بوتبول

📅 آخر تحديث: ٢١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢١ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 10 صور
الموسوعة الحرة
يتدرب المشاركون في بطولة بوتبول 2011 على طاولة اللعب الرسمية قبل جولتهم التنافسية.

بوت بول هو برنامج تعليمي في مجال الروبوتات، يركز على إشراك طلاب المرحلتين الإعدادية والثانوية في مسابقات روبوتات جماعية. يشارك آلاف الأطفال والشباب في برنامج بوت بول، الذي انطلق عام ١٩٩٨، ويتميز بمنهج روبوتات يركز على تصميم وبناء وبرمجة زوج من الروبوتات ذاتية التشغيل. تستخدم الفرق مجموعة أدوات موحدة، وتوثق عملية البناء، ثم تتنافس في بطولة تتغير تحدياتها سنويًا. جميع المواد في مجموعات الأدوات متطابقة تمامًا لجميع الفرق حول العالم، مما يضمن عدم وجود أي ميزة غير عادلة. تتمركز معظم فرق بوت بول في الولايات المتحدة، حيث تضم أكثر من ٣٠٠ فريق، وتقام بطولات محلية في أكثر من اثنتي عشرة منطقة. في السنوات الأخيرة، يعقد البرنامج أيضًا مؤتمرًا عالميًا سنويًا للروبوتات التعليمية (GCER)، مع بطولة دولية تجذب فرقًا من جميع أنحاء الولايات المتحدة، بالإضافة إلى فرق من المكسيك والنمسا والصين وأوغندا وبولندا وقطر والكويت ومصر وغيرها الكثير. [ ١ ]

ملخص

شعار بوت بول هو أن "أطفال بوت بول اليوم هم علماء ومهندسو الغد". [ 2 ] يُدار البرنامج من قِبل معهد كيس للروبوتات العملية (KISS) غير الربحي (وهو اختصار هندسي لعبارة Keep It Simple Stupid)، وتتمثل رؤيته في استخدام الروبوتات "لتحفيز الطلاب وإشراكهم في استكشاف إمكاناتهم في الهندسة والعلوم والرياضيات". [ 3 ] يهدف بوت بول ومعهد كيس إلى تثقيف القوى العاملة المستقبلية وإشراك الطلاب في العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات. ويتشارك مشروع تحالف الروبوتات التابع لناسا (RAP) هذا الهدف، حيث يتعاون مع بوت بول وبرامج تعليمية أخرى في مجال الروبوتات. وتتمثل مهمة مشروع تحالف الروبوتات التابع لناسا في "تمكين تنفيذ مهمات استكشاف الفضاء الروبوتية المستقبلية". وتدعم ناسا بوت بول من خلال توفير مرشدين تقنيين وموارد أخرى. [ 4 ] كما يقدم دورة تدريبية مجانية عبر الإنترنت في برمجة الروبوتات بلغة C، تتضمن وحدة تحكم استُخدمت في لعبة بوت بول. [ 5 ] ترى ناسا في بوت بول فرصة للتواصل مع كوادرها المستقبلية وتزويدهم بخبرة عملية ومهارات ضرورية لعلماء ناسا المستقبليين المحتملين. [ 6 ]

تشتهر بوت بول بتطورها وتعقيد مسابقاتها الروبوتية. ما يميز بوت بول عن برامج الروبوتات الطلابية الأخرى هو أن الروبوتات تعمل بشكل مستقل، أي أنها لا تُدار عن بُعد. يستخدم الطلاب علوم الحاسوب لبرمجة الروبوتات للتعرف على التحديات ثم محاولة تحقيق أهداف المسابقة. تحتوي الروبوتات على أنواع متعددة من أجهزة الاستشعار ، بالإضافة إلى كاميرتين رقميتين لأنظمة الرؤية الحاسوبية الخاصة بها. [ 7 ] سلطت مجلة الروبوت الضوء في مقال لها على أسلوب اللعب والأنظمة، قائلةً: "تقدم اللعبة كل عام تحديات مختلفة بمستويات صعوبة متفاوتة، مما يتيح للمشاركين التركيز على أهداف أصعب، أو إيجاد حلول أبسط، بناءً على قدراتهم  ... تستخدم لعبة بوت بول وحدة التحكم CBC2، وهي وحدة تحكم روبوتية قوية تتكامل بسهولة مع عدد كبير من أجهزة الاستشعار والمؤثرات، وتتميز بمعالج مركزي/بصري قائم على معمارية ARM 9 يعمل بنظام لينكس، ونظام تحكم في المحركات/اكتساب البيانات قائم على معمارية ARM 7، وشاشات عرض ولمس مدمجة سهلة الاستخدام. تستخدم وحدة التحكم CBC2 بيئة التطوير المتكاملة KISS-C ومكتباتها، المصممة خصيصًا لتكون سهلة الاستخدام للمستخدمين ذوي الخبرات البرمجية المختلفة. تم تطوير كل من CBC2 وKISS-C بواسطة معهد KISS، ويتم استخدامهما في برامج البحث الجامعية، بالإضافة إلى برنامج بوت بول." [ 8 ]

تتمحور مسابقات بوت بول حول استخدام روبوتات ذاتية التشغيل لإنجاز سلسلة من المهام (مثل جمع الأشياء ونقلها إلى موقع آخر، أو تمييز ألوان معينة للأشياء وفرزها) خلال دقيقتين. تُزوّد ​​أجهزة الاستشعار والكاميرات الرقمية الروبوتات بالبيانات اللازمة لتحديد الأشياء. قبل بدء المسابقة وبين جولاتها، يقوم المشاركون ببرمجة الروبوتات باستخدام بيئة تطوير متكاملة (KISS-C هي أحدث إصدار). كما يجب على المتنافسين في بوت بول توثيق تقدمهم وأهدافهم إلكترونيًا لحصد النقاط.

بدأت مسابقة مماثلة للبالغين، تسمى KIPR Open (المعروفة سابقًا باسم Beyond Botball)، في عام 2001. [ 9 ]

تاريخ

معهد كيس للروبوتات العملية هو منظمة تعليمية وبحثية غير ربحية (501(c)(3))، تأسست في ولاية فرجينيا عام 1994. ويقع مقرها الرئيسي حاليًا في نورمان، أوكلاهوما. شارك في تأسيس معهد كيس كل من السيدة كاثرين شتاين، والدكتور ديفيد ميلر، والدكتور مارك سلاك، بهدف إنشاء مركز لبرامج تعليمية في مجال التكنولوجيا والعلوم قائمة على الروبوتات، واستخدام تكنولوجيا الروبوتات لخدمة الصالح العام بشكل أفضل. تقاعدت السيدة شتاين مؤخرًا من منصب المديرة التنفيذية، وخلفها الدكتور ستيف جودجيم، وهو مربٍّ خبير أصبح الرئيس التنفيذي دون منافسة. يشغل الدكتور ميلر منصب كبير مسؤولي التكنولوجيا، بالإضافة إلى كونه أستاذ ويلكنسون لهندسة الطيران والهندسة الميكانيكية في جامعة أوكلاهوما. عمل الدكتور ميلر سابقًا في مختبر الدفع النفاث (JPL)، حيث قدم إسهامات كبيرة في مشروع مركبة المريخ الجوالة التابع لوكالة ناسا.

بدأ مشروع بوت بول لأول مرة في عام 1997 من قبل معهد كيس للروبوتات العملية (KIPR). [ 10 ]

المكونات التقنية

في بداية كل موسم من مواسم لعبة بوت بول، يتلقى كل فريق مجموعة من المكونات تحتوي على مواد كافية لبناء روبوتين مستقلين تمامًا.

المكونات الميكانيكية المستخدمة في لعبة بوت بول هي مكعبات ليغو تكنيك . أما المكونات الكهربائية فتتضمن مجموعة متنوعة من وحدات التحكم في الروبوتات، حيث تحتوي مجموعة كل فريق على اثنتين منها (مما يُمكّنهم من بناء روبوتين مستقلين تمامًا من كل مجموعة)، بالإضافة إلى عدد من أجهزة الاستشعار والمحركات المختلفة.

أجهزة التحكم في الروبوتات المستخدمة في لعبة بوت بول

  • حيوان الومبات من نوع KIPR

مستخدم سابقًا:

  • لوحة يدوية ، مع لوحة التوسعة وبدونها
  • ليغو RCX ، الإصدار 1 والإصدار 2
  • XBC  – الإصدار 1، الإصدار 2، والإصدار 3
  • سي بي سي  - الإصدار 1 والإصدار 2
  • رابط KIPR
  • حيوان الكنغر الصغير (KIPR Wallaby)
  • جهاز iRobot Create ، مع وحدة XBC أو CBC متصلة به.

أجهزة الاستشعار والمحركات

المحركات

في لعبة بوت بول، تُستخدم محركات السيرفو عادةً لتشغيل ذراع أو ملحق على الروبوت. وهي محركات سيرفو قياسية تُستخدم في الهوايات، ويتم التحكم بها عن طريق إشارة نبضية قياسية كما هو الحال في سيارات وطائرات التحكم عن بُعد، ولكن في هذه الحالة، يتم توليد الإشارات بواسطة وحدة التحكم المركزية (أو وحدات التحكم السابقة). تتميز محركات السيرفو بنطاق زاوي من 0 إلى 180 درجة، وتوفر عزم دوران للحفاظ على الوضع المطلوب. يمكن معايرة محركات السيرفو من خلال شاشة تحكم خاصة على وحدة التحكم المركزية دون الحاجة إلى أي برمجة لاختبار/ضبط أوضاعها الميكانيكية للحصول على أمر زاوي محدد.
في لعبة بوت بول، تُستخدم محركات التيار المستمر الكهربائية عادةً لتشغيل العجلات. ولكن باستخدام جهاز والابي، يمكن التحكم بها لتشغيلها بسرعة دقيقة والتوقف عند موضع دوران محدد. يتم ذلك على مستوى نظام التشغيل في وحدة التحكم المركزية (CBC) من خلال أخذ عينات دورية من القوة الدافعة الكهربائية أثناء دوران المحرك وتعديل الطاقة. كل ما يحتاجه رمز المستخدم هو تحديد السرعة المطلوبة (وموضع التوقف، إن لزم الأمر) باستخدام وظائف المحرك.

أجهزة الاستشعار

يكتشف مستشعر اللمس متى يتم الضغط على المستشعر.
    • مستشعر ضوئي
يستشعر مستشعر الضوء الضوء. تُستخدم مستشعرات الضوء في بداية الجولة عندما يضيء مصباح للإشارة إلى بداية الجولة.
في لعبة بوت بول، تُستخدم الكاميرا لتتبع الأجسام المتحركة أو للتحرك نحوها. تستطيع الكاميرا تتبع مركز مناطق (أو "بقع") ملونة (يُسمى هذا "متتبع البقع"). ويمكن استخدام إحداثيات البقعة بدورها لتوجيه ذراع الروبوت، أو لتوجيه الروبوت نحو الجسم المطلوب، باستخدام برنامج توجيه.
    • مستشعر شعاع الأشعة تحت الحمراء
يستخدم هذا المستشعر شعاعًا يمر بين جهاز إرسال وجهاز استقبال لاختبار العوائق الصغيرة.
تُستخدم هذه المستشعرات لتحديد المسافة بين الروبوت والجسم.

لغة البرمجة

كانت لغة البرمجة الرسمية المستخدمة في بوت بول من عام 1997 إلى عام 2008 هي Interactive C. أما لغة KISS-C فهي لغة البرمجة الرسمية المستخدمة في بوت بول من عام 2009 إلى عام 2011. وكانت بيئة KISS IDE هي بيئة البرمجة الرسمية المستخدمة في بوت بول من خريف عام 2011 إلى عام 2016. تدعم KISS IDE لغات C و C++ و Java و Python .

قواعد

بناء الروبوتات

لا يمكن بناء الروبوتات إلا من الأجزاء المضمنة في المجموعة. [ 11 ]

  • يُسمح باستخدام ورق بمساحة لا تتجاوز 93 بوصة مربعة (يجب أن يكون وزنه 20 رطلاً أو أقل) . ويجب أن يكون الورق المستخدم أسود أو أبيض.
  • يمكن استخدام الخيط في بناء الروبوت؛ ويمكن استخدام ما يصل إلى 36 بوصة.
  • يمكن استخدام عشرة أربطة مطاطية رقم 19.
  • لا يمكن تقسيم الأجزاء المعدنية الموجودة في المجموعة إلى قطع أصغر.
  • من بين الأجزاء المعدنية، لا يُسمح بثني سوى القضبان والصفائح المسطحة.
  • الأجزاء الوحيدة القابلة للإزالة في روبوت iRobot Create هي العجلة الخلفية، ومشابك عجلة القيادة، وجدار حجرة الشحن الخلفية. لا يمكن إزالة أو تفكيك أي أجزاء أخرى.
  • تختلف مساحة انطلاق الروبوتات باختلاف السنة. ففي عام 2010، كانت مساحة الانطلاق 22 × 31.5 × 15 بوصة (10395 بوصة مكعبة ).
    • يجب أن يكون الروبوت ضمن حد معين من الارتفاع عند بداية المباراة.
  • قد يمتلك الفريق أربعة عناصر مختلفة في الملعب.
    • يجب أن تتسع جميع الأشياء داخل صندوق البداية.
  • لا يُسمح باستخدام الاتصالات اللاسلكية خلال البطولة.

طريقة اللعب

رسم تخطيطي لملعب بوتبول لعام 2008. A هو غرفة التشمس، b هو المأوى، c هي الأشياء التي يجب جمعها، d هي الأقمار الصناعية، e هي الأشرعة الشمسية، f هي الحديقة، g هو بوت جاي، و h هو الجسر.

لكل عام مجموعة أهداف مختلفة. كان موضوع عام ٢٠٠٨ يدور حول الفضاء الخارجي ، حيث كانت الروبوتات على متن محطة فضائية. كان على الروبوتات الاستعداد لعاصفة شمسية من خلال جمع "الطعام" (كرات خضراء)، وإنقاذ "أفراد الطاقم" (كرات برتقالية)، ونشر "الأقمار الصناعية" (أكواب زرقاء) و"الأشرعة الشمسية" ( مظلات كوكتيل ). كما كان على الروبوتات جمع "بوت جاي" (روبوت قطيفة) وحديقة (كرة خضراء كبيرة) ووضعهما على جانبهما. تتكون اللوحة من لوحين، طول كل منهما ثمانية أقدام وعرضه أربعة أقدام، متصلين بخندق طوله قدمان وعرضه أربعة أقدام. يحتوي الخندق على جسرين على كل جانب، يجب على الروبوتات هدمهما للوصول إلى الجانب الآخر.

يختلف حجم الملعب حسب اللعبة؛ يبلغ حجم هذا الملعب 8  أقدام × 12  قدمًا، ومعظم سطحه محاط بأنابيب PVC بقطر 1.5 بوصة . عندما يتنافس فريقان، يبدآن من طرفي الملعب ، ولديهما 120 ثانية للتحرك حول الأشياء وتسجيل النقاط. في نهاية اللعبة، يجب على الروبوتات التوقف، وعندها يقوم الحكم بتقييم اللعبة لتحديد الفريق الفائز.

التسجيل

بالنسبة لموسم 2008، تكون النتيجة الأولية للفريق 0 ثم يتم حساب النقاط في نهاية المباراة باستخدام قيم النقاط الموجودة في الجدول التالي: [ 11 ]

الجانب 1 ("جانبك")السولاريوممَأوىًفضاءالجانب 2 ("جانب الفريق الآخر")
القمر الصناعي-4-6-60غير متوفر
شراع شمسي-3-3-30غير متوفر
نبات1600غير متوفر
طاقم1060غير متوفر
حديقة51530غير متوفر
بوت جاي53150غير متوفر
روبوت الفريق الأول000015 في صفهم و30 في المأوى

موسم/منافسة كرة القدم المصغرة

يمتد موسم بوت بول الإقليمي من أواخر يناير إلى أوائل مايو تقريبًا. خلال هذه الفترة، يحضر الطلاب ورشة عمل لمدة يومين ويتدربون على أساسيات برمجة الحاسوب. يُمنح الطلاب من ستة إلى ثمانية أسابيع لبرمجة وبناء واختبار روبوتاتهم. مع تقدم الروبوتات، يتعين على الطلاب توثيق مراحل تطورها والتعديلات التي أجروها على التصميم الأصلي. خلال المسابقة الإقليمية، تُقام ثلاث جولات: التصفيات، والإقصاء المزدوج، ومباريات التحالف. التصفيات: في هذه الجولة، يتنافس كل فريق ضد نفسه (وهي أشبه بجولة تدريبية)، لكن الطلاب يحصلون على نقاط، وتُمنح جائزة للفريق الذي يحقق أعلى نتيجة في هذه الجولة. الإقصاء المزدوج: تبدأ المنافسة الفعلية، حيث تتنافس الفرق ضد بعضها البعض حتى يتم إقصاؤها مرتين. مباريات التحالف: هي مباريات للفرق التي تم إقصاؤها مرتين في بداية المسابقة. يتم تشكيل فريقين معًا ويتنافسان على النقاط (تشبه جولات التصفيات، ولكن يوجد فريق واحد فقط في كل جانب، ويحاولان تسجيل النقاط كتحالف).

المسابقات الإقليمية والدولية

اعتبارًا من عام 2012، كانت المناطق في الولايات المتحدة على النحو التالي:

كما أقامت بوت بول 4 بطولات [ 12 ] [ 13 ] في الشرق الأوسط :

اعتبارًا من عام 2011، كانت لعبة بوت بول تُقام لها أيضًا بطولات في

بدأت مؤسسة KIPR بتنظيم مسابقة وطنية في عام 2001، وفي عام 2003 شارك أول فريق دولي. تُقام المسابقة الدولية خلال فصل الصيف بعد انتهاء جميع المسابقات الإقليمية. يحق لكل فريق مشارك في مسابقة إقليمية المشاركة في المسابقة الدولية. وتكون قواعد اللعبة في المسابقة الدولية مطابقةً عمومًا لقواعد المسابقة الإقليمية في نفس العام. يُقام هذا الحدث بالتزامن مع المؤتمر العالمي للروبوتات التعليمية (GCER). كما تُقام بطولة KIPR المفتوحة (المعروفة سابقًا باسم Beyond Botball) ضمن فعاليات GCER، حيث يُلقي العديد من المتحدثين محاضرات حول مجال الروبوتات. وقد استضافت هاواي، وشمال وجنوب كاليفورنيا، ونورمان (أوكلاهوما)، وجاكسونفيل (فلوريدا)، وليسبورغ (فرجينيا)، وإدواردسفيل (إلينوي)، وواشنطن العاصمة، مؤتمر GCER. وفي عام 2026، سيُقام المؤتمر في نورمان (أوكلاهوما).

ملحوظات

  1. ↑ "الفرق والمناطق | برنامج بوت بول® التعليمي للروبوتات" . Botball.org. مؤرشف من الأصل بتاريخ 17 مايو 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 يناير 2013 .
  2. ↑ "ما هو بوت بول؟ | برنامج بوت بول® التعليمي للروبوتات" . Botball.org. مؤرشف من الأصل بتاريخ 19-06-2013 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29-01-2013 .
  3. ↑ "معهد كيس للروبوتات العملية" . Kipr.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29-01-2013 .
  4. ↑ "فعاليات الروبوتات في ناسا : بوت بول" . Robotics.nasa.gov . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 يناير 2013 . 
  5. ↑ "الروبوتات في ناسا - الأرشيف : الدورات التدريبية" . Robotics.nasa.gov. مؤرشف من الأصل بتاريخ 28-12-2011 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29-01-2013 . 
  6. ↑ "ناسا - مئات الروبوتات تتنافس في بطولة بوت بول الإقليمية" . Nasa.gov . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 يناير 2013 .
  7. ↑أُرشف بتاريخ 11 يناير 2011 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine) .
  8. ↑أُرشف بتاريخ 14 مارس 2012 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine) .
  9. ↑ "لعبة KIPR المفتوحة للروبوتات المستقلة" . مؤرشفة من الأصل بتاريخ 21-12-2010 . تم الاطلاع عليها بتاريخ 11-01-2011 .
  10. ↑ "الإحصاءات والأرقام" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 28-02-2008 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 18-03-2008 .
  11. 1 2 انظر قواعد بوتبول لعام 2008.
  12. ↑ "نظرة عامة على بوت بول" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 18-03-2008 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 18-03-2008 .
  13. ↑ "الموسم الحالي" . 2008. مؤرشف من الأصل بتاريخ 15-06-2008 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 01-06-2008 .