Приложение 3. Единое техническое задание

Приложение 3 к требованиям к проведению регионального этапа 2026/27.

Участникам всероссийской олимпиады школьников по информатике, в профиле Робототехника, для проектного тура необходимо самостоятельно разработать и изготовить инженерный проект по Единому техническому заданию (далее ЕТЗ). От участников потребуется уметь модифицировать свое устройство, выполненное в соответствии с ЕТЗ, в пределах требований и продемонстрировать его работоспособность в ходе проведения испытаний непосредственно на проектном туре.

Модификация может заключаться в изменении алгоритма работы, настройке под конкретные условия тура, коммутации компонентов, выданных организаторами.

В проектном туре оценивается только выполнение задания, выданного организаторами.

1. Функционал устройства

Необходимо разработать и изготовить робототехническое устройство, которое само определяет положение шашек на операционном поле, захватывает их, переносит и устанавливает в клетки, заданные условием задачи (см. рис 1. Испытательный полигон). Необходимые параметры для выполнения задачи вводятся заранее, перед началом выполнения программы. Выполнение задачи начинается по кнопке «Старт» на устройстве. Пока горит красный индикатор, устройство работает полностью автономно.

1.1. Функционал по этапам и классам

РЭ — требуется начиная с регионального этапа; ЗЭ — только на заключительном этапе; «–» — не требуется. На региональном этапе шашки ставятся только по одной в клетку.

1.2. Ключевые параметры

2. Полигон, операционное поле и шашки

2.1. Испытательный полигон

Полигон — горизонтальная поверхность 600 × 500 мм (рис. 1). Устройство устанавливается в зоне размещения (п. 3.1). В центре области операционного поля закрепляется лист с операционным полем. Шаблон полигона для печати — приложение Б.

• допуск на размеры зон — ±3 мм; цвета на рисунке условные, материал и цвет поверхности полигона могут быть любыми;

• устройство работает при общем освещении помещения любого уровня и равномерности; при необходимости оно может иметь собственную подсветку;

• ноутбук участника стоит на столе рядом с полигоном; Необходимо рассчитывать на размеры столешницы не менее 500 × 1000 мм.

Рис. 1. Испытательный полигон (размеры в мм). Синим показаны оси координат операционного поля.

2.2. Операционное поле и координаты

Операционное поле печатается на листе А4 (не менее 80 г/м², масштаб 1:1) и закрепляется в центре области операционного поля в ориентации как указано на рис. 1: столбец отбоя — у верхней полосы зоны 2, метка id 27 — у правого нижнего угла листа. Лист крепится прозрачным скотчем только по краям: клетки, столбец отбоя и метки остаются открытыми. Отклонение положения листа — до 5 мм, поворот — до 3°.

• метки ArUco (словарь DICT_4X4_50, 18 × 18 мм): id 27 — под столбцом 0, id 28 — под столбцом 8, id 29 — в столбце отбоя на уровне строки Е; центры меток лежат в узлах той же сетки с шагом 28 мм, что и центры клеток;

• начало координат O — центр метки id 27; ось OX — вдоль длинной стороны листа, от метки id 27 к метке id 28; ось OY— вдоль короткой стороны, от метки id 27 к клеткам; координаты — в миллиметрах;

• рабочая область — 9 × 6 клеток 28 × 28 мм, разделенных тонкими красными линиями; в центре каждой клетки — черный круг Ø 6 мм и зеленая пунктирная окружность Ø 24,5 мм; слева и сверху сетку ограничивают черные полосы шириной 6 мм;

• обозначение клетки — буква строки и номер столбца, например Б3: строки А…Е подписаны справа от поля (А — ближайшая к меткам id 27 и 28), столбцы 0…8 — под полем; центр клетки: X = 28·n мм, Y = 28·k мм, где n — номер столбца, k — номер строки (А = 1, Б = 2, …, Е = 6);

• столбец отбоя (буфер) — пять зеленых окружностей справа от поля в строках А…Д (столбец 9: X = 252 мм, Y = 28·k мм); в отбой шашки временно убираются, если это предусмотрено условием задачи;

• служебная область — пространство под полем с шифром, зарезервированное организаторами; ставить на него шашки не допускается.

Рис. 2. Операционное поле: метки ArUco, оси координат и обозначение клеток (выделена клетка Б3: X = 84 мм, Y = 56 мм).

2.3. Шашка

• пластиковая деталь, напечатанная на 3D-принтере: Ø 26 мм, высота 5 мм, толщина крышки 0,8 мм, допуск ±0,5 мм;

• внутри — стальная увеличенная шайба М8 (ГОСТ 6958-78, 24 × 8,4 × 2 мм), прилегает к крышке изнутри; масса шашки ≈ 7- 12 г;

• шайба изготовлена из ферромагнитного сплава;

• шашка лежит крышкой вверх; способ захвата — любой (механический, магнитный и т. п.);

• цвет определяется по верхней поверхности: красный, зеленый, синий, желтый, пурпурный (возможны другие);

• на наклейках могут быть: маркеры ArUco DICT_4X4_50 (кроме id 27, 28 и 29), AprilTag tag36h11, QR-код размером не менее 15 × 15 мм низкой плотности (21 × 21 модуль, пример — рис. 4); геометрические фигуры: n-угольники, круги, эллипсы; графические объекты из выборки, указанной в задании и выданной организаторами;

• устройство на туре работает со штатными шашками организаторов в том виде, в каком они выданы.

Рис. 3. Шашка: слева — вид сверху, справа — вид снизу (видна шайба).

Рис. 4. Чертеж шашки. Размеры в мм. На наклейке — QR-код низкой плотности (21 × 21 модуль) со ссылкой https://robot.mipt.ru/.

2.4. Установка шашки

• в клетке рабочей области или отбое — проекция шашки полностью перекрывает черный круг Ø 6 мм (рис. 5);

• на другой шашке — если опирается только на нее, а поля касается только нижняя шашка; положение стопки — по нижней шашке;

• установленной считается только шашка, лежащая крышкой вверх.

Рис. 5. а) шашка установлена — круг полностью перекрыт; б) не установлена — часть круга видна.

3. Требования к устройству

3.1. Самостоятельность изготовления

• участник самостоятельно разрабатывает и изготавливает устройство по ЕТЗ;

• в качестве подтверждения самостоятельной работы участник предоставляет все исходные файлы, использованные при производстве устройства (см п.5)

• в устройстве могут быть использованы детали, заводского изготовления, если они являются частью оригинальной конструкции участника. Например, конструкционный профиль, направляющие, подшипники, элементы крепления и т.п.

3.2. Опора и размеры

• высота устройства — любая; длина и ширина до начала и после окончания работы ограничены зоной размещения;

• перемещаемая шашка считается частью устройства, пока устройство ее удерживает;

• во время работы части устройства могут выходить за пределы полигона, но касаться операционного поля и шашек могут только захват и удерживаемая шашка;

• устройство стоит на полигоне свободно и удерживается только собственным весом;

• после окончания работы устройство находится в зоне размещения и опирается только на данные зоны;

• компьютер не входит в размеры устройства;

3.3. Безопасность

• кромки деталей скруглены, провода и контакты изолированы, основание чистое — без клея и пачкающих покрытий;

• запрещены: летающие части; части, отделяющиеся во время работы (кроме шашки); жидкости; открытый огонь и нагревательные элементы; лазеры (кроме лазерных датчиков расстояния класса 1);

• в случае использования пневматических систем, давление в них не должно превышать 3 атмосферы

• все провода закреплены (свободными могут быть только провода-перемычки для компонентов, выданных организаторами); кабель, подключенный к ноутбуку закреплен и проходит в стороне от поля;

• в случае, если к ноутбуку подключается более одного кабеля от устройства, они должны быть собраны в один жгут;

3.4. Питание

• все приводы (двигатели, сервоприводы, электромагниты) питаются от аккумуляторов на устройстве; микроконтроллеры, камеры и датчики можно питать от ноутбука по USB;

• питание — только автономное: от аккумуляторов и USB ноутбука, без сетевых блоков питания и адаптеров 220 В;

• номинальное напряжение питания и сигналов — не более 17 В;

• кнопка останова на корпусе в доступном месте (красная кнопка с фиксацией) обязательно обесточивает все приводы; датчики, контроллеры и компьютер при этом могут оставаться включенными;

• зеленый индикатор на корпусе светится, когда приводы под напряжением.

3.5. Система управления и связь

• система управления разрабатывается самостоятельно на платах общего назначения — на базе ATmega, STM32, MIK32 АМУР (К1948ВК018), RP2040 и т. п., — на одноплатном компьютере и/или ноутбуке; программа, включая часть на ноутбуке, пишется участником самостоятельно;

• нельзя использовать платы и шилды для 3D-принтеров и ЧПУ (RAMPS, CNC Shield, MKS, SKR и т. п.) — независимо от прошивки; прошивки и программы ЧПУ (GRBL, Marlin, Klipper, Mach3, LinuxCNC), управление G-кодом; готовые манипуляторы со штатным контроллером или фирменным ПО;

• можно использовать модули драйверов (например, A4988, DRV8825, TMC2208, L298N, DRV8833 и другие), контроллеры сервоприводов (например, PCA9685), сервоприводы, библиотеки общего назначения (Servo, AccelStepper, OpenCV) — если алгоритмы решения задач свои;

• связь всех компонентов устройства между собой — только по проводу, в том числе во время работы устройства; компьютер участника работает полностью офлайн; Wi-Fi и Bluetooth отключены на всех контроллерах, одноплатных компьютерах (при наличии), ноутбуке участника;

• пока горит красный индикатор выполнения программы, устройство работает полностью автономно, без влияния участника (если иное не указано в задании) — см. п. 3.5;

• при испытаниях устройство должно быть способно развивать скорость не менее
  100 мм/с. Скорость замеряться не будет, но время на выполнения задания будет рассчитано исходя из этой скорости перемещения.

• количество камер в устройстве не ограничено

• запрещены камеры с бортовым машинным зрением - любые камеры, видеосенсоры и модули, которые способны самостоятельно анализировать изображение/видео на борту и выдавать не видеопоток, а результат обработки: координаты, класс объекта, линию, цвет, лицо, маркер, QR/ArUco, жест и т.п.

3.6. Интерфейс, индикация и цикл работы

• интерфейс управления — выбор режима (номера задачи: на региональном этапе — один из 6, на заключительном — один из 10), ввод и индикация параметров; по выбору участника он размещается на устройстве (дисплей, кнопки, потенциометр, энкодер и т. п.) или ввод осуществляется с ноутбука;

• кнопка «Старт» размещается на устройстве;

• красный индикатор выполнения программы на корпусе загорается после ввода номера задачи и гаснет на финише; пока он горит, устройство работает полностью автономно;

• зеленый индикатор питания приводов и кнопка останова — см. п. 3.3.

Цикл работы устройства:

1. участник выбирает номер задачи и вводит параметры, если это предусмотрено заданием — загорается красный индикатор;

2. на поле расставляются шашки; участник устройство не трогает;

3. участник нажимает кнопку «Старт» на устройстве — это единственное действие, разрешенное, пока горит красный индикатор;

4. финиш — устройство гасит красный индикатор, вернувшись в зону размещения и остановившись, или истекает время, отведенное на задачу.

3.7. Разъемы для модулей и макетная плата

На корпусе в доступном месте — штыревые разъемы PLS с шагом 2,54 мм, подписанные А, Б, В; порядок контактов — как на рис. 6. К ним на туре подключаются модули и датчики, выданные организаторами.

• рядом с разъемами — надежно закрепленная беспаечная макетная плата: не менее 170 контактов на региональном этапе и не менее 400 — на заключительном.

Рис. 6. Разъемы А, Б, В и макетная плата (схематично): шаг контактов 2,54 мм, порядок контактов — слева направо, как на рисунке.

4. Примеры заданий

1. Перенести одну шашку из произвольной клетки в заданную (например, из Д1 в Д5) вернуться в зону размещения; красный индикатор горит во время работы и гаснет на финише.

2. Переместить шашку как можно дальше от начального положения, двигая ее только вдоль одной оси — X или Y.

3. На поле три шашки: переместить одну так, чтобы центры всех трех лежали на одной прямой, параллельной оси или диагонали клеток.

Примеры поясняют задачи ЕТЗ; задачи на этапах олимпиады могут отличаться.

5. Требования к документации и файлам

Каждый участник не позднее чем за 5 календарных дней до начала тура предоставляет в оргкомитет следующий набор документации к проекту:

• 3D модели деталей в формате STEP. Предоставляется сборка или набор отдельных деталей и узлов

• фото устройства с разных ракурсов. Не менее 3 фото

• файлы программ. Если устройство имеет несколько контроллеров, то необходимо предоставить программы для каждого. Также предоставляется код, выполняемый на компьютере.

Предоставленные файлы необходимы для выявления самостоятельности разработки. Организаторы могут проверить файлы участников на совпадения. Файлы могут быть использованы для решения спорных ситуаций.

6. Допуск

Участник не допускается к выполнению заданий проектного тура если:

• устройство нарушает требования безопасности

• устройство габаритами не помещается в зоны размещения

• устройство повреждает шашки или полигон

• устройство не имеет автономного питания

Если участник не предоставил файлы документации либо предоставил файлы, совпадающие с файлами других участников, он удаляется с проектного тура с выставлением 0 (ноль) баллов (пп. 8.4.3, 8.4.4 Требований).

7. Испытание

• Участнику в начале тура выдается несколько заданий. Участник выполняет задание и демонстрируют работоспособность устройства членам жюри. Проверка каждого задания проводится на нескольких начальных расстановках;

• Для оценки выполнения задания устройство проекцией должно находится внутри зоны установки № 1 и зоны № 2. При оценке производится фотофиксация положения шашек на полигоне;

• Задание выполняется только с шашками организаторов;