Стратегия Проектирования

Полезным ресурсом является презентация Картика Канагасабапати, бывшего главного наставника (и нынешнего стороннего эксперта) команды Hall of Fame FRC® 1114, Simbotics, на конференции по эффективным стратегиям проектирования и соревнований: Effective FIRST Strategies. Смотрите также слайд-шоу из презентации <https://www.simbotics.org/_files/ugd/81d293_2417ace601d84fb5afaf62f424ad5bd3.pdf>`_.

Общие Советы и Ошибки при Проектировании

Вот несколько полезных советов для команд по принятию решений на этапах разработки и стратегического планирования на высоком уровне.

Проблема

Решение

Делать все сразу.

  • Робот становится полуфабрикатом

  • Невозможно преуспеть в одной области

Сначала выполните одну цель

  • Робот очень оптимизирован

  • Постоянно преуспевает в одной области

Сверхусложнение

  • Требуется больше времени на доработку

  • Менее надежно

Упрощение

  • Лучшие дизайны обычно самые простые

  • Меньше движущихся частей

Дизайн ориентированный на результат.

  • Пренебрежение принципами

  • Часто бывает непоследовательным

Проектирование для последовательности

  • Обычно надежность > способность набирать очки

  • Большой плюс при выборе альянса

Собирать бессистемно

  • Сборка из некачественных материалов

  • Неадекватная структура поддержки

Собирать надежно

  • Убирает ненужные движущиеся части

  • Убирает отдельные неработающие части

Волнение по поводу проектирования

  • Трата времени на тестирование

  • Одного дизайна недостаточно

Сфокусируйтесь на выполнении

  • Примите решение и придерживайтесь его

  • Исполнение часто побеждает дизайн

Делать все и сразу → Сначала довести до совершенства одну цель

Последовательность - король.

Важно

Распространенный подводный камень для команд первого года обучения - попытка выполнить все игровые задачи сразу, особенно в Управляемом периоде и Эндгейме.

Это крайне не рекомендуется, так как зачастую у новых команд нет достаточного опыта для этого. Это немалое достижение, когда робот последовательно выполняет все задачи на соревнованиях, даже на высоких уровнях.

Слишком часто мы видим, как команды привозят полуживых роботов, которые пытаются сделать в матче все, но не преуспевают ни в чем. Даже если они и добиваются успеха, то зачастую с небольшим отрывом и не могут повторить его. Этот робот мог бы быть гораздо успешнее, если бы команда потратила время на совершенствование одного механизма.

Команды должны всегда помнить принцип: робот, который может выполнить одну задачу последовательно, скорее всего, будет более конкурентоспособным, чем робот, который делает все непоследовательно. Мы рекомендуем командам сосредоточиться на одной задаче во время Управляемого периода/Эндгейма и довести ее до совершенства.

Совет

Как правило, команды, имеющие хороший Автономный период и Эндгейм, могут быть конкурентоспособными на уровне Отборочных соревнований. Это рекомендуемая цель для новых команд.

Сложный → Простой

Важно

Еще одна распространенная ловушка, в которую попадают команды, - излишнее усложнение. Упрощение робота упрощает возможную головную боль в дальнейшем.

Хотя некоторые роботы очень сложны, имейте в виду, что такие команды, как правило, имеют опыт, обладают определенными возможностями для изготовления деталей и полностью проектируют своего робота в САПР-системах. Однако многие команды мирового уровня часто создают гениальные, но до смешного простые конструкции.

Некоторые преимущества простоты заключаются в том, что у робота меньше вещей, которые могут сломаться, поскольку в нем меньше движущихся частей. Кроме того, на отработку и совершенствование простого механизма уходит гораздо меньше времени, чем сложного. Это объясняется тем, что в сложной системе гораздо больше переменных, которые нужно регулировать и которые могут вызвать проблемы.

Простота может быть достигнута несколькими способами.

  1. Ограничьте количество степеней свободы, в которых работает механизм. Например, линейная система движется по прямой линии, в отличие от манипулятора, который вращается вокруг оси. Это позволит устранить силы, которые в противном случае могли бы негативно повлиять на механизм.

  2. Еще один способ упростить игру - построить ее с учетом кратчайшего расстояния. Очевидно, что кратчайшее расстояние от точки А до точки Б проходит по прямой, поэтому команды должны стремиться к тому, чтобы игровые элементы располагались примерно на одной прямой. Это поможет решить возможные проблемы, если игровым элементам придется слишком часто менять направление.

Проектирование, ориентированное на результат → Проектирование, ориентированное на стабильность

Важно

Команды должны отдавать предпочтение стабильности, а не способности набирать очки.

Черепаха побеждает кролика. Избитая притча, но в ней все равно есть доля истины. Почему? Потому что черепаха, которая упорно шла вперед, победила кролика, у которого были то горячие, то холодные полосы.

Отличительной чертой любой успешной команды является стабильность и надежность на протяжении всего сезона соревнований и даже межсезонья. Спортивные династии потому и династии, что они выступают на высоком уровне не в течение пары игр, а на протяжении нескольких сезонов. Без силы стабильности практически невозможно выигрывать игры, не говоря уже о турнирах.

Многие команды совершают грубую ошибку, концентрируясь исключительно на способности робота зарабатывать очки, забывая о других аспектах. Следуя первому правилу — сначала доведи до совершенства один элемент, — такой подход позволит добиться стабильности работы.

Важно

Хотя способность набирать очки должна быть приоритетом и целью при разработке механизмов, это не все в этой игре. Мы советуем скорее быть последовательными на низких и средних уровнях, чем непоследовательно набирать очки на высоком уровне.

Сосредоточьтесь на том, чтобы выполнять это одно действие стабильно в течение всех матчей, и вы увидите, насколько важна стабильность. Этот совет столь же важен на этапе формирования альянсов. Сильнейшие команды будут отдавать приоритет стабильным командам, а не тем, кто просто умеет разово набирать много очков. Они не побоятся обратить внимание на команды, которые не показывают высоких результатов в матче, но могут стабильно приносить очки альянсу — вместо выбора непредсказуемого партнера.

Бессистемная сборка → Сборка для надежности

Важно

Собирайте с расчетом на худший, а не на лучший сценарий. При сборке команды часто упускают из виду ключевой принцип: делать с расчетом на надежность. Слишком часто команды экономят на качестве конструкции и материалов, что приводит к одной из самых распространенных причин неудачных турниров - поломке деталей.

Команды также не учитывают суровые условия соревнований и собирают робота так, будто он не столкнется с роботами соперников. Достаточная количество тренировок операторов позволит лучше смоделировать игровые условия и проверить надежность робота. Чтобы решить эту проблему, обратитесь к Руководство по материалам, чтобы лучше понять, какие материалы рекомендуется использовать.

По возможности, команды должны собирать роботов с учетом поломок. Например, если один комплект линейных направляющих выйдет из строя из-за обрыва провода, наличие второго комплекта позволит роботу работать, а не бездействовать. Практически, удвоение механизмов, моторов и сервоприводов является распространенным методом создания резерва.

Кроме того, команды часто забывают учесть силы скручивания или сжатия, которые могут возникнуть в механизме.

Хотя мы не можем дать никаких конкретных рекомендаций, помните о том, какие силы должна выдерживать несущая конструкция вашего механизма во время всего диапазона движения, и учитывайте, что он может удариться о другого робота/борт поля/поле. Более надежная конструкция всегда стоит потраченного времени. Однако стоит подумать и о дополнительном весе.

Кроме того, частой причиной отключения робота являются проблемы с проводкой. Более подробную информацию см. в разделе Проводка; вкратце, убедитесь, что вы планируете заранее и оставляете место для проводов, и используйте разгрузку от натяжения, когда это возможно.

Все эти советы в совокупности помогут вашему роботу стать более надежным, что является ключевой характеристикой всех роботов мирового уровня.

Беспокоиться о Дизайне → Сосредоточиться на Выполнении

Совет

Хорошее исполнение плохого дизайна победит плохое исполнение хорошего дизайна.

Важно

В FTC® все зависит от того, насколько хорошо вы выполняете как механическую часть, так и работу оператора. Если ваша цель - победа, то неважно, насколько механически красив ваш робот. Ваша цель - не столько произвести впечатление на экспертов, сколько выступить на поле как можно лучше.

Вполне возможно взять плохой дизайн, хорошо его реализовать и при этом быть конкурентоспособным на высоком уровне. И хотя не многим командам это удается, это все равно говорит о том, что метод реализации очень важен. Во время мозгового штурма старайтесь не зацикливаться на мелких деталях, если это возможно.

Важно обсуждать различные концепции и анализировать их плюсы и минусы, но после выбора окончательного варианта следует придерживаться его, если только не обнаружатся изначально упущенные критические недостатки. Постоянная смена концепций сводит на нет все усилия, затраченные на первоначальную разработку — время, которое можно было бы направить на совершенствование конструкции или дополнительные тренировки. При этом следует помнить, что возможна и пересборка робота в середине сезона, что не раз успешно демонстрировали ведущие команды.

Однако это не рекомендуется для новичков и новых команд из-за общего недостатка опыта. Реально можно рассчитывать на 50-100+ часов, чтобы переделать робота с нуля. Сосредоточьтесь на том, как можно итерационно изменить текущую конструкцию, чтобы сделать ее максимально эффективной, действенной и совершенной.

Советы и Ошибки на Соревнованиях

Вот несколько полезных рекомендаций, которые помогут командам принимать решения на этапе реализации проекта.

Проблема

Решение

Недостаточная тренировка операторов

  • Операторы, не знакомые с роботом

  • Надежность робота не проверена

Постоянная тренировка операторов

  • Управление робота настроено под опреаторов

  • Проверенный и испытанный робот

Нет игровой стратегии

  • Отсутствие планов на случай непредвиденных обстоятельств

  • Ослабляет результативность альянса

Управление роботом с учетом стратегии.

  • Только целенаправленные действия

  • Эффективное и рациональное управление роботом

Полностью управляемый оператором

  • Менее эффективно

  • Требуется больше практики

Частично автоматизированные задачи.

  • Снимает напряжение с операторов

  • Устраняет человеческий фактор

Пренебрежение тренировкой операторов → Постоянная практика операторов

Важно

Постоянная проблема новых команд - пренебрежение тренировками операторов. Тренировки должны проводиться в течение всего сезона, а не за неделю до соревнований.

Неважно, насколько хорош ваш робот, робот - это только 50% уравнения. Остальные 50% определяют успех команды в целом. Даже если ваш робот лучший в мире, более чем вероятно, что уступающий робот с компетентной командой операторов победит вашего робота с плохой командой операторов. К апрельскому чемпионату мира большинство лучших команд проводят сотни тренировочных матчей.

Это дает некоторые очевидные преимущества по сравнению с командой с меньшим количеством тренировок.

  1. Оператор(ы) полностью владеет навыками управления роботом в любой ситуации.

  2. Робот оказался достаточно надежным, чтобы выдержать многочасовую эксплуатацию.

  3. Огромные данные, которые команды собирают в ходе тренировок, используются для оптимизации каждого элемента робота.

Тренировка операторов не только знакомит их с роботом и служит проверкой надежности робота, но и имитирует игровые условия. Учиться выжимать максимум из своего робота следует на тренировках, а не на соревнованиях. Таким образом, операторы будут лучше чувствовать себя в условиях стресса и давления. Команды, интенсивно тренирующие операторов, будут специально усложнять ситуацию (например, ставить неработающего робота в центр поля или отключать мотор колесной базы).

Хотя это может показаться крайностью, на самом деле это просто форма готовности. Если ваш оператор не знает, как реагировать, значит, вам нужно больше практиковаться в управлении роботом.

Нет стратегии игры → Управление роботом с учетом стратегии

Как и в случае с тренировками операторов, многие неопытные команды игнорируют это. Удобен спортивный пример - даже с самыми талантливыми игроками команда не сможет далеко продвинуться без хорошей игровой стратегии.

Важно

Менее способная команда с лучшей стратегией часто может одержать победу. Планирование стратегии гарантирует, что каждая секунда в течение 2:30 игрового времени будет использована с максимальной эффективностью, что принесет максимум очков.

Например, операторы должны точно знать, куда нужно поставить робота после переключения с Автономного периода на Управляемый период. Отработка этого перехода сэкономит несколько секунд, которые обычно тратятся на размышления «что делать дальше?». В напряжённых матчах эти секунды могут позволить команде выполнить дополнительный цикл. Не менее важно понимать, когда переходить от Управляемого периода к Эндгейму (подсказка: сначала доведите ее до совершенства) — это также сбережёт ценное время. Стратегия всегда должна быть направлена на максимизацию очков - будь то стратегия позиционирования для доступа к игровым элементам или оборонительная стратегия (defense), чтобы помешать другому альянсу набрать очки.

Совет

В большинстве сезонов лишить другой альянс 10 очков - это то же самое, что набрать 10 очков в каждом матче.

Однако командам-новичкам не рекомендуется играть от обороны (defense) из-за особых правил, связанных с этой стратегией. Если команда хочет использовать оборонительную стратегию (defense), обязательно прочитайте все правила, так как при неправильной игре оборона (defense) может повлечь за собой штрафы/наказания.

Понятие

Оборона (Defense)

Оборона (Defense) - это стратегия, цель которой - не дать сопернику набрать очки или, по крайней мере, значительно замедлить их начисление.

Эта стратегия может не сработать, если операторы будут нарушать правила и получат штрафы и/или карточки для своего альянса. Оборона (Defense) обычно заключается в создании препятствий альянсу соперников, либо путем стратегического расположения робота так, чтобы затруднить доступ, либо путем вытеснения робота другой команды в невыгодное положение.

Полностью контролируемое оператором управление → Частично автоматизированные задачи

Важно

Автономность не должна ограничиваться только автономным периодом. Автоматизация простых задач может реально сэкономить время и повысить эффективность работы команды.

  1. Автоматизация задач позволяет сэкономить время и снизить необходимость в многозадачности оператора. Операторы всегда должны управлять роботом, нажимая как можно меньше кнопок. Например, автоматическая остановка захвата после попадания в него игрового элемента позволяет сэкономить одно нажатие кнопки.

  2. Преимущество автономного управления некоторыми механизмами заключается в том, что оно исключает ошибки оператора и снимает стресс. Например, если лифт должен выдвинуться ровно на 30 дюймов, мотор с encoder может сделать это со 100% точностью на полной скорости, по сравнению с незначительной ошибкой оператора.

Примечание

Автономные функции должны иметь возможность переопределяться ручным управлением на случай возникновения неисправностей (например, отсоединение энкодера, поломка детали и т.д.) — это предотвратит повреждение робота и обеспечит соответствие игровым правилам.