Автоматизированная система дистанционного проведения конкурсного мероприятия по робототехнике
AUTOMATED SYSTEM OF REMOTE HOLDING OF COMPETITIVE CONTEST ON ROBOTECHNICS

Изобретение относится к области информационных технологий и может быть использована для дистанционного проведения конкурсных мероприятий по робототехнике для обучающихся общеобразовательных организаций, профессиональных образовательных организаций и организаций дополнительного образования.
Известна автоматизированная система, предназначенная для использования наглядной и звуковой демонстрации материала, подлежащего изучению (патент РФ №2357294, МПК G09B 5/06). Передачу информации учебного материала осуществляют одновременно с дополнительной информацией, получая ее в режиме реального времени. Обучаемые сохраняют учебный материал на носителях информации рабочего места обучающего. Рабочее место обучающего включает объекты изучения дисциплины, снабженные видеокамерами видеотрансляционных сетей и контрольно-измерительными приборами, средствами отображения информации и серверами, объединенными средствами коммуникации в локальные сети. Сервер обучающего выполнен с возможностью подключения через средства коммуникации к другим серверам, обучающим данной дисциплине. Техническим результатом изобретения является расширение базы знаний, используемой в процессе обучения.
Известно проведение интерактивного конкурса для удаленных пользователей патент РФ №2124753, МПК G06F 19/00, опубл. 10.01.1999). При проведении интерактивного конкурса осуществляют подключение удаленных пользователей к серверу телекоммуникационной сети, передают на пользовательские терминалы сообщения о правилах конкурса и начале конкурса, регистрируют удаленных пользователей в качестве участников конкурса, одновременно выдают всем участникам задания конкурса, содержащие вопросы и варианты ответов, из которых по меньшей мере один правильный, и выделяют всем участникам один и тот же интервал времени для выбора варианта ответа. При приеме сообщений с выбранными вариантами ответов фиксируют для каждого задания конкурса полученные варианты ответов каждого из участников. Определяют оценку каждого задания конкурса и начисляют каждому участнику конкурса, выбравшему правильный ответ, число баллов, пропорциональное указанной оценке, предпочтительно определяемой в зависимости от количества правильных ответов на данное задание конкурса.
Известные изобретения не могут быть использованы для дистанционного конкурса по робототехнике.
Известна полезная модель «Интеллектуальное пространство с многомодальным интерфейсом» (патент ПМ №124017, МПК G06Q 10/00, опубл. 10.01.2013). Техническое решение представляет собой распределенную систему, которая содержит сеть аппаратно-программных модулей, активационных, коммутирующих устройств, мультимедийных средств и аудиовизуальных сенсоров, встроенных в конструкцию помещения, в том числе 7 многоядерных вычислительных блоков, 3 массива микрофонов, 15 видеокамер, проектор, плазменную панель с сенсорным экраном. Аудиовизуальный мониторинг и протоколирование текущей ситуации в зале и естественное взаимодействие пользователей с оборудованием и приложениями реализовано на основе многомодального пользовательского интерфейса, построенного с применением технологий многоканальной обработки аудиовизуальных сигналов, дикторонезависимого распознавания русской речи, аудиовизуального синтеза речи и веб-интерфейса для поддержки проведения распределенных мероприятий.
Техническое решение предназначено для автоматизации процесса аудиовизуального протоколирования помещения и обеспечения участников мероприятий информационно-управляющими сервисами с многомодальным интерфейсом на основе анализа текущей ситуации в помещении и учета предпочтений участников предшествующих мероприятий.
Разработанное решение может быть использовано для проведения и аудиовизуального протоколирования образовательных и научных мероприятий, таких как лекция, совещание, телеконференция и т.д.
Известна комплексная система дистанционного обучения и видеоконференцсвязи (патент ПМ 126492, МПК G06Q 50/20, опубл. 27.03.2013), выбранная за прототип, которая содержит имеющие специализированное программное обеспечение блок серверов, интерактивный блок, информационный узел и подключаемые к ним посредством каналов связи блок пользователей и блок слушателей, каждый из которых имеет архитектуру, необходимую для решения задач дистанционного обучения и проведения видеоконференцсвязи в оптимальных режимах. В комплексной системе дистанционного обучения и видеоконференцсвязи возможно изменение ее конфигурации за счет подключения дополнительных элементов, что позволяет расширить диапазон эксплуатационных возможностей системы.
При использовании системы обеспечивается общая интеграция различных компонентов в единое техническое решение, создание единого информационного пространства и подключение к нему пользователей, расширение эксплуатационных возможностей используемых устройств, оптимизация процесса ведения видеоконференции и обеспечение высоких показателей функционирования системы при увеличении количества удаленных абонентов и минимальных требованиях к интернет-каналу и оборудованию.
В настоящее время на территории Российской Федерации организуется множество мероприятий, посвященных робототехнике. Среди них - «РобоФест» (russianrobotics.ru), «Российская робототехническая олимпиада» (wroboto.ru) и др. Проекты призваны вовлечь обучающихся в научно-техническое творчество и обеспечить равный доступ ребят к освоению передовых технологий. Мероприятия способствуют выявлению, обучению, отбору и сопровождению талантливой молодежи.
Существенным недостатком подобных проектов является необходимость проведения их в очной форме, что требует серьезных затрат на организацию и участие (проезд, питание, проживание, сопровождение и т.п.). Создание модели проведения конкурсных мероприятий по робототехнике в дистанционном формате позволит не только снизить расходы, но и привлечь большее количество участников.
Задачей настоящей полезной модели является создание новой автоматизированной системы, позволяющей проводить дистанционные конкурсные мероприятия по робототехнике.
Техническим результатом, достигаемым в процессе решения задачи, является расширение арсенала автоматизированных дистанционных систем, обеспечивающей снижение затрат на организацию конкурсного мероприятия по робототехнике, привлечение большого количества участников, контроль и достоверность подведения итогов дистанционного конкурсного мероприятия за счет дистанционного проведения конкурсного мероприятия, специализированного программно-модульного комплекса, специального оборудованных рабочих мест пользователей, расширения эксплуатационных возможностей размещения и передачи информации при проведения конкурса, обеспечения проведения автоматизированной оценки результата работы соревнующихся команд, обеспечения отдаленным участникам и наблюдателям соревнования трансляции и визуализации подведения итогов дистанционного конкурсного мероприятия
Технический результат достигается тем, что, автоматизированная дистанционная система проведения конкурсных мероприятий по робототехнике, включающая Web-сервер со специализированным программно-модульным комплексом, сервер аудио/видео трансляции, взаимосвязанный с устройствами для трансляции, блок отдаленных пользователей, соединенный посредством информационного канала связи с сайтом организатора проведения мероприятия, согласно изобретения, программно-модульный комплекс, размещенный на Web-сервере, содержит интерактивный модуль проведения соревнований, модуль конкурсной информации, модуль регистрации команды - участника конкурса по робототехнике, модуль личного кабинета команды-участника, при этом интерактивный модуль включает: блок on-line трансляции, соединенный с сервером аудио/видео трансляции; блок оценки команды; блок визуализации текущих данных проведения соревнования, блок отдаленных пользователей включает: рабочее место команды-участника, укомплектованное игровым полем с роботом, фото/видео аппаратурой, компьютером с программным обеспечением для программирования, соединенным посредством информационного канала связи с модулем регистрации команды, модулем личного кабинета команды, интерактивным модулем проведения соревнований; рабочее место жюри, оценивающего результаты конкурса, укомплектованное, по меньшей мере, одним контрольным игровым полем с контрольным роботом, аудио/видео устройствами, компьютером, соединенным посредством информационного канала связи с блоком on-line трансляции, модулем личного кабинета команды, блоком оценки команды, блоком визуализации данных; компьютер наблюдателя проведения конкурсного мероприятия, соединенный посредством информационного канала связи с блоком on-line трансляции, блоком визуализации данных, модулем конкурсной информации. Дополнительно система имеет модуль фотогалереи соединенный посредством информационного канала связи с любым компьютером пользователя. Блок on-line трансляции выполнен в виде видео/аудио трансляции и информационного поля «текстовый чат». Блок оценки команды содержит информационное поле «критерии оценки» и информационное поле «система выставления оценок». Блок визуализации данных содержит информационное поле «информация о команде», информационное поле «таблица с оценками», информационное поле «интерактивные гистограммы с оценками». Модуль конкурсной информации содержит информационное поле «положение о проведении турнира по робототехнике», информационное поле «техническое задание», информационное поле «задание турнира», информационное поле «новостная лента», информационное поле «дополнительные рекомендации», информационное поле «форум». Модуль личного кабинета команды выполнен в виде блока текстовой и изобразительной информации, содержащего информационное поле «данные о команде», информационное поле «фотоотчет», информационное поле «файл результата работы».
На фиг. 1 приведена схема автоматизированной дистанционной системы проведения конкурсного мероприятия по робототехнике.
Автоматизированная дистанционная система включает:
Web-сервер 1 со специализированным программно-модульным комплексом, сервер аудио/видео трансляции 10 взаимосвязанный с устройствами для трансляции 11, блок отдаленных пользователей 12, 13, 14, соединенный посредством информационного канала связи с сайтом организатора проведения конкурсного мероприятия.
Программно-модульный комплекс, размещенный на Web-сервере, содержит интерактивный модуль проведения соревнований 2, информационный модуль 6, модуль регистрации команды - участника конкурса по робототехнике 7, модуль личного кабинета команды-участника, модуль фотогалереи 9.
Интерактивный модуль 2 включает блок on-line трансляции 3, соединенный с сервером аудио/видео трансляции 10, блок оценки команды 4, блок визуализации текущих данных проведения соревнования 5.
Блок отдаленных пользователей включает:
- рабочее место команды-участника, укомплектованное игровым полем 16 с роботом 15, фото/видео аппаратурой 17, компьютером 12 с программным обеспечением для программирования, соединенным посредством информационного канала связи с модулем регистрации команды 7, модулем личного кабинета команды 8, интерактивным модулем проведения соревнований 2;
- рабочее место жюри, оценивающего результаты конкурса, укомплектованное, по меньшей мере, одним контрольным игровым полем 18 с контрольным роботом 19, аудио/видео устройствами 11, компьютером 13, соединенным посредством информационного канала связи с блоком on-line трансляции 3, модулем личного кабинета команды 8, блоком оценки команды 4, блоком визуализации данных 5;
- компьютер наблюдателя (болельщика) проведения конкурсного мероприятия 14, соединенный посредством информационного канала связи с блоком on-line трансляции 3, блоком визуализации данных 5; модулем общей информации 6, модулем фотогалереи 9.
Блок on-line трансляции 3 выполнен в виде видео/аудио трансляции и информационного поля «текстовый чат».
Блок оценки команды 4 содержит информационное поле «критерии оценки» и информационное поле «система выставления оценок».
Блок визуализации данных 5 содержит информационное поле «информация о команде», информационное поле «таблица с оценками», информационное поле «интерактивные гистограммы с оценками».
Модуль конкурсной информации 6 содержит блок полей текстовой, изобразительной, графической информации, в том числе: информационное поле «положение о проведения турнира по робототехнике»; информационное поле «техническое задание»; информационное поле «задание турнира»; информационное поле «новостная лента»; информационное поле «дополнительные рекомендации»; информационное поле «форум».
Модуль личного кабинета команды 8 выполнен в виде блока полей текстовой и изобразительной информации, содержащего информационное поле «данные о команде», информационное поле «фотоотчет», информационное поле «файл результата работы».
Для создания программно-модульного комплекса и обеспечения работы автоматизированной дистанционной системы проведения конкурсных мероприятий по робототехнике использовались информационные технологии, приведенные в таблице.
Работа автоматизированной системы дистанционного проведения конкурсного мероприятия по робототехнике осуществляется следующим образом.
Участниками турнира являются команды обучающихся общеобразовательных организаций, профессиональных образовательных организаций, организаций дополнительного образования или иных. В состав команд могут входить несколько человек, например, в возрасте от 11 до 18 лет.
За неделю до проведения конкурсного мероприятия на сайте организатора конкурсного мероприятия с помощью модуля конкурсной информации 6 размещается информационное поле, содержащее «Положение о проведении турнира по робототехнике», «Техническое задание» и технические условия проведения турнира - это подробная информация для подготовки команды к участию (описание возможных видов конструкторов робототехники, программного обеспечения; инструкции по сборке робота и его 3D-модели; описание и модель игрового поля, по которому будет двигаться робот, а также дополнительные инструменты и материалы). При необходимости дается информация на информационном поле «Дополнительные рекомендации».
Для участия в мероприятии образовательная организация, желающая учувствовать в турнире (конкурсном мероприятии) по робототехнике, определяет организатора (тренера команды), формирует учеников команды и обеспечивает технические требования при проведении автоматизированного дистанционного конкурса. Рабочее место команды должно быть укомплектовано фото- или видеоаппаратурой, игровым полем 16 с требуемыми материалами, набором конструктора для робототехники для сборки робота 15 в соответствии с техническим заданием, персональным компьютером 12 с требуемым для конкурса программным обеспечением и доступом в сеть Интернет (информационный канал связи). После проверки соответствия требованиям проведения мероприятия, команда - участница регистрируется на сайте через модуль регистрации команды 7. После регистрации команды создается ее личный кабинет 8 (как инструмент сопровождения в течение всего мероприятия) и создается публичная страница на сайте. Зарегистрированная команда заполняет информационное поле «данные о команде» с помощью модуля 8, которое содержит название и девиз, логотип и фото, контактную информацию, состав участников и тренера команды. После регистрации участники турнира могут вносить изменения в информацию о своей команде до начала соревнования с помощью модуля 8. Зарегистрированные команды осуществляют подготовку к началу соревнования в соответствии с техническим заданием: проводят сборку робота 15, изготавливают игровое поле для робота в соответствии с техническими требованиями. В течение недели школьники - члены команды, собирая роботов и создавая поля, попытаются предугадать задачу, пробовать ее решить, что, несомненно, вносит особую интригу.
В день проведения конкурсного мероприятия публикуется «Задание турнира» с помощью модуля 6. Оно содержит алгоритм действий робота 15 и включает содержание задачи, начальное положение и состояние робота 15, описание его движений, конечное положение робота 15, его ограничения и другие дополнительные элементы. В задании также формулируются основные критерии оценивания.
Далее, в течение нескольких часов (количество отведенных часов для решения задачи определено в задании) команды формируют программное решение поставленной задачи для робота 15 и испытывают модель на своем поле 16. В процессе выполнения конкурсной работы осуществляется фото или видеосъемка с помощью аппаратуры 17. Для усиления интереса во время турнира команды могут получать дополнительные задания - квесты, которые могут принести участникам дополнительные баллы. По окончании работы файл результата работы (программного решения задачи) и фото/видеоотчет, полученный с использованием аппаратуры 17, размещаются с помощью модуля 8 в личном кабинете команды
В конце основной части конкурса начинается работа жюри. С компьютера 13 члены жюри входят в личный кабинет команды модуля 8 и извлекают результаты работы - разработанные участниками программы для робота. Затем поочередно загружают программы команд в контрольного робота 19, который был создан на основании общих технических условий. Проверка работоспособности программы для робота осуществляется на контрольном игровом поле 18, которое соответствует тем же техническим условиям турнира. Для повышения эффективности и ускорения процедуры проверки конкурсных заданий команд конкурсная комиссия (жюри) использует несколько контрольных игровых полей 18 с роботом 19. Результаты работы жюри отображаются на сайте турнира в режиме реального времени с помощью модулей 4 и 5. Выведение результата оценки проведения соревнования по робототехнике с помощью модуля 5 в форме таблиц с оценками, графиков и диаграмм с оценками удобны для восприятия и принятия быстрого решения. Постоянное изменение рейтинга команд происходит в зависимости от текущей проверки жюри, что делает процесс интригующим. Кроме того, в ходе работы членов комиссии с помощью модуля 5 происходит автоматическая оценка полноты заполнения анкеты команд с начислением дополнительных баллов.
Для обеспечения взаимосвязи жюри с командами с рабочего места работы жюри, обеспечивается видеотрансляция работы комиссии с помощью устройств 11, сервера 10 и блока on-line трансляции 3. С помощью компьютеров 12 и 14 и модуля 3 члены команды и болельщики могут наблюдать работу жюри и видеть движение запрограммированного участниками соревнования робота 19 по полю 18 и общий вид аудитории из которой ведется трансляция. На информационном поле модуля 3 «текстовый чат» осуществляется лента комментариев, в которой участники высказывают мнение о проведении оценивания. Текстовый чат модуля 3 позволяет жюри и командам делать уточнения в процессе оценки решения. При необходимости, жюри может провести ряд дополнительных испытаний.
Итоговый рейтинг соревнования по робототехнике подводится автоматически, на сайте осуществляется публикация итогового протокола, а в личных кабинетах команд модуля 8 публикуются электронные именные сертификаты участников. По окончании мероприятия публичная страница группы учеников превращается в ее портфолио. С помощью модуля 6 освещаются новости о проведенных и планируемых соревнованиях и ведется обсуждение на форуме. На сайте с помощью модуля 9 размещается фотографии и/или видеоматериалы о проведенных конкурсных мероприятиях и формируется база данных. Модуль 9 через сайт организатора конкурсного мероприятия может быть соединен с любым заинтересованным пользователем.
2
2
Автоматизированная дистанционная форма проведения подобных мероприятий вносит ряд дополнительных интриг и тем самым усиливает эффект от участия. Проведение конкурсных мероприятий с использованием дистанционных образовательных технологий является, по нашему мнению, инновационной формой проведения подобных соревнований для детей и молодежи. Архангельский региональный командный турнир по робототехнике проводится с использованием заявленной дистанционной технологии, все ключевые события проводятся через официальный сайт конкурсного мероприятия. Название турнира: ART (Arkhangelsk Regional Robotics Team Tournament).