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日本救援機械人競賽

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阪 神.淡路大地震發生後,促使了機械人和機械電子學的研究人員致力研究可應用在救災方面的機械技術,日本為了促進救援系統的研發亦廣泛得到社會支持,教育國 民和宣傳也開始視為政府重點項目。因此,於1999年建議舉辦救援機械人競賽,至2001年正式成立委員會並首次召開競賽大會,今年第七屆的賽事亦在較早 前圓滿結束。救援機械人競賽是以模擬大規模城市災害的拯救活動作為題材的機械人競賽,它綜合了「教育」、「科學技術」、「社會性」三個範疇,競賽大會希望 藉活動提升人民防災和災害應對的相關意識,發掘和培育下一代的研究人員和技術人員。

 

比賽方式

比 賽分為兩個階進行,隊伍必先通過預選賽,方可進入正式選拔。預選賽規則會比正式選拔稍為寬鬆。預選賽中,隊員可以直接觀察場地來控制機械人。而傷者(人 偶)的分佈位置更於賽前一天公佈。賽後,由副裁判員負責檢查人偶,並衡量其損壞程度。當正式選拔時,隊員需要在場地隔壁的控制室內操控機械人,所以機械人 必須裝置無線攝錄機,將場地的映像傳送至控制室。人偶更內置傳感器可探測賽時所受衝擊,比用肉眼檢查準確得多。此外,正式選拔時,人偶的分佈位置亦不會預 先公佈,明顯提高了整個比賽的難度。後面將針對正式選拔的安排進行介紹。

演示

賽前有三分鐘的演示,且屬評分一部分。隊伍需要向裁判團介紹機械人的性能、創作歷程和救援活動的戰術等,但若演示時間超過限時,將會被扣分。各隊伍只需預備個人電腦和講議,投映機和揚聲器均由大會提供。

作戰會議

演示後是三分鐘的作戰會議。每隊唯一的隊長可登上看台觀察場地,其餘隊員都必須留在控制室內。隊長可以在看台範圍內以大會認可的手提攝錄機拍攝場地實況,所拍攝的映像會輸送到控制室,隊員可根據所拍攝的映像進行分析及策劃作戰方案。

救援行動

最 後便是十二分鐘的救援行動。比賽時,場內會有兩組隊伍的機械人,機械人先從起點出發,穿越一道45cm高及120cm闊的門,走過一段只有80cm闊的道 路方可到達模擬災場。每隊需要在時限內救出兩個人偶並把它們送回起點。比賽中,隊長仍可在看台上拍攝場地,其餘隊員就得在控制室內,透過裝置在機械人身上 的攝影機拍攝賽場及操控機械人完成任務。

競賽各種細則

由 於救援機械人競賽主要模擬實際救災的狀況,比賽的各項細節也會跟其他機械人競賽有著分別,由機械人的設計、場地佈置、輔助器具,全部都要經過仔細考慮。不 過,鑑於現實的災害現場也會存在很多的不明朗因素,救援機械人競賽的規限寬容度亦較大,主辦單位及參賽者受到的規限相對會減少,但也等如必需更花心思在各 項設計上。

機械人設計

大會對機械人設計規格抱放寬態度,儘量讓參加者有更多的創作空間。機械人的重量、尺寸、數目及運動方式等都沒有限制,只要機械人符合附表內的條件就可。

機械人設計規則

1. 機械人必需通過安全檢驗及不會對其他機械人造成干擾。
2. 避免裁判誤認各隊伍的機械人,需在機械人身上加上所屬隊伍的號碼,並以油漆、帶子或布等加上明顯的特徵。
3. 機械人必需設有緊急停止開關,以便裁判必要時使用。

 

場地佈置

救援機械人競賽是個以大規模城市災害救援為題材的機械人比賽,因此在賽場設計和規例方面都從現實角度考慮,如救援情況、場地障礙物、人偶的分佈、機械人所受限制,均會模擬實際。後面是在場地佈置時,必需注意的細則。

場地佈置細則

1. 各隊選手一律不得走進模擬災場內,必須以遠端操縱方式控制機械人。
2. 賽場面積50mX50m,設有凹凸路障、斜坡、道路、高地和行人天橋等設施。
3. 斜坡的斜度最高為20度,它成為平地和高地的唯一通道。
4. 行人天橋的橫樑最少距離地面60cm高。
5. 賽場內堆放了瓦礫和障礙物,如鐵塊及石磚般重的物件也是十分平常。
6. 人偶可分佈在場地任何地方,甚至被瓦礫和障礙物遮掩。
7. 賽場有部分劃分為私有區域,除拯救傷者的情況下,機械人不得擅自進入或觸碰私有區域的瓦礫。

 

人偶設計

人 偶好比災場中的傷者,照顧人偶自然是首要的事。但如何知道隊伍是否適當地對待人偶呢?那就要靠人偶身上的傳感器了。人偶的身體和頭部均置有壓力傳感器用來 探測於救援中所受的衝擊,配合三軸加速度傳感器更可檢測人偶身體的角度。這些傳感器會不斷發出電波信號,傳送到場外的電腦。如在拯救過程中將人偶撞向瓦 礫,用力不當或運送途中掉下人偶等,所受到的衝擊就會顯示在電腦螢幕上,且該隊會被扣分。
鑑於過去所設計的人偶都較硬,而且只有一種尺寸,與現實情況不相符之餘,亦造成選手會針對人偶大小而設計機械人的可能性,失去機械人拯救傷者的理念。因此 今屆更採用了新設計的人偶,新設計的人偶除身體柔軟外,尺寸和重量亦有兩種,分別是身長30cm(1kg)和23cm(0.5kg),重量也比從前重得 多,符合現實的災難場中,傷者的體形和年齡各異及拯救傷者時應從保護傷者安全角度出發這兩個大前提。

控制室

控 制室是隊員操控機械人的地方,室內放置了監視器(電腦螢幕)5台,用來顯示人偶發出的信號、手提攝錄機和機械人無線攝影鏡頭所拍攝的映像。比賽時,兩隊被 派放到各自的控制室內,兩個控制室之有間的通訊則是連結的。這樣的系統設計是讓兩隊能夠互相傳達信息,想出救出人偶的可行路線,提高整個救援的速度。因為 有部份人偶是被瓦礫所遮擋,即使從高處以錄像機俯瞰也未能發現(死角位置),必須兩隊互相合作交換拍攝的影像,才有可能發現。所以,比賽除講求隊員間的默 契外,隊伍與隊伍之間的協調也不可缺少。裁判團會觀察隊員間和隊伍間的表現給予評分。

通信設備使用限制

為避免比賽時機械人的信號發生混亂,隊伍必須使用大會認可的無線電控制套裝、無線LAN收發套裝和無線照相機,而且不能對組件的電路進行改造。認可的控制套裝會事先宣佈。

通信設備需知

1. 使用無線電控制套裝的隊伍,比賽時須使用大會提供的接收和發射頻道晶體。
2. 使用無線LAN收發套裝的隊伍,其通訊規格須遵從大會所制定。而隊伍使用的IP地址會於賽前分配。
3. 每隊最多有三台機械人使用無線電控制套裝和無線照相機。
4. 接受隊伍混合使用無線電控制套裝和無線LAN收發套裝。

評分標準

現 實情況中,救援行動是分秒必爭的事,愈早將傷者救出提供適當治療,可大大增加傷者存活機會。救援行動迅速故然好,但保護和善代傷者(人偶)亦成了重點。主 辦委員亦重視這一點,制定了有關的評分標準,選手需要顧及傷者安全和妥善策劃救援行動。更有裁判團評審各隊伍的機械人性能,比賽中隊員間和隊伍間的表現。 比賽總得分為首回合得分、次回合得分及裁判團評審三個分數相加,回合得分由人偶生命指數、時間得分和任務得分三個相加。

總得分(滿分1000) = 首回合得分(滿分300) + 次回合得分(滿分300) + 裁判團評審(滿分400)

人偶生命指數

開 始時每隊的人偶生命指數為100,安裝在人偶身上的傳感器會不斷探測受到的衝擊,並將數據轉送到隊伍和裁判團的螢幕上。每當隊伍對人偶用力不當,裁判就會 以黃牌警告隊伍,且生命指數亦遭扣減20,直至0為止。如隊伍損壞了人偶或不慎將人偶當作瓦礫和障礙物處理,均會被扣分。

時間得分

比賽時限為12分鐘,如果隊伍能夠在7分鐘內完成整個救援任務,就可全取100分。相反仍未能完成任務的隊伍,該得分將被續漸扣減直至0為止。

任務得分

每 隊的任務是將賽場內的兩個人偶救出,機械人需順利完成「到達現場」、「救出人偶」、「搬送人偶」三個步驟,每個步驟分別各佔10、25和15分,合計50 分,兩個人偶為100滿分。「到達現場」指機械人到達人偶身處的板塊內;「救出人偶」指人偶從板塊內救出;「搬送人偶」指機械人將人偶搬送到起點位置。

犯規

當 有隊伍作出違規的行為時,裁判會衡量事件的嚴重性,暫停比賽後以黃牌、紅牌或黑牌示意。黃牌表示警告;而當示意紅牌時,被指定的機械人需要立即離場;黑牌 則表示該隊伍喪失比賽資格並需離場。遭到黃牌警告的隊伍,該回合分數中將被扣減20分。若隊伍因對待人偶用力不當而遭警告,則在人偶生命指數中扣除。

警告牌嚴重性

紅牌 機械人損壞賽場的地板、設施或作出危險行動。

黑牌 於作戰會議及救援活動以外的時段,觀察或偷拍場地。
隊員態度差劣。

黃牌 機械人在非救出人偶情況下進入私有區域,或將道路上的瓦礫和障礙物散落在私有區域內。私有區域指賽場內土黃色的部分。

大會精神 教育人民

大會舉辦比賽目的是想藉活動提高教育人民防災和災害對應相關意識,發掘和培育下一代的研究人員和技術人員。會場內設有展板和灘位,更會邀請專業的救援人員演講和示範。所以每次舉行比賽,前來參觀的人數都是有增無減。

設計有方 事半功倍

隊 伍設計機械人的方向主要是有兩種。一種是每台機械人各自有負責專門的任務,如清除瓦礫,救出傷者或運送傷者。好處是可根據機械人負責的任務進行針對性設 計,令某方面的機能特別優勝,增加救援的效率。但這策略講求隊員間的協調性和理想的分工。另一種就是一機多功,機械人集各樣功能於一身。同時負責清除瓦 礫,救出傷者及運送傷者各任務。所以在設計時需要全面考慮機體的各方協調性,並在設計中取得平衡點。好處是即使一台機械人發生了故障,別的都可以補上。
比賽是分秒必爭的,隊伍為了加快救援進度,機械人有時會直接攀越瓦礫和障礙物,省卻繞路和清除瓦礫的時間。因此大多數隊伍的機械人都會採用覆帶和大直徑的 輪胎設計。另外,鏟鈄和鉗臂兩者兼備的機械人亦非常普遍。因為人偶可能被放置在瓦礫堆中或旁邊,如選手因應情況適當運用鏟鈄和鉗臂,絕對是事半功倍。

技術進步 一年勝一年

早 期的救援機械人競賽,選手大多採用無線電控制方式,操控器就是遙控模型所採用的。後來,透過電腦平台操作的隊伍日漸增加。近年,更有隊伍自發研製控制的周 邊設備及將傳感器加裝在控制者身上。如機械人手臂的伸縮和起落是根據控制者的手臂而活動。可看選手的技術是不斷在進步,而且亦敢於嘗試新挑戰。

總結

大 會從制定規例到場地佈置,每步都從現實角度著眼。希望參加者設計機械人的同時亦考慮到現實的可行性,明白比賽背後的真正義意。雖然現實中的災場和比賽會場 的環境難以相比,而選手運用的技術亦未必在現實中適用,但當中可行的建議和想法就對研發工作帶來很大幫助。難怪日本近年的防災和救助工作做得那麼好!


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