Олимпиада по робототехнике 11 класс — региональный этап ВсОШ 2023/2024: задания и ответы

Задания — теор.

ВСЕРОССИЙСКАЯ ОЛИМПИАДА ШКОЛЬНИКОВ ПО ТЕХНОЛОГИИ РЕГИОНАЛЬНЫЙ ЭТАП ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ТУР

11 класс Профиль «Робототехника» Уважаемый участник олимпиады! Вам предстоит выполнить теоретические и тестовые задания. Время выполнения заданий теоретического тура 2 академических часа (120 минут). Выполнение тестовых заданий целесообразно организовать следующим образом:  не спеша, внимательно прочитайте тестовое задание;  определите, какой из предложенных вариантов ответа наиболее верный и полный;  напишите букву, соответствующую выбранному Вами ответу;  в бланках ответов запишите решение задач в явном виде;  продолжайте, таким образом, работу до завершения выполнения тестовых заданий;  после выполнения всех предложенных заданий еще раз удостоверьтесь в правильности ваших ответов;  если потребуется корректировка выбранного Вами варианта ответа, то неправильный вариант ответа зачеркните крестиком, и рядом напишите новый. Выполнение теоретических (письменных, творческих) заданий целесообразно организовать следующим образом:  не спеша, внимательно прочитайте задание и определите, наиболее верный и полный ответ;  отвечая на теоретический вопрос, обдумайте и сформулируйте конкретный ответ только на поставленный вопрос;  если Вы выполняете задание, связанное с заполнением таблицы или схемы, не старайтесь детализировать информацию, вписывайте только те сведения или данные, которые указаны в вопросе;  особое внимание обратите на задания, в выполнении которых требуется выразить Ваше мнение с учетом анализа ситуации или поставленной проблемы. Внимательно и вдумчиво определите смысл вопроса и логику ответа (последовательность и точность изложения). Отвечая на вопрос, предлагайте свой вариант решения проблемы, при этом ответ должен быть кратким, но содержать необходимую информацию;  после выполнения всех предложенных заданий еще раз удостоверьтесь в правильности выбранных Вами ответов и решений. Предупреждаем Вас, что:  при оценке тестовых заданий, где необходимо определить один правильный ответ, 0 баллов выставляется за неверный ответ и в случае, если участником отмечены несколько ответов (в том числе правильный), или все ответы;  при оценке тестовых заданий, где необходимо определить все правильные ответы, 0 баллов выставляется, если участником отмечены неверные ответы, большее количество ответов, чем предусмотрено в задании (в том числе правильные ответы) или все ответы. Задание теоретического тура считается выполненным, если Вы вовремя сдаете его членам жюри. Максимальная оценка – 25 баллов. 1

Общая часть 1. Выберите правильный ответ. Экологический мониторинг – это: а. – современный подход к учету приоритетов охраны окружающей среды при планировании и осуществлении деятельности организации, неотъемлемая составная часть современной системы управления ею; б. – специальная система управления процессом, направленным на сохранение качества окружающей среды, обеспечение нормативных социальных, экологических и экономических параметров; в. – информационная система наблюдений, оценки и прогноза изменений в состоянии окружающей среды, созданная с целью выделения антропогенной составляющей этих изменений на фоне природных процессов; г. – обеспечение органов власти и управления комплексной информацией о состоянии окружающей природной среды и природных ресурсах, а также населения информацией о проблемах обеспечения экологической безопасности. 2. Впишите пропущенное слово. ______________________ это потенциально перспективный экологически чистый биоматериал (сеть ветвящихся волокон, называемых гифами) для самых разных областей дизайна – от модной одежды до предметов интерьера и строительства. Плюсы этого биоматериала в том, что он быстро растет и не требует много ресурсов, в отличие от хлопка, бамбука, древесины.

1 2 3 4 5

3. Верны ли следующие утверждения? Утверждение Покупатель – человек, который стремится сбыть что-то, чтобы иметь возможность на доход от продажи приобрести необходимые ему блага Потребительские блага – это только материальные объекты Одежда, тепло и безопасность – это физиологические нужды Сделка может быть оформлена только в письменной форме Коммерческий обмен ценностями между двумя сторонами равно передача какого-либо материального объекта или одностороннего оказания услуги

4. Штрихпунктирная с двумя точками тонкая линия применяется на чертежах всех отраслей промышленности и строительства, согласно ГОСТ 2.303-68 «ЕСКД. Линии», для изображения: а. – центровых линий; б. – осевых линий; в. – невидимого контура предмета; г. – линий сгиба на развертках; д. – деталей в крайних или промежуточных положениях; е. – во всех перечисленных случаях. 5. Выберите из предложенного списка примеры результатов разработок бионики. Укажите буквы правильных ответов: 2

а. – роботизированная рука; б. – инсулин; в. – генетически модифицированные продукты; г. – биокефир; д. – форма корпуса подводной лодки.

Специальная часть 6. Повторитель на микросхеме, выполненной по технологии КМОП (рис. 1), переключается из 0 в 1 и обратно при напряжении на входе равном половине напряжения питания. Выходное напряжение логического нуля 0 вольт. Выходное напряжение логической единицы равно напряжению питания.

Рис. 1. Повторитель.

Рис. 2. Триггер Шмитта.

6.1. (2 балла) Повторитель включили по схеме триггера Шмитта (рис. 2). По какой формуле вычисляется напряжение включения ( ) и выключения ( ) схемы. Ответ дать в формате 1A2Б, где 1 – это , 2 – это , на основе вариантов из Таблицы 1. Входное сопротивление повторителя считать равным бесконечности, а выходное – равным нулю. Таблица 1. Варианты формул для расчета напряжения включения и выключения

А Б В Г

Д Е

6.2. (1 балл) Фотодатчик линии вырабатывает напряжение 3,6 вольта, если находится на чёрном участке, и 5,6 вольта, если на белом. Напряжение питания триггера Шмитта 9 вольт, R1 = 100 кОм, R2 = 470 кОм (рис. 3). Каким будет напряжение включения и напряжение выключения? Ответы округлите до десятых.

Рис.3. Схема включения двигателя

6.3. (1 балл) Будет ли триггер Шмитта стабильно включать и выключать двигатель? 6.4. (1 балл) Какие должны быть максимальное напряжение логического нуля и минимальное напряжение логической единицы фотодатчика (рис. 3), если напряжение питания триггера Шмитта 12 вольт, R1 = 24 кОм, R2 = 36 кОм? 7. Робот оснащён двумя отдельно управляемыми колёсами, ди аметр каждого из колёс робота равен 12 см. Левым колесом управляет мотор А, правым колесом управляет мотор В. Колёса напрямую подсоединены к моторам. Маркер закреплён посередине между колёс. Ширина колеи робота равна 36 см. Моторы на роботе установлены так, что если обе оси повернутся на 10°, то робот проедет прямо вперёд. При расчётах примите π≈3,14. В начале работы программы энкодеры моторов были обнулены. Дальнейшее изменение показаний энкодеров показано на графиках:

Рис. 4. График изменения показаний энкодера мотора А.

Рис. 5. График изменения показаний энкодера мотора B.

Определите: 7.1. (1 балл) Отрезок времени, когда робот совершал первый танковый разворот. Ответ дайте в формате «А,В» без кавычек, где А – время начала, а В - время конца, например, с 1 по 2 секунду можно записать как 1,2; 7.2. (1 балл) Отрезок времени, когда робот совершал второй проезд прямо. Ответ дайте в формате «А,В» без кавычек без кавычек, где А – время начала, а В - время конца, например, с 1 по 2 секунду можно записать как 1,2; 7.3. (1 балл) Отрезок времени, когда робот совершал первый проезд прямо 5

назад. Ответ дайте в формате «А,В» без кавычек, где А – время начала, а В - время конца, например, с 1 по 2 секунду можно записать как 1,2; 7.4. (1 балл) Градусную меру угла, на которую повернулся робот при первом танковом развороте. Ответ дайте в градусах, приведя результат с точностью до целых; 7.5. (1 балл) Тип геометрической фигуры, которую начертит робот с помощью маркера. В ответ запишите одно слово, существительное в именительном падеже, например, круг; 7.6. (1 балл) Площадь геометрической фигуры, которую начертил робот с помощью маркера. Ответ дайте в квадратных дециметрах, приведя результат с точностью до целых. 8. Коля хочет сделать автоматическую плавильную печь и для этой задачи нашел подходящую термопару. Для ее использования Коле надо определить формулу пересчета напряжения на датчике в реальную температуру в градусах Цельсия. В документации к термопаре он нашел зависимость напряжения от температуры по Цельсию, и заметил, что она нелинейна и имеет вид U = exp(T/k), где U — напряжение на термопаре, мВ; T — температура горячего конца термопары, градусы Цельсия; k — коэффициент пересчета; exp(x) — функция вида e^x, где e — число Эйлера (e = 2.718….). Из методички по обработке экспериментальных данных он узнал про способ линеаризации экспериментальных данных для определения точных значений коэффициентов пересчета. Для этого он ввел новую переменную R = ln(U), где ln(x) — натуральный логарифм от x (a = ln(x) → exp(a) = x), и построил на графике зависимость R от T, имеющую вид R = mT, где m — коэффициент наклона.

Рис.6. Графики характеристики термопары.

8.1. (2 балла) Помогите Коле найти коэффициент k для пересчета напряжения на датчике в вольтах в расстояние в сантиметрах, если известно, что зависимость имеет вид T = k*ln(U). Ответ округлите до ближайшего целого числа.

9. Универсальность манипулятора оценивается числом степеней подвижности, определяющий его двигательные возможности, то есть способностью манипулятора перемещаться в пространстве. С помощью кинематических 7

схем показывают, как происходит передача движения в различных степенях подвижности. Звенья и кинематические пары показывают на кинематических схемах с помощью условных обозначений (см. таблицу 2).

Таблица 2. Условные обозначения в кинематических схемах

Элемент

Эскиз

Характеристика

Звено (стержень) Неподвижное закрепление звена (стойка)

Движение отсутствует

Жёсткое закрепление звеньев

Движение отсутствует

Подвижное соединение с перемещением вдоль прямолинейных направляющих

Возвратнопоступательное движение

Плоское шарнирное соединение звеньев

Вращение вокруг поперечной оси

Поступательная кинематическая пара

Возвратнопоступательное движение

Вращательная кинематическая пара

Вращение вокруг продольной оси

Возможное место разделения манипулятора на модули Рабочий орган манипулятора При помощи трёх кинематических пар по кинематической схеме (рис. 7) собрали манипулятор. Известно, что кинематическая пара L1 обеспечивает перемещение на 40 см, кинематическая пара L2 обеспечивает перемещение на 60 см. Максимальный угол поворота кинематической пары φ равно 120°. Известно, что все звенья соединены под прямым углом друг к другу. 8

Минимальное расстояние от конца манипулятора до кинематической пары L2 равно 50 см.

Рис. 7. Кинематическая схема.

Определите: 9.1. (1 балл) Сколько поступательных степеней подвижности манипулятора, собранного по данной кинематической схеме; 9.2. (1 балл) Сколько вращательных степеней подвижности манипулятора, собранного по данной кинематической схеме;

есть

у у

9.3. (1 балл) Какую форму будет иметь рабочая область манипулятора. Среди предложенных вариантов укажите один верный; Таблица 3. Варианты рабочей области манипулятора

9.4. (1 балл) Определите объем рабочей зоны манипулятора. Ответ дайте в кубических дециметрах с точностью до целых. При расчетах примите π ≈ 3,14. Округление стоит производить только при получении финального ответа.

10.Ученик одиннадцатого класса на уроке собрал устройство по следующей принципиальной схеме:

Рис. 8. Принципиальная схема устройства.

Разъемы pin1 и pin2 подключены к микроконтроллеру с опорным напряжением АЦП 5В. Известно, что на pin1 вольтметр показывает 2.34В а при опросе программа возвращает значение 1917. 10.1.

(1 балл) Какая разрядность АЦП у контроллера?

10.2. (1 балл) Какое напряжение источника питания (vcc)? Ответ округлите до десятых. 10.3.

(1 балл) Какое значение вернет программа при опросе pin2.

10

Задания — прак.

Практическое задание для проведения регионального этапа Всероссийской олимпиады школьников по технологии 2023 / 2024 года Робототехника, 11 класс Навигация роботов и перемещение объектов Материальное обеспечение Arduino совместимая плата расширения (шилд) для подключения датчиков и сервопривода, макетная плата не менее 170 точек (плата прототипирования) Шасси для робота в сборе, включающее:  платформу произвольной формы с отверстиями для крепления компонентов, вертикальная проекция которой не выходит за пределы окружности диаметром до 250 мм, но не менее 122 мм;  два коллекторных электродвигателя с металлическими редукторами, припаянными проводами и следующими характеристиками:  максимальный ток (ток остановки) не превышает 2А;  номинальное напряжение от 6 до 12 В;  крутящий момент обеспечивает старт платформы на 30% мощности;  диаметр моторов от 12 до 25 мм;  максимальная угловая скорость на валу обеспечивает движение платформы со скоростью от 0,4 до 0,85 м/с, исходя из диаметра колёс;  два комплекта креплений для двигателей;  два колеса диаметром от 42 до 100 мм;  две шаровые, или роликовые опоры;  контроллер Arduino UNO или аналог;  драйвер двигателей (на основе микросхемы L298D или аналог);  держатели для двух или трёх Li-ion аккумуляторов типоразмера «18650» или «14500» (в зависимости от номинального напряжения электродвигателей);  регулируемый стабилизатор напряжения (на основе микросхемы GS2678 или XL4015 или их аналогов, обеспечивающий номинальный выходной ток, превышающий ток остановки двух применённых электродвигателей);  выключатель, разрывающий цепь от элементов питания к стабилизатору В качестве платформы не разрешается использовать конструктор с разъемами для однозначного подключения моторов и сенсоров. Рекомендуемые разъемы для электрических соединений – тип BLS Комплект из двух или трёх Li-ion аккумуляторов типоразмера «18650» или «14500». Аккумуляторные батареи должны быть новыми и полностью заряженными Инфракрасный дальномер (10-80 см) Sharp GP2Y0A21 или аналог Ультразвуковой датчик расстояния HC-SR04 или аналог 1

1 +1 запасной комплект на каждых двух участников 1 1

Пассивное крепление для дальномера Аналоговый датчик отражения на основе фототранзисторной оптопары (датчик линии) Серводвигатель с конструктивными элементами для крепления и построения манипулятора для «сталкивания» объектов Кусок жесткой (например, медной) проволоки сечением 1,5-2,5 мм в изоляции или без, длиной не менее 30 см с крепежом на сервопривод Светодиод Тактовая кнопка Резисторы 220Ом, 10 КОм

2 2 2 2 3 2 по 3 шт. каждого номинала Набор в избыточном количестве

Провода перемычки для макетной платы Скобы и кронштейны для крепления датчиков Винты М3 Гайки М3 Шайбы 3 мм Шайбы пружинные 3 мм Стойки для плат шестигранные Соединительные провода Кабельные стяжки (пластиковые хомуты) 2,5х150 мм Кабель USB 1 Практическая работа по робототехнике (инструменты и прочее) В качестве среды разработки допускается использование только Arduino 1 IDЕ без дополнительных установленных библиотек Крестовые отвёртки, подходящие под предоставленный крепёж 2 Плоская отвёртка, подходящая под клеммы модулей 1 Отвёртка с торцевым ключом, подходящим под предоставленный крепёж 1 Маленькие плоскогубцы или утконосы 1 Бокорезы 1 Цифровой мультиметр 1 Распечатанная техническая документация на платы расширения и 1 датчики Зарядное устройство для аккумуляторов типа 18650 или 14500 1 Лист бумаги формата А3 с напечатанной рамкой чертежа и основной 1 надписью в соответствии с ГОСТ 2.104-2006, внутри рамки печать тонкой разметки в клетку 5 мм Карандаш остро заточенный, линейка, стирательная резинка 1  Соревновательный полигон, печать на литом матовом баннере 1 на каждые 10 мест плотностью 510 г/м².  Дополнительные элементы: кубики с ребром около 40±5 мм, 17 шт. (выдача кубика каждому участнику и 7 на полигон)  Круговая стена диаметром и высотой 20 см (из картона или аналогичного материала), жестко закрепленная на полигоне, 2 шт.  Калибровочный фрагмент баннера 200х200 мм с черной разметкой на белом поле аналогичной разметке полигона, 10 шт.

Задание Участнику необходимо собрать робота, составить его электрическую принципиальную схему Э3, написать и отладить программу, обеспечивающую следующий функционал: робот в автономном режиме перемещает объекты в обеих частях полигона зеркально симметрично, в каждой части в три соседние ячейки (рисунки 1 и 2). Задачи для робота   

Начать движение в зоне старт/финиш; при старте все точки вертикальной проекции робота должны находится внутри стартовой зоны. Определить места установки кубиков в обеих частях полигона. Переместить кубики между квадратными зонами в обеих частях полигона так, чтобы номера зон с кубиками в левой части полигона соответствовали номерам зон с кубиками в правой части и в каждой части кубики располагались в трех соседних ячейках. Доставить один непарный кубик в зону старта и остановиться. Примечания

     

 

В каждом раунде 4 кубика в левой части полигона вокруг зелёного круга расположены случайным образом, но не более двух кубиков в соседних ячейках. В каждом раунде 3 кубика в правой части полигона вокруг синего круга расположены только в ячейках с номерами, на которых нет кубиков вокруг зеленого круга. Расположение кубиков определяется жребием. Размеры робота на старте не должны превышать 300х300х300 мм, в процессе выполнения задания размеры робота могут увеличиться. Перед стартом робота не допускается ввод в контроллер данных о расположении кубиков. Робот может начать выполнение задания после включения программы или после нажатия на кнопку, расположенную на роботе; в таком случае на роботе должна быть только одна кнопка. Кубик считается размещенным в квадратном поле, если любая часть его вертикальной проекции находится над этим полем. Остановка на финише засчитывается, если робот полностью объехал оба круга и правильно выполнил задание хотя бы с одним кубиком: переместил кубик в зону с номером, соответствующим кубику в другой части полигона, или доставил любой кубик в зону старта/финиша. Требования к полигону

1. Полигоном является литая баннерная ткань с нанесённой типографским методом разметкой. 2. Стартовая зона находится на центральной линии, которая упирается в стенки вокруг зелёного и синего кругов. 3. Высота стен – 200±10 мм. 4. Как продолжения радиусов кругов расположены линии с Т-образными перекрёстками, на которых находятся пронумерованные квадратные зоны 100х100 мм для размещения кубов. 5. Ширина черных линий 30 мм. 6. Зоной старта/финиша является квадрат 30х30 см, очерченный тонкой желтой линией. 3

7. Размер баннера 240х120 см. 8. Рекомендуемый внешний вид полигона приведен на рисунке 1.

Рис. 1. Пример начального расположения кубов

Рис. 2. Пример правильного выполнения задания

Общие требования  Организаторы практического тура предоставляют шасси робота в собранном виде. Все остальные части робота должны находиться в разобранном состоянии (все детали отдельно). При сборке робота нельзя пользоваться никакими инструкциями (в устной, письменном форме, в виде иллюстраций или в электронном виде), за исключением документации на компоненты, выданной организаторами олимпиады.  В конструкции робота допускается использование только тех деталей, которые выданы организаторами.  Все элементы робота, включая контроллер, систему питания, должны находиться на роботе.  Робот должен быть автономным, т.е. не допускается дистанционное управление роботом.  Перед зачетным заездом участник может поправить кубики в стартовых квадратах, после чего член жюри может внести окончательные поправки.  При зачетном старте робот должен быть включен вручную по команде члена жюри, после чего в работу робота нельзя вмешиваться. Если участник прикоснулся к роботу или полигону во время заезда, попытка немедленно останавливается и производится подсчет набранных баллов.  Зачетный заезд длится максимум 180 секунд, после чего, если робот еще не остановился, он должен быть остановлен вручную по команде члена жюри, зафиксировано его местоположение.  В том случае, если робот полностью выехал за пределы полигона, заезд прекращается, производится подсчет баллов.  Количество пробных стартов не ограничено.  В случае выхода из строя оборудования не по вине участника время подготовки участника приостанавливается до момента замены оборудования на работоспособное. Порядок проведения Каждому участнику должно быть дано две попытки. Первая попытка – через 120 минут после начала выполнения задания, вторая – через 60 минут после окончания первой попытки. Перед попыткой все участники сдают роботов судьям и забирают обратно только после завершения всех заездов попытки. Участник может отказаться от попытки, но робота сдает в любом случае. После каждой сдачи всех роботов в карантин судьями вытягивается жребий с расположением объектов один раз для всех участников попытки. В процессе выполнения попытки участнику разрешен один перезапуск не позднее 30 с после начала выполнения попытки. В этом случае набранные баллы первого запуска данной попытки не учитываются. При перезапуске участник может поправить конструкцию и электрические соединения робота, поменять батарейки, на что дается 1 минута. Использовать компьютер нельзя. В зачет идет результат лучшей попытки, результаты вносятся в протокол сразу. Программы, схемы и роботы сдаются участниками жюри после завершения всех попыток. Оценивание корректности программ, схем и конструкций производится жюри без участников. Каждый час производится перерыв на 10 минут с выходом учащихся и проветриванием помещения. Время перерыва не входит во время подготовки участников.

Карта контроля для 11 классов Номер участника: _________________________

№ п/п 1

Макс. балл

Критерии оценивания

Робот полностью выехал со старта (все точки вертикальной проекции робота покинули стартовую зону) Робот последовательно объехал зеленую и синюю зоны, каждый раз возвращаясь на соединяющую их линию Кубы размещены в паре квадратных зон одного номера (любой точкой вертикальной проекции кубы размещены в зонах соответствующего номера) Три куба вокруг круга размещены в трех соседних клетках

1*2

4*3

2*2

Робот разместил куб в зоне старта (любой точкой вертикальной проекции куб размещен внутри стартовой зоны)

Робот остановился в зоне старта (любой опорой робот находится внутри зоны старта/финиша) после полного выполнения задания п.2 и частичного выполнения п.3 или п.5

Составлена электрическая принципиальная схема Э3 робота на базе Arduino (в соответствии с ГОСТ 2.702-2011)

Код программы оптимизирован (в коде используются циклы, ветвления, регуляторы). Код взаимосвязан с заданием и выполняет осмысленные действия Читаемость кода (наличие комментариев к основным блокам кода, информативные имена переменных, выделение отступами циклов и т.д.) Отсутствие грубых ошибок в конструкции робота (незакрепленные или плохо закрепленные части, провод касается колеса и пола, шины соприкасаются с деталями шасси и т.д.) Максимальные баллы:

10

Кол-во баллов, выставленных членами жюри 1 по- 2 по- Лучшая пытка пытка попытка

35

Итого: