Introdução à Engenharia de Computadores e Telemática 2012-13 Planeamento de uma prova no concurso Robô Bombeiro Data de entrega: 11/Jan/2013 V 1.0 1 Introdução Com este trabalho pretende-se fazer um estudo preparatório do uso do robô usado na Unidade Curricular no concurso Robô Bombeiro. Neste estudo não estão envolvidas experiências práticas, apenas um estudo teórico preliminar às mesmas. 2 Concurso Robô Bombeiro Este concurso realiza-se anualmente desde 2003. É organizado pelo Instituto Politécnico da Guarda e realiza-se sempre na Guarda, normalmente em Julho. 2.1 Objetivo e classificação O objetivo de cada robô participante é o descobrir uma vela num labirinto e apagá-la (mas não de qualquer modo!). O local de partida do robô no labirinto pode ser fixo ou variável, o local da vela é variável dentro de certos limites. A classificação final é calculada tendo em conta o tempo gasto a encontrar e apagar a vela e um conjunto variável de bónus e penalidades. Os bónus são fatores que reduzem percentualmente o tempo total e que normalmente estão associados a graus de dificuldade escolhidos pelo dono do robô (partida em local aleatório, por exemplo) ou relativos à prova que efetivamente o robô realizou (vela descoberta apenas no último quarto visitado, por exemplo). As penalidades são o resultado de violações das regras. Algumas penalidades graves podem levar à desclassificação do robô (provocar a queda de vela, por exemplo), outras apenas a um acréscimo ao tempo de prova (tocar numa parede, por exemplo). 1
2.2 Robô A participação no concurso deverá estar enquadrada numa das seguintes divisões: (i) padrão, (ii) sénior e (iii) robôs com pernas. A primeira está reservada para alunos pré-universitários; a última está reservada para robôs que não usem rodas como meio de locomoção. Portanto, o estudo realizado pelos alunos deverá considerar uma participação na segunda: sénior. À partida não existem grandes limitações ao desenho de um robô, desde que o mesmo não seja comandado do exterior (tem de ser totalmente autónomo) e consiga evoluir nos corredores e quartos do labirinto. No caso deste trabalho, os alunos deverão considerar que usam o robô DETI PIC que exploraram ao longo do semestre, acrescido apenas de um equipamento de extinção da vela (ver 2.4). Por um lado, isto é uma simplificação do problema, porque não precisam de conceber o robô para a prova. Por outro lado, isto representa uma limitação, porque não podem construir o robô mais apropriado para a prova em causa. No entanto, os alunos que o desejarem podem melhorar o seu estudo equacionando o uso de equipamentos adicionais de deteção da vela: (i) detetores de infravermelhos, (ii) detetores de ultravioletas ou (iii) outros detetores. Nesse estudo deverá ser referido o tipo de equipamento que usariam, sendo relevante, nessa escolha, aspetos como a direcionalidade da deteção (unidirecionalidade vs. ominidirecionalidade) e a existência de interferências no processo de deteção causadas pelo ambiente da prova (luz, calor, etc.). Para este estudo está fora de causa a introdução de modificações na estrutura base do robô DET PIC, por exemplo, alteração do tipo de motores, alteração da posição dos sensores de linha e de distância, alteração do tipo de deteção realizada pelo detetor de linha (cor vs. escuro/claro), etc. Também não devem ser considerados acrescentos de detetores do tipo dos já existentes no robô (cor/tonalidade e distância). 2.3 Labirinto O labirinto é um espaço quadrado formado por 4 quartos e corredores com uma topologia fixa e bem conhecida (ver Figura 1). Cada quarto possui apenas uma porta e duas delas, podem, opcionalmente, existir em dois locais distintos. O chão do labirinto é fundamentalmente preto, mas podem existir algumas áreas de cor vermelha, azul ou verde (não fixas). As entradas de cada quarto (portas) estão sinalizadas por uma linha branca. A área de partida padrão é uma área circular de cor branca situada num ângulo de um corredor. Os robôs são colocados nesta área pelo seu dono, com a orientação que desejarem; o início da prova dá-se quando um dos juízes carrega no botão verde do robô (que tem obrigatoriamente de existir). O labirinto possui paredes cuja altura não pode ser excedida por parte 2
Figura 1: Diagrama base do labirinto. A área padrão de partida dos robôs é o círculo marcado com um H. As áreas sombreadas são meros exemplos de zonas onde o chão pode não ser preto. As linhas brancas nas entradas dos 4 quartos não estão assinaladas (estão por baixo das legendas que indicam que as portas possuem uma largura de 46 cm). Ao contrário do que o diagrama sugere, o fundo tem normalmente a cor preta. alguma dos robôs, para impedir que os mesmos possam descobrir a vela observando por cima das paredes. O chão do labirinto é normalmente plano, podendo no entanto haver algumas descontinuidades criadas pela presença das áreas coloridas (normalmente são realizadas com pedaços de alcatifa sobrepostos a uma tela escura global). Existe a possibilidade de optar por bónus relativos à existência de elementos que diminuem o caráter plano do labirinto: (i) escadas e (ii) lombas. As escadas só podem existir num local; as lombas podem surgir em qualquer local num corredor. O labirinto não possui obstáculos, no entanto pode-se optar por bónus relativos à existência de objetos colocados aleatoriamente no labirinto. 2.4 Vela A vela está obrigatoriamente num quarto. Por omissão, a vela está colocada junto a uma parede e encontra-se sinalizada por uma círculo branco (a vela está no seu centro). Existe a possibilidade de optar por bónus relativos à inexistência de sinalização da presença da vela com esse círculo; nesse caso, a vela poderá estar em qualquer local dentro de um quarto. A vela, após ser encontrada (o que tem de ser sinalizado aos juízes), 3
deve ser apagada sem a destruir ou fazer tombar. Pode ser usado qualquer método de extinção (ar, água, etc.), desde que não torne o labirinto inviável para outras provas. A extinção por ar é a mais simples e comum, sendo por isso considerada a forma normal de o fazer. Outros métodos alternativos, considerados mais complexos, são bonificados. Neste estudo os alunos deverão considerar apenas a extinção por ar, a menos que considerem que outros meios têm impacto no resultado final do seu estudo. 3 Trabalho a realizar O trabalho a realizar deverá ser um estudo preliminar de preparação de uma participação no concurso com o robô DETI PIC. Para isso, os alunos deverão realizar as seguintes tarefas: Ler o regulamento do concurso (disponível em http://robobombeiro. ipg.pt/rb/pt/rules_rb_2012.pdf). Sumariar as opções existentes e indicar as que são possíveis de explorar com o robô DETI PIC. Discutir as vantagens e desvantagens da escolha de cada uma das opções possíveis. Fazer um escolha justificada de opções possíveis. Idealizar o percurso do robô ao longo do labirinto tendo em conta as opções escolhidas. Nesta parte é importante imaginar o que pode não funcionar de acordo com o esperado, de modo a poder compensar essa ocorrência. Por exemplo, depois de encontrar a vela, se após algum tempo de trabalho do mecanismo de extinção a vela continuar acesa, o que fazer para corrigir uma eventual falha na eficácia do mecanismo de extinção? Conceber o diagrama de estados adequado às opções escolhidas. Cada estado deverá corresponder a um comportamento do robô (por exemplo, subir escada). A transição entre estados deverá ser legendada com a(s) circunstância(s) que a causam. Tanto quanto possível, o diagrama de estados e transições deverá conter um conjunto de variáveis cujo valor esteja ligado às transições entre estados (por exemplo, se o robô julga estar num corredor ou num quarto), o que facilita a compreensão do diagrama e a sua transposição para o programa final. Programar, usando o DETInchanting, blocos de instruções para cada estado (e blocos acessórios úteis para vários estados). 4
O trabalho deverá ser realizado por grupos de dois alunos. Podem ser formados grupos diferentes dos que se formaram nas aulas práticas. Do trabalho deverá resultar um relatório, que terá de ser obrigatoriamente escrito em L A TEX. Os documentos fonte desse relatório, bem como o PDF resultante do seu processamento, deverão ser guardados num arquivo comprimido (ZIP, por exemplo) e submetido via moodle até às 24 horas do dia limite, indicado no cabeçalho deste enunciado. 3.1 Avaliação A avaliação do relatório incidirá sobre a estrutura do próprio relatório, tendo em linha de conta as linhas orientadoras indicadas no documento disponibilizado sobre a elaboração de relatórios, e a qualidade e profundidade intrínsecas do estudo realizado. Caso se considere necessário, alguns grupos ou alunos isolados poderão ser convocados para uma discussão com elementos do corpo docente para esclarecer situações que evidenciem comportamentos não apropriados, como cópia. Os alunos com uma nota superior a um determinado limiar (que será definido no momento de publicação dos resultados) terão de realizar uma avaliação suplementar para manter essa nota. Essa avaliação consistirá numa apresentação oral do seu trabalho através de diapositivos. 5