Олимпиада по робототехнике 11 класс — заключительный этап ВсОШ 2023/2024: задания и ответы
Официальный комплект заключительного этапа Всероссийской олимпиады школьников по робототехнике для 11 класса (2023/2024 учебный год). Задания и решения с критериями оценивания — скачайте PDF или прорешайте онлайн по тексту ниже.
Задания — текст для прорешивания
Текст извлечён из официального PDF автоматически: формулы, таблицы и рисунки могут отображаться неточно — сверяйтесь с документом выше.
Задания — теор.
ВСЕРОССИЙСКАЯ ОЛИМПИАДА ШКОЛЬНИКОВ ПО ТЕХНОЛОГИИ ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ТУР
11 класс Профиль «Робототехника» Уважаемый участник олимпиады! Вам предстоит выполнить теоретические и тестовые задания. Время выполнения заданий теоретического тура 150 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; 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. Вы решили построить кирпичный дом. Вам нужно 9 тонн кирпича. Каждый кирпич имеет массу 3 кг. У первого поставщика один кирпич стоит 13,5 руб., а доставка обойдется в 5000 руб. У второго поставщика один кирпич стоит 14,5 руб., а доставка обойдется в 3000 руб. При этом, при заказе у второго поставщика на сумму более чем 40 000 руб. он готов сделать скидку на услугу доставки 50 %. Рассчитайте наименьшую сумму заказа 9 тонн кирпича с доставкой. В ответе укажите только целое число без пробелов (итоговая стоимость в рублях). 2. Согласно межгосударственному стандарту ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038:2009) «Напряжения стандартные», сетевое напряжение должно составлять 230 В ± 10 % при частоте 50±0,2 Гц (межфазное напряжение 400 В). Укажите минимальное значение напряжения, на которое должен быть рассчитан трехфазный электроприбор, подключаемый к данной сети (без учета коэффициента запаса). Ответ дайте в Вольтах. 3. Впишите названия новых профессий, опираясь на их описания. Специалист – дизайнер, который создает для туристов «информационные ландшафты» (картинки, описания, видео) с учетом реалий региона, типов потребителей и популярных на текущий момент направлений в туристической индустрии. Х
Профессионал, который медицинских и других целей. Р
Т создает
микроскопических
роботов
для
4. Установите правильное соответствие между русскими изобретателями, годами жизни и сферой их научно-технической деятельности, указав в таблице арабскую и римскую цифры. А Б
Иван Кулибин Владимир Зворыкин
1 2
1847-1894 1825-1890
Александр Можайский
1889-1982
Павел Яблочков
1735-1818
Авиация Разработка электрических свечей III Создание часовых механизмов IV Телевидение I II
5. Создавая робота-грузчика, проводят анализ пар элементов стыковки плоских фигур: «точка – точка» (1-2), «прямая – прямая» (3-4), «точка – прямая» (5) и т.п. Какие геометрические тела и тела вращения будут соответствовать элементам стыковки плоских фигур в системе точка-прямая (5).
Специальная часть 6. Манипуляторы представляют собой многозвенные механизмы, соединённые друг с другом шарнирными или телескопическими элементами, обеспечивающими возвратно-поступательные или вращательные движения. Универсальность манипулятора оценивается его способностью перемещаться в пространстве. С помощью кинематических схем показывают, как происходит передача движения между элементами манипулятора. Звенья и кинематические пары показывают на кинематических схемах с помощью условных обозначений (см. таблицу 1). Таблица 1. Условные обозначения для кинематических схем Элемент
Эскиз
Звено (стержень) Неподвижное закрепление звена Поступательная кинематическая пара Вращательная кинематическая пара Рабочий орган манипулятора (схват) Рассмотрите приведённые кинематические схемы (рис. 1). 3
Рисунок 1. Кинематические схемы. 6.1. Определите, какую форму имеет рабочая область манипулятора, кинематическая схема которого представлена на рисунке Л? Выберите из предложенных вариантов один. А) Отрезок; Б) Сектор шара; В) Сектор круга; Г) Сектор кольца; Д) Сектор конуса; Е) Прямоугольник; Ж) Дуга окружности; З) Прямоугольный параллелепипед; И) Сектор прямого полого цилиндра; К) Сектор прямого сплошного цилиндра. 6.2. Среди приведённых кинематических схем манипуляторов укажите те, на которых представлены манипуляторы, у которых рабочая зона имеет ту же форму, что и у манипулятора, изображённого на схеме А. В ответ запишите последовательность заглавных букв по алфавите без разделителей и пробелов, например, БВГДЕЖЗИКЛМ. Саму букву А указывать не надо. 4
6.3. Среди предложенных кинематических схем манипуляторов укажите те, рабочая область которых представляет собой объёмное тело. В ответ запишите последовательность заглавных букв по алфавиту без разделителей и пробелов, например, АБВГДЕЖЗИКЛМ. 6.4. Рассмотрите предложенную кинематическую схему №1 (рис. 2).
Рисунок 2. Кинематическая схема №1. Определите площадь рабочей области манипулятора, изображённого на данной схеме. Параметры, необходимые для расчёта, возьмите из таблицы 2. Хват размещен непосредственно на кинематической паре. Таблица 2. Параметры для расчета. a 10 см
b 0,2 м
с 50 см
d 0,9 м
Ф 240°
π 3,14
Ответ дайте в квадратных дециметрах, приведя результат с точностью до целых. В ответ запишите только число. Округление стоит производить только при получении финального ответа. Ответы: 6.1) З (вес 0,5 б.) 6.2) БИ (вес 1 б.) 6.3) ДЖЛМ (вес 1 б.) 6.4) (вес 2 б.) 7. Робот оснащён двумя отдельно управляемыми колёсами, диаметр каждого из колёс робота равен 6 см. Левым колесом управляет мотор А, правым колесом управляет мотор В (см. рис. 3). 5
Рисунок 3. Схема робота. Колёса напрямую подсоединены к моторам. Маркер закреплён посередине между колёс. Ширина колеи робота равна 30 см. Моторы на роботе установлены так, что если обе оси повернутся на 10°, то робот проедет прямо вперёд. При расчётах примите π≈3,14. Округление стоит производить только при получении финального ответа. На роботе запустили программу. В начале работы программы энкодеры моторов были обнулены. Дальнейшее изменение показаний энкодеров показано на диаграммах (рис. 4 и рис. 5):
Рисунок 4. Диаграмма показаний энкодера мотора А.
Рисунок 5. Диаграмма показаний энкодера мотора В. По горизонтали отложены время в секундах. Значения на диаграмме даны в градусах. Если между измерениями показания энкодеров менялись, то они менялись равномерно. 7.1. Определите отрезок времени, когда робот совершал второй проезд прямо. 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. Определите, какое движение робот совершал с 15 по 20 секунду. Если робот совершает поворот, то направление поворота определяется относительно его направления вперёд. Выберите из предложенных вариантов. А) Робот не двигался; Б) Проезд прямо назад; В) Проезд прямо вперёд; Г) Танковый поворот налево; Д) Танковый поворот направо; Е) Поворот вокруг колеса А налево; Ж) Поворот вокруг колеса В налево; З) Поворот вокруг колеса А направо; И) Поворот вокруг колеса В направо. 7.3. Определите градусную меру угла, на которую повернулся робот при первом танковом развороте. Ответ дайте в градусах, приведя результат с точностью до целых. 7.4. Определите длину линии, которую робот начертил при третьем проезде прямо. Ответ дайте в сантиметрах с точностью до целых. 7.5. Определите длину линии, которую робот начертил с 30 с по 35 с. Ответ дайте в сантиметрах с точностью до целых. 7.6. Определите площадь фигуры, которую начертил робот за всё время выполнения программы. Ответ дайте в квадратных дециметрах, приведя результат с точностью до целых. Ответы: 7.1) 10,15 (вес 0,5 б.) 7.2) И (вес 0,5 б.) 7.3) 90 (вес 0,5 б.) 7.4) 38 (вес 0,5 б.) 7.5) 31(вес 1,5 б.) 7
7.6) 75 (вес 2 б.) 8. В Политехническом музее в Москве можно увидеть в качестве экспоната робота-экскурсовода по имени Сепулька, который был изготовлен в 1962 году советскими инженерами опытно‑ экспериментальной фабрики наглядных пособий и демонстрационной аппаратуры общества «Знание» (рис. 6). Корпус робота состоит из пластмассовой трубы, сверху которой находится “голова” - большой шар с антенной.
Рисунок 6. Робот экскурсовод в Политехническом музее. Москва, 1969 г. Сепулька транслировал рассказ экскурсовода - звук, заранее записанный на магнитную ленту. Для управления Сепулькой применялся специальный радиопульт. Робот питался от аккумуляторов НКН-10, расположенных в средней части туловища. Сепулька имитировал ходьбу при помощи пластиковых колпаков-ботинок, которыми прикрыты колеса, приводимые в движение электромоторами. Габаритные размеры Сепульки - 700×500×1750 мм, масса - 49 кг. 8.1. Представим, что Вам поручено модернизировать робота, а именно, подобрать для него два новых двигателя, исходя из следующих условий: - мобильная платформа имеет двухмоторный дифференциальный привод, - диаметр каждого из двух ведущих колес составит 15 см, - шины резиновые, - скорость движения робота не менее 0,5 м/с, 8
- вес робота при модернизации не изменится. Произведите необходимые расчеты технических характеристик двигателей, а именно, скорости вращения (об/мин) и крутящего момента (кгс·см). Вычислите минимально возможные целые значения данных характеристик для того, чтобы Сепулька мог сдвинуться с места и начать движение. В ответе укажите два числа через запятую: первое число – минимально возможное значение скорости вращения двигателя, второе число – необходимый крутящий момент. Коэффициент трения покоя примите равным 0,6. 8.2. Представим, что в ходе модернизации на робота были добавлены лазерные датчики расстояния, но в музее есть зал со стеклянными стенами, расстояние до которых датчики не могут обнаружить. Вам поручено написать алгоритм локализации Сепульки в этом зале, но для начала Вы решили рассмотреть частный случай. Вам известны координаты расположения двух экспонатов в этом зале: X1=300; Y1=350, X2=X1; Y2=200 (рис. 7).
Рисунок 7. Робот и экспонаты в зале.
С помощью дальномеров робот измерил расстояния до экспонатов: m=200, n=160. Ваша задача определить координаты робота в этом зале, если известно, что координата Y робота меньше, чем Y2. Ответ округлить до целых. Ответ записать в виде: (X; Y). 9
8.3. Представим, что электроника и механика робота была модернизирована, осталось подобрать аккумулятор, так как существующий НКН-10 устарел и выработал свой ресурс. В техническом здании сказано: «автономный источник питания должен состоять из параллельных цепей, состоящих из последовательно соединенных Li-ion элементов питания типоразмера 18650». Емкость каждого из элементов питания, доступных Вам – 3200 мАч. Вам необходимо подобрать минимально необходимую конфигурацию (критерий минимальности определяется по количеству элементов питания) сборки элементов питания для функционирования робота в течение 45 минут, чтобы он смог провести экскурсию. Элементы питания можно подключать как последовательно, так и параллельно. Моторы питаются напрямую от автономного источника питания. Принять КПД всех понижающих преобразователей напряжения = 100%, повышающих преобразователей в роботе не используется. Ответ указать в формате nSmP, где n – количество элементов питания, подключенных последовательно в цепи, а m – число параллельных цепей. Потребление и рабочие напряжения компонентов указаны в таблице 3. Таблица 3. Потребление и рабочие напряжения компонентов Рабочее Наименование
напряжение (В)
Потребляемый ток
Количество
Максимальное
(мА)
(шт)
8000
напряжение (В) Двигатель
25 35
Речевая установка
12
4000
Одноплатный компьютер
5000
Датчики расстояния
50
Светодиодная подсветка
10
2750
Ответы: 8.1) 64,111 (вес 2 б.) 8.2) (142;227) (вес 1 б.) 8.3) 8S4P (вес 1 б.) 9. К выставке современного кибернетического искусства Никитой был представлен новый сверхбыстрый робот-художник. Посетителям выставки 10
был предложен интерактивный аттракцион. На сенсорном экране следовало нарисовать скорости левого и правого колес как функцию времени. После чего они могли насладится замечательными траекториями, которые нарисовал робот. В качестве сувенира участникам аттракциона планировалось отдать графики скоростей колес и траекторию, однако файлы перепутались, и Никита должен вручную сопоставить соответствующие графики. Помогите ему это сделать. Робот представляет из себя двухколесную тележку с радиусом колес (WheelRadius) 5 см и шириной базы (TrackWidth) 20 см (рис. 8).
Рисунок 8. Двухколесная тележка. 9.1. В левом столбце представлены графики угловых скоростей в радианах в секунду в зависимости от времени в секундах. В правом столбце представлены траектории движения робота. Необходимо сопоставить графики скоростей с траекториями. Ответ представьте в виде А1Б2В3Д4. Таблица 4. Графики угловых скоростей и траектории движения робота А
2 11
Ответы: 9.1) А4Б3В1Г2 (вес 2 б.)
12
10.На координатной плоскости расположены три Базовых Станции (БС), с известными координатами (xб;yб). Необходимо найти местонахождение дрона (xд;yд). Встроенные часы дрона сбились, но, известны интервалы времени, через которые радиосигналы, отправленные одновременно от каждой станции, достигали беспилотника. Радиус покрытия соты от Базовой Станции (БС) 5 км. (частота 6 ГГц). Скорость распространения радиосигнала считать за 300000 км/с. 10.1. Определите координаты квадрокоптера с точностью до километра, если: координаты БС следующие 1) (-1; 2), 2) (4; 1), 3) (3; 6) км; радиосигналы от БС до дрона дошли последовательно от первой, третьей и второй через следующие интервалы: задержка между сигналами второй и первой станций 8,6 мкс, между сигналами третьей и первой станций 0,4 мкс; известно, что расстояние между дроном и первой базовой станцией 4 км. Ответы: 10.1) 3, 2 (вес 2 б.)
11.Робот представляет из себя платформу с дифференциальным приводом (рис. 9). Масса робота за исключением колёс и моторов составляет . Колёса являются идеальными цилиндрами с радиусом , шириной и массой . Считайте, что масса колеса равномерно распределена по всему объёму колеса. Робот должен обладать возможностью двигаться с ускорением . В роботе для обоих колёс должны использоваться одинаковые моторы. Трение качения не учитывать.
13
Рисунок 9. Вид на робота сбоку. 11.1. Из таблицы 5 выберите моторы подходящие для этого робота. В ответ запишите номер выбранного мотора. Если условию удовлетворяют несколько моторов, выберите мотор, обладающий минимальным крутящим моментом. Считайте, что при движении робота отсутствует трение в волокуше, а колёса никогда не проскальзывают. Таблица 5. - момент, развиваемый Номер мотора мотором, н*м 1 2 2 15 3 8 4 5 5 30
Ответ: 1) 2 (вес 2 б.)
14
- масса мотора, кг 1 10 3 10 20
Задания — прак.
Практическое задание для проведения заключительного этапа Всероссийской олимпиады школьников по технологии 2023 / 2024 года Робототехника, 11 класс Навигация роботов и перемещение объектов Материальное обеспечение Макетная плата не менее 170 точек (плата прототипирования) и Arduino совместимая плата расширения (шилд) для подключения датчиков и сервопривода 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 200 мм; два коллекторных электродвигателя с металлическими редукторами, инкрементными энкодерами, припаянными проводами и следующими характеристиками: ◦ максимальный ток (ток остановки) не превышает 2А; ◦ номинальное напряжение 12 В; ◦ крутящий момент обеспечивает старт платформы на 30% мощности; ◦ диаметр 25±5 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 70-100 мм; две шаровые или роликовые опоры; контроллер Arduino UNO или полностью совместимый аналог на базе микроконтроллера ATmega328 с записанным загрузчиком для программирования из среды Arduino IDE; драйвер двигателей Arduino совместимого форм-фактора, являющийся платой расширения, устанавливающейся непосредственно в разъём платы контроллера (на основе микросхемы L298D или аналог); шестигранные стойки для крепления плат в достаточном количестве держатели для трёх Li-ion аккумуляторов типоразмера "18650" или "14500"; 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 1
Комплект из трёх Li-ion аккумуляторов типоразмера "18650" или 1 комплект "14500". Аккумуляторные батареи должны быть новыми или не потерявшими изначальную ёмкость более чем на 20% и полностью заряженными Инфракрасный дальномер (10-80 см) Sharp GP2Y0A21 или аналог 1 Ультразвуковой датчик расстояния HC-SR04 или 1 аналог Пассивное крепление для дальномера 2 Аналоговый датчик отражения на основе фототранзисторной оптопары 3 (датчик линии) Серводвигатель с конструктивными элементами для крепления и 2 построения манипулятора Светодиод 3 Тактовая кнопка 2 Резисторы 220Ом, 10 КОм по 3 шт. каждого номинала Провода перемычки для макетной платы комплект Скобы и кронштейны для крепления датчиков (в избыточном комплект количестве) Винты М3 (в избыточном количестве) комплект Гайки М3 (в избыточном количестве)
комплект
Шайбы 3 мм (в избыточном количестве)
комплект
Шайбы пружинные 3 мм (в избыточном количестве)
комплект
Соединительные провода (в избыточном количестве)
комплект
Кабельные стяжки (пластиковые хомуты) 2,5х150 мм (в избыточном комплект количестве) Практическая работа по робототехнике (инструменты и прочее) Кабель USB ПЭВМ с установленным программным обеспечением Arduino IDE версии 1.8.19 и Arduino IDE 2.X.X, а также установленными драйверами, подходящими к предоставленному контроллеру для программирования робота В качестве среды разработки допускается использование только Arduino IDЕ без дополнительных установленных библиотек Крестовые отвёртки, подходящие под предоставленный крепёж
1 1
комплект
Плоская отвёртка, подходящая под клеммы модулей
Маленькие плоскогубцы или утконосы
Бокорезы
Цифровой мультиметр
Распечатанная техническая документация на платы расширения и датчики Зарядное устройство для аккумуляторов типа 18650 или 14500
комплект
Соревновательный полигон, комплект на 6 участников: Печать в типографии на литом матовом баннере плотностью 510 г/м2. (Рекомендован баннер FX FLEX Frontlit, литой, матовый, 510 г/м2 или аналог) – 1 шт. на 6 участников Калибровочный фрагмент литого матового баннера 300х300 мм с черной разметкой на белом поле аналогичной разметке полигона, 6 шт., выдается каждому участнику Дополнительные элементы: кубики с ребром около 40 мм (±3 мм) – 12 шт. Материал: пластик, дерево или картон. Пластиковые кубики с одной стороны можно оклеить бумагой (малярной лентой) по запросу участников для лучшего обнаружения датчиком. Каждому участнику выдается кубик для тестирования рейки деревянные или ДСП (стенки) 50х400х16 мм – 1 шт., 150х400х16 мм – 3 шт., возможны отклонения в размерах до 5% и по толщине до 25%. Лист бумаги для выполнения технического рисунка (формат А3, с нанесённой печатным способом рамкой чертежа, основной надписью, а так же клеткой с шагом 5 мм, выполненной тонкими серыми линиями) Линейка, карандаш, стирательная резинка
Задание Участнику необходимо собрать робота, составить его электрическую принципиальную схему Э3, написать и отладить программу, обеспечивающую функционал робота в соответствии с задачами. Задачи для робота
Начать движение в зоне старта/финиша; при старте все точки вертикальной проекции робота должны находится внутри стартовой зоны. Определить места установки кубиков. Переместить кубики с центральной вертикальной линии в зону, ограниченную стенами. Переместить остальные кубики так, чтобы они заняли места, симметричные местам первоначальной расстановки кубиков относительно центральной вертикальной линии. Вернуться в зону старта/финиша и остановиться. Примечания
Размеры робота на старте не должны превышать 300х300х300 мм, в процессе выполнения задания размеры робота могут увеличиться. На поле расположено 6 кубов, на центральной вертикальной линии кубик стоит на кубике, на остальных линиях по одному кубику. На верхней горизонтальной линии одиночных кубиков нет. Перед стартом робота не допускается ввод в контроллер данных о расположении кубов; Куб считается размещенным в зоне, если любая часть его вертикальной проекции находится над этой зоной. При этом куб может располагаться на баннере, роботе, или стене. Учитывается финальное расположение всех кубов на полигоне после остановки робота; Робот считается находящимся в зоне финиша, если он любой опорой находится в этой зоне. Требования к полигону
1. Полигоном является литая баннерная ткань с нанесённой типографским методом разметкой. 2. Ширина линий – 30 мм. 3. Расстояние между перекрёстками – 300 мм. 4. Размер зоны старта/финиша – 400x400 мм. 5. Размер зоны, ограниченной стенами – 400х400 мм. 6. Высота низкой стены со стороны старта (светло-коричневая) 50 мм. 7. Высота высокой стены (тёмно-коричневая) 150 мм. 8. Сторона куба 40±3 мм. 9. Размер баннера 2200х1200 мм (±5%). 10. 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. Если робот съехал с линии (вертикальная проекция робота не над линией), попытка немедленно останавливается и производится подсчет набранных баллов. 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. На второй попытке использованный на первой попытке жребий удаляется. 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. Все элементы на поле перед перезапуском расставляются на исходные позиции. 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. 6
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 доставил кубы с центральной линии в зону, огражденную стенами (робот провез куб через зону старта +2, робот разместил куб в зоне за стенами +3) Куб размещен симметрично относительно центральной вертикальной линии изначальному положению куба с другой стороны (любой точкой вертикальной проекции кубы размещены в соответствующих зонах) Робот остановился в зоне старта (любой опорой робот находится внутри зоны старта/финиша) после выполнения задания п. 2 или п.3 на положительное количество баллов
(2+3)*2 =10 4*3=12
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:
Кол-во баллов, выставленных членами жюри 1 по- 2 по- Лучшая пытка пытка попытка
35
Итого:
Ответы и решения — показать
Официальные ответы и критерии оценивания жюри. Сначала решите задания самостоятельно.
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ И КЛЮЧИ ВЫПОЛНЕННЫХ ОЛИМПИАДНЫХ ЗАДАНИЙ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ТУРА заключительного этапа всероссийской олимпиады школьников по технологии 11 класс 2023-2024 учебный год Профиль «Робототехника»
Москва 2024 г. 1
По теоретическому туру максимальная оценка результатов участника 9 класса определяется арифметической суммой всех баллов, полученных за выполнение заданий и не должна превышать 25 баллов. Каждый ответ оценивается как правильный, если полностью совпадает с ключом; как частично правильный, если содержит верное рассуждение, существенно приближающее к решению; как неправильный, если отличается от ключа или отсутствует. Каждый правильный или частично правильный ответ имеет свой вес: 0,5 балла, 1 балл, 1,5 балла, 2 балла. В специальной части участникам предлагается 5 задач с несколькими заданиями в каждой. Общая часть 1. ОТВЕТ (1,5 балла): 45000 руб. 2. ОТВЕТ (0,5 балла): 360 В РЕШЕНИЕ: 400 В – 10 % (т. к. потребитель трехфазный) = 360 В 3. ОТВЕТ (1 балл): 1 – архитектор территорий, 2 – разработчик нанороботов 4. ОТВЕТ: (1,5 балла) А 4 III Б 3 IV В 2 I Г 1 II 5. ОТВЕТ (0,5 балла): конус - трёхгранная призма / конус - параллелепипед / конус – треугольная призма / конус – четырехугольная призма/ конусцилиндр Специальная часть Кинематические схемы 6. Ответ: З (вес 0,5 б.) Решение На кинематической схеме манипулятора изображен три поступательных кинематических пары, расположенных взаимно перпендикулярно. Таким образом, рабочая область представляет собой параллелепипед. Ответ: З. 7. Ответ: БИ (вес 1 б.) 2
Решение На кинематической схеме А изображены две поступательные кинематические пары, соединённые под прямым углом. Рабочая зона манипулятора имеет форму прямоугольника. Соответственно, прямоугольную рабочую область имеют и манипуляторы, схемы которых представлены под буквами Б и И. Ответ: БИ; 8. Ответ: ДЖЛМ (вес 1 б.) Решение Чтобы рабочая область была объёмной, на схеме должны располагаться либо три поступательных кинематических пары, либо не менее двух поступательных кинематических пар и одной вращательной. При этом, следует учитывать, что ни одна из трёх поступательных кинематических пар не должна лежать в плоскости, которую образуют две оставшиеся поступательные кинематические пары. Для манипуляторов с одной вращательной кинематической парой следует учесть, что ось вращения вращательной кинематической пары должна быть параллельна плоскости, которую образуют две поступательные кинематические пары. Данным требованиям удовлетворяют схемы манипуляторов под буквами Д, Ж, Л и М. Ответ:ДЖЛМ. 9. Ответ:
(вес 2 б.)
Решение Рабочая область данного манипулятора будет иметь вид двух секторов кругов разного радиуса:
Площадь данной фигуры можно посчитать по формуле: Посчитаем площадь рабочей области: 50 см = 5 дм, 0,9 м = 9 дм, Ф=240° ,
Диаграммы показаний энкодеров 10.Ответ: 10,15 (вес 0,5 б.) Решение При проезде прямо колеса робота поворачиваются в одном направлении на одинаковое число градусов. По диаграммам видно, что второй проезд прямо робот совершал с 10 по 15 секунду. 11.Ответ: И (вес 0,5 б.) Решение С 15 по 20 секунду показания энкодера мотора А растут, а показания энкодера мотора В не меняются. Значит, робот совершает поворот вокруг колеса В направо. Ответ И. 12.Ответ: 90° (вес 0,5 б.) Решение Посчитаем угол поворота робота при первом танковом развороте: (5490° — 5040°)*6 : 30 = 90° 13.Ответ: 38 см (вес 0,5 б.) Решение Посчитаем длину линии, которую робот начертил при третьем проезде прямо: 14.Ответ: 31 см (вес 1,5 б.) Решение С 30 по 35 секунду показания на энкодере мотора А растут, а показания на энкодере В уменьшаются. По модулю изменения показаний энкодеров не равны. Значит, точка с маркером движется по дуге окружности, радиус которой меньше колеи, при этом колесо А описывает окружность большего радиуса, чем колесо В и колесо В движется назад.
Решив данные уравнения в системе, получим, что: Робот начертит дугу окружности радиуса 10 см. 4
Посчитаем градусную меру дуги окружности: Посчитаем длину дуги, которую робот начертил при повороте с 30 по 35 секунды:
15.Ответ: 75
(вес 2 б.)
Решение Проанализировав диаграммы, можно заметить, что робот начертит следующую фигуру:
Данная фигура состоит из половины круга радиуса 10 см, двух четвертей круга радиуса 15 см, большого прямоугольника и маленького прямоугольника. Площадь фигуры будет равна:
Сепулька 16.Ответ: 64,111 (вес 2 б.) Решение: Обороты двигателя: За минуту робот проедет 60*0.5=30 м За один оборот колеса робот проедет 3.14*0.15=0.471 м 5
30:0,471=63,694=64 об/мин Крутящий момент двигателя: Масса робота – 49 кг Вес робота 49*9.8=480,2 Н Нагрузка 480,2:2=240.1 Н, т. к. 2 мотор-колеса Сила трения покоя 0.6*240,1=144,06 Н Момент=Сила*рычаг=144.06*0.15/2=10.8045 Н м=110,18кгс см
17.Ответ: (142;227) (вес 1 б.) Решение
Подставим значения: 142,2946 ≈ 142
18.Ответ: 8S4P (вес 1 б.) Решение Для каждого потребителя из таблицы вычисляется мощность по формуле:
P двигателей = 400 Вт P речевой установки = 48 Вт Р одноп.комп. = 25 Вт Р датч.расст. = 1 Вт Р светодиодн.подсв. = 27,5 Вт Суммарная мощность всех потребителей: P сумм = 501,5 Вт 35 В - максимально допустимое напряжение двигателя (потребителя с наибольшим напряжением). 8 - ближайшее наименьшее кратное к 35, т. к. 4,2 В * 8 = 33,6 В. Следовательно, в аккумуляторной сборке 8 элементов питания, подключенных последовательно. Номинальное напряжение элемента питания составляет 3,7 В. Значит : 8 * 3,7 = 29,6 В Необходимая емкость аккумулятора для работы потребителей в течение всей экскурсии (по условию 1,5 ч): = (501,5 * 0,75) / 29,6 =12,7069 Ач Минимально необходимое количество элементов питания (k): k = 12,7069 / 3,2 = 3,97 ≈ 4 штук. 7
Робот-художник 19. Ответ: А4Б3В1Г2 (вес 2 б.) Беспилотник 20. Ответ: РЕШЕНИЙ НЕТ (вес 2 б.) или (3;2) (вес 1 б.) или (-1;6) (вес 1 б.) или (-1;5) (вес 1 б.) или (0;6) (вес 1 б.) Решение Для начала обозначим на декартовой системе координат базовые станции:
Вычислим расстояния от станций до дрона. Пусть s1 = 4 км, а c – скорость света. От первой станции сигнал дошел за время: t = s1: c = 4 : (3*105) * 106 = 4 : 0,3 ≈ 13,3 мкс Расстояние от дрона до второй станции: s2 = (4 : 0,3 + 8,6) * 0,3 = 6,58 км Расстояние от дрона до третьей станции: s3 = (4 : 0,3 + 0,4) * 0,3= 4,12 км Построим окружности из центра базовых станций с вычисленными радиусами: 8
Исходя из радиуса покрытия соты от Базовой станции, получаем несоответствие: сигнал от второй станции не мог дойти из-за расстояния до нее более 5 км. Следовательно, получаем ответ: у задачи нет решения. При частичном решении 1 балл (50%) дается в случае, если найдены координаты точки пересечения двух окружностей, которые при определенных допущениях могли бы быть координатами дрона. Тележка 21. ОТВЕТ: 2 (вес 2 б.) Решение Для того, чтобы робот мог двигаться с заданным ускорением моторы должны создать крутящий момент, за счёт которого начнут вращаться колёса. Предполагая, что колёса не проскальзывают, это будет означать что линейное ускорение робота будет прямо пропорционально угловому ускорению колёс. Рассчитаем требуемое угловое ускорение колёс:
Колёса обладают моментом инерции:
Угловое ускорение колеса связано с его моментом инерции через закон Ньютона для вращательного движения:
Мы получили величину крутящего момента, которая необходима для вращения колеса с необходимым ускорением. Рассчитаем величину крутящего момента , необходимую, для разгона платформы робота. Для этого сначала вычислим необходимую силу:
, где
- масса мотора.
Найдём момент, который должно будет развить каждое колесо, чтобы обеспечить нужную силу:
Получаем, что каждый из двух моторов должен развить момент:
Для каждого из предложенных моторов запишем разницу между развиваемым им моментом и требуемым моментом. Выберем мотор, для которого полученная разница будет минимальной, но не отрицательной. Вычислим разницу между развиваемым мотором моментом и требуемым моментом: Мотор 1: -4,75нм Мотор 2: 1,5нм Мотор 3: -0,25нм Мотор 4: -8,5нм Мотор 5: 9нм Выбираем мотор 2.
10