развития робототехнического хоккея и создания более сложных моделей игроков. Они также могут быть использованы для разработки новых методов и подходов к созданию роботов-игроков, которые будут способны демонстрировать более высокий уровень мастерства и точности в игре.

Список используемых источников

1. https://www.sportmaster.ru/media/articles/pravila-hokkeya-s-shajboj/

2. https://stavkiprognozy.ru/school/khokkey_ofitsialnye_pravila_igry.html

3. https://ru.wikipedia.org/wiki/Хоккейная_площадка

4. https://en.wikipedia.org/wiki/Team_composition

5. https://en.wikipedia.org/wiki/Centre_(ice_hockey)

Приложения