search icon search icon ВЕРСИЯ ДЛЯ СЛАБОВИДЯЩИХ

Инженерный тур. 3 этап

Общая информация

Участникам необходимо разработать микро-ТНПА (управляемый подводный аппарат с одним движителем и цифровой камерой), предназначенный для выполнения осмотровых работ при диагностике состояния морского судна, который может перемещаться в ограниченных пространствах и выполнять видеосъемку. Кроме того, нужно создать алгоритм классификации обрастаний на дне судна и обнаружения повреждений на основе полученного видеопотока.

Какую реальную проблему решают участники

Участники решают проблему автоматизации процесса проведения диагностических работ в реальных условиях. Они разрабатывают инструмент для проведения диагностических работ под водой и выполняют обработку результатов с применением методов компьютерного зрения.

Легенда задачи

Рис. 2.1.

Компании N необходимо устройство для экспресс-диагностики состояния судов, так как не всегда есть возможность привлечения водолазов для этих работ. Поэтому решено внедрить подводных роботов в качестве альтернативного способа диагностики.

В настоящий момент основными проблемами компании являются:

  • анализ состояния дна морского судна;
  • количество обрастаний на днище;
  • исследования ограниченных областей в донной части, куда сложно зайти в полевых условиях.

Задача

Разработать микро-ТНПА, который будет иметь в своей конструкции цифровую камеру и независимый пульт управления. С помощью аппарата-носителя MiddleROV необходимо будет доставить микро-ТНПА до места исследования, определить тип обрастаний на корпусе морского судна. Затем с помощью микро-ТНПА нужно будет:

  1. провести исследование подводного шлюза;
  2. выявить повреждения;
  3. подсчитать количество повреждений (отверстий) в нем.

Порядок выполнения задания:

  1. Разработать микро-ТНПА.
  2. Разработать конструкцию микро-ТНПА (а именно, способ фиксации камеры в колбе, способ крепления движителя к колбе микро-ТНПА, способ транспортировки).
  3. Разработать программу управления микро-ТНПА с помощью пульта.
  4. Разработать программу для обработки видеопотока с микро-ТНПА: программу для классификации обрастаний на судне и определения повреждений в трубе.
  5. Выполнить миссию. В рамках миссии необходимо исследовать корпус судна, определив тип обрастания на нем, зайти в подводный шлюз и определить повреждения.
Требования к команде и компетенциям участников

Рекомендуемый состав команды — 4 участника:

  1. конструктор: изготавливает корпус микро-ТНПА, крепление движителя, способ транспортировки микро-ТНПА с помощью MiddleROV;
  2. электронщик: собирает электрическую схему, припаивает компоненты на плату, разъем;
  3. программист микроконтроллеров: настраивает передачу данных между пультом управления и микро-ТНПА, настраивает управление мотором с помощью пульта;
  4. программист компьютерного зрения: пишет ПО для распознавания и классификации повреждений, определения отверстий в трубе.
Оборудование и программное обеспечение

Все электромонтажные и конструкторские работы выполняются в специальной рабочей зоне.

В рабочей зоне расположены необходимые инструменты и оборудования для осуществления электромонтажа (паяльные станции, расходные материалы, источники питания и т. д.) и для выполнения работ по конструированию (режущие инструменты, шлифовальные, измерительные и т. д.). В рабочей зоне размещается стол с дополнительными комплектующими и крепежом, которые могут быть использованы для решения задачи на усмотрение участников.

Наименование Описание
Arduino IDE https://www.arduino.cc/en/software Для программирования глубиномера
САПР (например, SolidWorks и др.) Для создания чертежа общего вида/ принципиальной схемы
MUR IDE https://murproject.com/#muride (рекомендуется) Для отработки задания по компьютерному зрению
Паяльные станции (6 шт.) Для пайки электронной части микро-ТНПА
Набор ручного инструмента (4 набора) Для выполнения работ по разработке микро-ТНПА
ТНПА MiddleROV Аппарат-носитель для транспортировки микро-ТНПА и выполнения миссии.
  • Командам необходимо привезти с собой свои ноутбуки для работы (не менее двух).
  • Команда может привезти с собой собственный набор ручных инструментов, который сочтет достаточным для выполнения задания.
  • Командам запрещено использовать собственные комплектующие для выполнения задания.

Для выполнения задания заключительного этапа каждая команда получает набор комплектующих от разработчиков профиля. Не рекомендуется приступать к использованию компонентов до объявления задания.

Команда полностью несет ответственность за сохранность своего набора. Все комплектующие прошли проверку и работоспособны. В случае, если команда повредила камеру, плату, драйверы, движитель или плату с микроконтроллером замена не предоставляется.

Таблица: Состав набора
Наименование Кол-во
Гермоконтейнер
1 Купол (55 мм) 1
2 Крышка фланцевая передняя акрил 1
3 Крышка фланцевая задняя ПНД 1
4 Гильза 1
5 Кольцо прижимное алюминиевое 2
6 Шпильки резьбовые 2
7 Гайка М3 4
8 Уплотнительное кольцо 45\(\times\)2,5 мм 1
9 Кольцо уплотнительное силиконовое красное \(OD=60\), \(cs=3{,}5\) 2
10 Герметичный кабельный ввод на 4 контакта M12-H4-02-SS 1
11 Кабельный ввод М6 + гайка 1
12 Разъем движителя Chasing Dory + стопорное кольцо 1
13 Комплект крепежа Общий
Электроника
1 Драйвер E-MAX Bullet 12A 1
2 Микросхема MAX3232 1
3 Модуль камеры CCDCAM IM50A01 IMX335 Gk7205 1,7 мм 1
4 Комплект крепежа камеры (винт М2\(\times\)10 + гайка М2 нейлон) \(\times\) 4 1
5 Шлейф обжатый для подключения к камере Ethernet 10 Pin 1
6 Arduino Nano (ATmega328P) 1
7 Плата макетная 1
8 Конденсаторы керамические Общий
9 Разъем/гребенка Общий
10 Набор резисторов Общий
11 Стабилизатор DC-DC Boost до 12В 1
Комплектующие
1 Движитель Chasing Dory правый (5) или левый (1) 1
2 Комплект крепежа для движителя: (винт М2\(\times\)12 + гайка М2) \(\times\) 3 1
3 Кабель плоский шлейф 4 жилы 10 м
4 Кабель Ethernet CAT 6A 32AWG (2,8 мм), 20м 10 м
5 Разъем ответный для пульта управления 1
6 Изолента 1
Надводная часть
1 Джойстик (комплект с панелями) 1
2 Комплект крепежа (стойки М2\(\times\)8 н-в, М2\(\times\)8 в-в, 2 винта М2\(\times\)6) \(\times\) 6 1
3 Литиевый аккумулятор 18650 2
4 Переходник Ethernet-USB По запросу
5 Зарядное устройство для аккумуляторов Общее
Расходные материалы
Провода Общее
Фомакс Общее
АКП (алюкобонд) Общее
Свинец для балластировки Общее
Плавучесть Общее
Стержни для клеевого пистолета Общее
Описание задачи
Задание на разработку микро-ТНПА

Микро-ТНПА — герметичное устройство с одним движителем, способное перемещаться в толще воды и выполнять видеосъемку под водой, транслируя изображение с камеры на поверхность. Управление микро-ТНПА осуществляется с помощью пульта, связанного с подводной частью кабелем.

  1. Наименование выполняемых работ
    Разработка микро-ТНПА для выполнения диагностики состояния морского судна.
  2. Требования к устройству:

    1. Требования к микро-ТНПА:

      • Поверхностная часть состоит из пульта управления с аккумуляторами и кабеля.
      • Подводная часть устройства состоит из колбы с платой и камерой, движителя.
      • Корпус устройства должен позволять ему свободно перемещаться в ограниченных пространствах (трубах) диаметром от 110 мм.
      • Длина корпуса (без учета кабеля) не должна быть больше 20 см.
      • Аппарат должен иметь возможность движения вперед и назад.
      • Питание устройства осуществляется с джойстика (пульт управления микро-ТНПА) с помощью двух аккумуляторов 18650.
      • Камера должна быть жестко зафиксирована внутри корпуса.
      • Для движителя должно быть разработано его крепление к колбе.
      • Запись и обработка видеопотока осуществляются с цифровой камеры микро-ТНПА. Вывод изображения должен осуществляться на ноутбук напрямую по кабелю Ethernet.
      • Необходимо отбалластировать микро-ТНПА. Аппарат должен иметь плавучесть, близкую к нулевой.
      • Управление микро-ТНПА должно осуществляться с пульта управления. Распиновка пульта представлена в Приложении 1.
      • Связь между пультом и микро-ТНПА осуществляется с помощью интерфейса RS232.
      • Светодиоды должны работать согласно регламенту: при нажатии на кнопку Вперед — светодиод горит зеленым, Назад — красным. Команда может задействовать либо 1, либо 2 светодиода на пульте управления для реализации этой функции.
    2. Крепление мотора и камеры:

      • Мотор должен быть прикреплен к задней крышке аппарата и/или к стягивающим шпилькам. Мотор присоединен к микро-ТНПА устойчиво.
      • Вывод проводов осуществляется через заднюю крышку аппарата через герметичные разъемы.
      • Камера жестко закреплена внутри корпуса. Отсутствует смещение камеры при движении аппарата.
      • Все кабели выведены через герметичные разъемы.
      • Для крепления движителя к корпусу запрещено использовать термоклей и изоленту в качестве единственного способа крепления. Эти материалы допускается применять в качестве вспомогательных.
      • Со списком компонентов можно ознакомиться в разделе «Материалы для изготовления».
    3. Способ транспортировки микро-ТНПА:

      • Доставку микро-ТНПА к месту проведения работ осуществляет подводный аппарат MiddleROV.
      • Микро-ТНПА можно переносить в манипуляторе аппарата.
      • Команда получает дополнительные баллы, если разработает способ транспортировки микро-ТНПА не в манипуляторе MiddleROV.
      • В качестве точки крепления на раме MiddleROV есть крепежный уголок, который может быть использован командами в качестве точки крепления микро-ТНПА для транспортировки.
  3. Требования к ПО:

    1. ПО для управления микро-ТНПА:

      • Состоит из двух частей: прошивка для пульта и прошивка для платы микро-ТНПА.
      • Связь между пультом и подводной частью осуществляется с помощью интерфейса RS232.
      • При нажатии и удерживании кнопки Вверх — аппарат должен двигаться вперед, при нажатии и удерживании кнопки Вниз — назад.
      • Распиновка пульта управления представлена в Приложении 1.
    2. ПО для обработки видеопотока с камеры микро-ТНПА
      ПО для обработки видеопотока должно решать следующие задачи:

      • Задача 1. Классификация обрастаний на стенке судна.
      • Задача 2. Определение и подсчет повреждений в трубе.

      Инструкция по работе с цифровой камерой представлена в справочном документе: https://disk.yandex.ru/i/eEi8mTgn5Wp9Qg.

      Рис. 5.1. Схема миссии

      • Задача 1.

        Основными типами обрастаний, которые могут быть зафиксированы на корпусе судна, являются:

        • Двустворчатые моллюски. Представляют собой группы черных овалов. Количество овалов может быть от одного до трех. Размеры моллюсков неизменны, может отличаться только их количество в группе. Команде нужно выделить группу моллюсков (но не каждый моллюск по отдельности!). В примере ниже приведены три группы моллюсков.
        • Водоросли. Представляют собой группу из трех зеленых треугольников. Количество и положение треугольников в группе неизменно. Отличаться может только их размер (см. рис. ниже).
        • Области коррозии. Прямоугольники оранжевого цвета. Ширина прямоугольников неизменна, может меняться только их длина.

        Рис. 5.2. Типы обрастаний на корпусе судна

        Классификация обрастаний:

        • При погружении в воду программист компьютерного зрения запускает программу на своем ноутбуке.
        • На мониторе должно быть два окна: видеопоток, получаемый с аппарата, и обработанное видео (на обработанном видео происходит определение типа обрастаний и их подсчет).
        • При движении в толще воды аппарат должен совершить остановку напротив таблички, обозначающей стенку морского судна. При этом на мониторе программиста компьютерного зрения должно быть видно изображение всей таблички. Необходимо выделить все найденные обрастания и подписать их тип.
        • В левом верхнем углу необходимо указать, сколько обрастаний и какого типа было обнаружено.
        • В тот момент, когда программист компьютерного зрения готов сдать задачу, он говорит: «Готов!» и нажимает на клавишу 1.
        • После нажатия на клавишу 1 на мониторе создается новое окно с изображением, на котором видна табличка с выделенными объектами и с их определенным количеством. Табличка с наростами должна находиться полностью в кадре. В верхнем левом углу кадра должна быть таблица с указанием типов наростов и их количеством.
        • Необходимо предусмотреть сохранение этого изображения.
        • В рамках попытки команда может выполнить фиксацию результата классификации только один раз.

        Пример

        • Shellfish: 3.
        • Algae: 3.
        • Corrosion: 2.

        Рис. 5.3.

      • Задача 2. Определение и подсчет повреждений на трубе:

        • Необходимо заснять прохождения микро-ТНПА по трубе, моделирующей подводный шлюз и выполнить обработку видео в реальном времени.
        • Необходимо в процессе движения микро-ТНПА по трубе, выделять контуры всех обнаруженных отверстий (повреждений) и вести их подсчет, отражая количество обнаруженных повреждений на видео.
        • Примечание: отверстие в конце трубы тоже считается за повреждение.
        • Порядок выполнения задания:

          • Пилот ТНПА доставляет микро-ТНПА до трубы и оповещает судью о готовности приступить к работе.
          • После этого на мониторе должно быть два окна: видеопоток с аппарата (микро-ТНПА) и обработанное видео (на обработанном видео происходит выделение повреждений, а в верхнем углу должно выводиться количество этих повреждений). Подробнее в разделе Порядок проведения заплыва.
  4. Состав работ

    Таким образом, командой должны быть выполнены следующие работы:

    1. Разработка электроники микро-ТНПА, удовлетворяющего требованиям.
    2. Разработка конструкции микро-ТНПА, удовлетворяющей требованиям.
    3. Создание комплекта конструкторской документации:

      • Набор конструкторской документации (чертеж общего вида, чертежи трех конструкций: крепление камеры, крепление движителя, крепление микро-ТНПА к ТНПА MiddleROV).
      • Принципиальная электрическая схема устройства.
    4. Разработка ПО для управления микро-ТНПА.
    5. Разработка ПО для проведения работ по классификации объектов.
  5. Результат работы:

    1. Собранный микро-ТНПА

      Собранный микро-ТНПА, который функционирует согласно заявленным требованиям. ПО для обработки видеопотока с микро-ТНПА, которое позволяет производить диагностику состояния морского судна.

    2. Принципиальная электрическая схема

      Принципиальная электрическая схема микро-ТНПА (подводная часть). Принципиальная схема оформляется согласно критериям оценки. Название файла должно быть в формате микроТНПА_название_кома нды.pdf (пример, микроТНПА_MUR.pdf).

    3. Комплект конструкторской документации

      Должен состоять из чертежа общего вида микро-ТНПА, спецификации и чертежей разработанных конструкций: крепления камеры, крепления движителя, способа транспортировки ТНПА. Название файла должно быть в формате корпус_название_команды.pdf (пример, корпус_MUR.pdf).

      Команда должна объединить чертежи и спецификацию в один файл и прислать только его. Если от команды будут получены два файла, то рассматриваться будет последний присланный.

    4. Программа для управления микро-ТНПА

      Всего должно быть загружено два файла: код для пульта (надводной части) и код для ТНПА (подводной части). Код для подводной и надводной части должны быть сложены в папки с названием команда_bottom и команда_surface и объединены в архив с названием команда_microrov.zip (архивы других форматов или просто загруженный код рассматриваться не будут и команда получает 0 баллов и не допускается до заплывов).

      Например, для команды MUR решение будет выглядеть так: архив MUR_microrov.zip, а в нем две папки: mur_bottom и mur_surfa ce.

    5. Программа для обработки изображения с камеры

      Состоит из двух частей: задание 1 (определение обрастаний) и задание 2 (определение повреждений в трубе).

      Коды для подводной и надводной части должны быть сложены в папки с названием команда_task1 и команда_task2 и объединены в архив с названием команда_opencv.zip (архивы других форматов или просто загруженный код рассматриваться не будут и команда получает 0 баллов и не допускается до заплывов).

      Например, для команды MUR решение будет выглядеть так: архив MUR_opencv.zip, а в нем две папки: mur_task1 и mur_task2.

  6. Сдача работы

    1. Результаты работы проходят оценку в три этапа:

      • Оценка документации (+ проверка на плагиат).
      • Демонстрация работы на воздухе.
      • Демонстрация работы в воде.
    2. Вся документация (чертежи, электрическая принципиальная схема) должна быть загружена в форму по ссылке до 20 февраля 2025 18:30.
    3. Программа для управления микро-ТНПА должна быть загружена в гугл-форму по ссылке. Дедлайн: 21 февраля 2025 10:00 (по местному времени).
    4. Программа для обработки изображения с камеры должна быть загружена в форму по ссылке. Дедлайн: 21 февраля 2025 10:00.
    5. Если документацию команда присылает после дедлайна, то такие работы не рассматриваются и оцениваются в 0 баллов.
    6. Итоговая демонстрация работы на воздухе проходит 20 февраля, согласно установленному расписанию. Команда может представить конструкцию для проверки на воздухе один раз досрочно до 19 февраля 18:30. Если команду не устроил результат, участники могут забрать конструкцию на доработку и повторно сдать ее в день итоговой демонстрации на воздухе.
    7. Оценка соответствия конструкции предоставленным чертежам проходит 21 февраля перед началом заплывов, после сдачи конструкций в карантин.
    8. Итоговая демонстрация работы микро-ТНПА в воде проводится 21 февраля.
    9. Подробнее о процессе сдачи работы в разделе Порядок проведения соревнований и оценивания.

Ниже представлена распиновка пульта управления, который идет в комплекте с набором для конструирования микро-ТНПА. Питание устройства осуществляется с помощью двух аккумуляторов 18650.

Arduino Pin Name Buoy Pin Function MiddleBuoy Gamepad
D7 LED Strip PWM +
+5V Power
RD- USB +
RD+ USB + *USB-Serial to PC
UGND Ground
UCAP USB Cap
VBus USB VBUS
RXLED RX LED + Serial Status LED
SCK ICSP +
MOSI ICSP +
MISO ICSP + *Debug Port
D11 (PWM) Input + PullUp + Button Down
RESET ICSP + Debug Port
+5V Power
GND Ground
XTAL2 OSC Output
XTAL1 OSC Input
D3 (SCL)(PWM) I2C SCL +
D2 (SDA) I2C SDA + *OLED Display SSD1306
D0 (RX) UART RX +
D1 (TX) UART TX + *RS232 — UART to Buoy
TXLED TX LED + Serial Status LED
GND Ground
AVCC Analog Power
D4 Input + PullUp + Button Up
D12 Input + PullUp +
D6 (PWM) LED Strip PWM + WS2812B
D8 IO
D9 (PWM) Servo PWM +
D10 (PWM) Servo PWM / IO
D5 Input + PullUp +
D13 (PWM) PWM / Output + Status LED (Boot)
HWB Boot Mode См. схематик Arduino Leonardo
+5V Power
GND Ground
A0 Analog Input +
A1 Analog Input + Voltmeter
A2 Analog / IO
A3 Analog / IO
A4 Analog / IO
A5 Analog / IO
AEF Analog Ref
GND Ground
AVCC Analog Power
Система оценивания
  1. Критерии оценки приведены в разделе Критерии оценивания.
  2. Документация оценивается двумя судьями — в зачет идет среднее значение оценок судей.
  3. Демонстрация работы на воздухе проходит в конце тренировочного дня согласно расписанию.
  4. Команда имеет право пройти проверку на воздухе досрочно. В случае, если команда не согласна с результатами проверки, она может попытаться устранить недочеты в своей конструкции и пройти проверку заново согласно общему расписанию.
  5. Проверка соответствия изделия предоставленным чертежам проводится перед заплывами 21 февраля.
  6. Демонстрация работы в воде проходит в испытательном бассейне. У команды две попытки на демонстрацию работы. В зачет идет лучшая попытка.

Общая информация

  1. Все устройства и разработанный программный код проходят проверку на воздухе и проверку в воде.
  2. Команда может пройти проверку на воздухе раньше установленного срока согласно расписанию.
  3. В таком случае судья проводит проверку результата и оглашает итоговый балл за проверку. Если команду не устраивает оценка, то она может забрать свое устройство на доработку и пройти проверку согласно расписанию. В зачетную таблицу идут результаты последней проверки.
  4. Разработчики профиля подготавливают расписание тренировок. Порядок тренировок команд определяется жеребьевкой 19 февраля в конце дня. Тренировочный день — 20 февраля.
  5. Финальные заплывы проводятся 21 февраля.
  6. Перед началом каждой попытки устанавливается табличка с обрастаниями и труба, положение которых не меняется в течение всего заплыва для всех команд.
  7. Перед началом попыток все разработанные микро-ТНПА сдаются в карантин. Ноутбуки остаются на столах и работать за ними в период проведения заплывов запрещено.
  8. Изображения на таблице и количество повреждений в трубе на финальных заплывах отличаются от предоставленных макетов для тренировок в пределах, указанных в регламенте.
  9. Каждой команде предоставляется две попытки по 15 мин. В рамках одной попытки команда имеет право выполнить заплыв один раз.
  10. В рамках попытки предусмотрено три этапа: установка микро-ТНПА, демонстрация в воде (заплыв), извлечение микро-ТНПА из воды.
  • Команде дается 15 мин на выполнение задания.
  • Команда подходит на рабочую станцию со своим ноутбуком и микро-ТНПА согласно расписанию заплывов и извещает судью о готовности начать заплыв.
  • Судья запускает таймер 15 мин.
  • За это время команда должна:

    • Установить микро-ТНПА в захват подводного аппарата MiddleROV.
    • Выполнить демонстрацию работы в бассейне.
    • Извлечь микро-ТНПА из воды.
  • При завершении попытки капитан команды говорит: «Стоп!», и судья останавливает таймер, фиксирует время и набранные баллы.
  • Команда может завершит попытку и сказать «стоп» только тогда, когда микро-ТНПА будет извлечен из воды и доставлен на бортик бассейна.
  • Извлечь микро-ТНПА команды могут вручную.
  • Алгоритм проверки определения типа обрастаний:

    • При погружении в воду программист компьютерного зрения запускает программу на своем ноутбуке.
    • На мониторе должно быть два окна: видеопоток, получаемый с аппарата и обработанное видео (на обработанном видео происходит определение типа обрастаний и их подсчет).
    • В тот момент, когда программист компьютерного зрения готов сдать задачу, он говорит: «Готов!» и нажимает на клавишу 1.
    • После нажатия на клавишу 1 на мониторе создается новое окно с изображением, на котором видна табличка с выделенными объектами и с их определенным количеством. Табличка с наростами должна находиться полностью в кадре. В верхнем левом углу кадра должна быть таблица с указанием типов наростов и их количеством (см. п. 3.2).
    • Необходимо предусмотреть сохранение этого изображения.
    • Судья оценивает результат работы по изображению в третьем окне, после чего аппарат переходит к выполнению следующей задачи.
  • Алгоритм проверки прохождения трубы:

    • Пилот ТНПА доставляет микро-ТНПА до трубы и оповещает судью о готовности приступить к работе.
    • После этого на мониторе должно быть два окна: видеопоток с аппарата (Микро-ТНПА) и обработанное видео (на обработанном видео происходит выделение повреждений, а в верхнем углу должно выводиться количество этих повреждений).
    • Микро-ТНПА должен пройти через всю трубу, т. е. достичь второго конца трубы с заглушкой: судья видит на мониторе, что изображение на камере не меняется, и расстояние до отверстия в крышке остается неизменным, а при нажатии кнопки Вперед робот не смещается (движение отсутствует).
    • После фиксации судьей прохождения трубы микро-ТНПА должен выплыть из нее своим ходом (запрещено тянуть кабель микро-ТНПА, с целью его вытащить).
    • Судья фиксирует завершения обследования в момент выхода микро-ТНПА из трубы, и сразу после этого команда может извлечь устройство за кабель.
  • Завершение попытки

    • Команда может завершить попытку после громкой команды «стоп» только при выполнении следующих условий:

      • ТНПА MiddleROV возвращен к точке старта и извлечен из воды на бортик бассейна.
      • Микро-ТНПА извлечен из воды.
    • Если команда выполнила условия завершения заплыва, а затем была дана команда «стоп», то судья останавливает таймер.
    • После остановки таймера производится проверка конструкции на сохранение герметичности и целостности после заплыва.

Штрафные баллы

  • Если команда не уложилась в отведенное время выполнения задания, то фиксируются баллы, набранные на момент окончания времени миссии, также начисляется 5 штрафных баллов.
  • Нарушение техники безопасности: первое нарушение — предупреждение, второе и последующие: \(-5\) баллов.
  • Обфускация (запутывание кода)/плагиат — баллы за задачу обнуляются у всех команд, у которых он был обнаружен.
  • Если члены команды тянут ТНПА (любой и за любой из трех кабелей), то за первое нарушение — предупреждение, за второе второе и последующие — вычитается 5 баллов.
  • Если команда тянет за кабели микро-ТНПА с целью спозиционировать его или вытащить из трубы, то баллы за критерий следования и возврата микро-ТНПА по трубе команда получает 0 баллов и предупреждение. При повторном нарушении: \(-5\) баллов. Разрешено тянуть за кабель микро-ТНПА только с целью его извлечения из воды, когда он полностью вышел из трубы.
Критерий Балл Пояснение
Документация
Принципиальная схема. Данная схема разрабатывается в соответствии с ГОСТ 2.702-2011.
1 Наличие заполненной рамки для заглавного листа в соответствии с ГОСТ 2.104-2006 1
2 Линии связи состоят из горизонтальных и вертикальных отрезков и не имеют изломов и взаимных пересечений 1
3 Все надписи выполнены шрифтом ГОСТ тип Б 1
4 Схема снабжена перечнем элементов с указанием их номиналов 2
5 Обозначение компонентов соответствует УГО 2
6 Схема соответствует условию задачи: 0 — не соответствует, 1 — частично соответствует, 2 — полностью соответствует 2
Чертеж общего вида (разрабатывается в соответствии с ГОСТ 2.120-73)
1 Рамка и основная надпись на заглавной и последующих страницах соответствует ГОСТ 1 Количество листов не ограничено
2 Представлены изометрия и минимум 2 вида (разрез/вырыв считается за вид, а местный вид или вид с разрывом — нет) 2 Речь про чертеж всей конструкции микро-ТНПА.
3 Указаны габаритные размеры всей сборки и каждой разрабатываемой конструкции отдельно 2 Разрабатываемые конструкции: крепление камеры, крепление движителя, крепление микро-ТНПА к ТНПА
4 Чертеж дополнен спецификацией с рамкой по ГОСТ, разрабатываемые детали и готовые явно отделены, указано корректное количество и номера соответствуют указателям на чертеже 2 Детали из индивидуального набора считать прочими изделиями; для указания всех деталей рекомендуется применить взрыв-схему или использовать достаточное для указания всех деталей конструкции количество видов и различные их типы.
5 Качество исполнения чертежа: 0 — нечитаемо, не соответствует требованиям, 1 — есть вопросы по оформлению, частично соответствует, 2 — 1–2 незначительные ошибки, соответствует требованиям 2
Код
1 Программа для микро-ТНПА загружена вовремя 1
2 Программа для микро-ТНПА загружена вовремя 1
Проверка на воздухе
Конструкция
1 Конструкция соответствует предоставленным чертежам 1
2 В конструкции нет потенциальной опасности (острых выступов и деталей) 2
3 Крепление движителя реализовано и соответствует требованиям 2 Мотор должен быть прикреплен к задней крышке аппарата; в креплении используется не только термоклей; изолента, применяется по необходимости
4 Камера надежно зафиксирована внутри корпуса 2
5 Аппарат имеет плавучесть близкую к нулевой 2
6 Конструкция аппарата позволяет переносить его не в манипуляторе ТНПА 4
Электроника + МК
1 Электроника соответствует предоставленной схеме 2
2 В исполнении схемы нет потенциальной опасности 3
3 Включение устройства осуществляется с помощью пульта управления 2
4 Светодиоды на пульте работают согласно регламенту 2
5 Мотор работает (при нажатии кнопки Вверх — движение вперед, при нажатии кнопки Вниз — движение назад) 3
6 Видеопоток с камеры выводится на монитор ноутбука 2
Машинное зрение
1 Контуры объектов определяются 1
2 Реализована функция подписи типа объектов 1
3 Отверстия в трубе распознаются на воздухе 1
Проверка в воде
1 Микро-ТНПА остался герметичен после проверки в воде (визуальное наличие воды в колбе) 3 Шаг считается успешно выполненным, если после завершения миссии судья фиксирует отсутствие влаги внутри корпуса микро-ТНПА
2 Конструкция микро-ТНПА надежна (после выполнения миссии все части микро-ТНПА остались на месте) 3 Шаг считается успешно выполненным, если после завершения миссии судья фиксирует отсутствие деталей от микро-ТНПА и креплений в бассейне и целостность конструкции
3 Микро-ТНПА выполнил исследование всей трубы: 10 баллов — выполнил полностью, 5 баллов — частично выполнено, 0 баллов — не выполнено 10 Шаг считается успешно выполненным если микро-ТНПА доплыл до конца трубы и на ноутбуке видно изображение бассейна через отверстие в конце трубы
4 Возврат микро-ТНПА 5 Шаг считается успешно выполненным, если микро-ТНПА достиг противоположной стороны трубы, а затем вернулся в стартовую точку; микро-ТНПА полностью вышел из трубы.
5 Получено изображение корпуса судна и трубы 5 Шаг считается выполненным, если видеопоток с аппарата транслируется на мониторе и в кадр попало изображение судна и труба
6 Правильно выделены все типы обрастаний: 10 баллов — 8 наростов выделены верно, 8 баллов — от 5 до 7 наростов выделены верно, 4 балла — от 2 до 4 наростов выделены верно, 0 баллов — от 0 до 1 нароста выделены верно 10 Шаг считается выполненным, если каждый нарост выделен в отдельную рамку и рамка подписана соответствующим названием
7 Посчитано количество обрастаний разного типа на корпусе судна 4 Шаг считается выполненным, если на изображении с выделенными наростами сверху есть таблица с указанием количества наростов разного типа и их количество указано корректно
8 Определены контуры и подсчитано количество повреждений: 2 балла — определено 1 повреждение, 4 балла — выделено 2–3 повреждения, 6 баллов — выделено 4 повреждения, 8 баллов — выделено 5 и более повреждений, 10 баллов — выделены все повреждения и их количество 10 Шаг считается выполненным, если при движении микро-ТНПА по трубе на видеопотоке выделяются отверстия и ведется их подсчет
ИТОГО 100

Порядок начисления баллов и определения победителя

  • В итоговый зачет идут баллы, набранные командой за лучшую попытку в воде из двух.
  • Результатом оценки документации является среднее значение оценок судей.
  • Результатом оценки на воздухе является балл набранный при последней проверке.
  • После завершения оценок формируется единый рейтинг. Команда-победитель определяется по сумме баллов за все испытания. Если две команды набрали одинаковое количество баллов, то в расчет берется результат худшей попытки.
  • Индивидуальный результат определяется по формуле: Итоговый балл = \(20\%\) физика + \(20\%\) информатика + \(60\%\) инженерный тур.
Решение задачи
1. Разработка микро-ТНПА

Разработка электроники микро-ТНПА. Для выполнения задачи участникам необходимо собрать схему подводной части аппарата на основе Arduino Nano, а также наладить связь между пультом и микро-ТНПА с использованием интерфейса RS232. На плате пульта микросхема для реализации связи уже установлена, поэтому участникам нужно было использовать микросхему MAX3232.

Примеры реализации микро-ТНПА см. рис. 7.17.3.

Рис. 7.1. Команда «Керосин»

Рис. 7.2. Команда ROZEN

Рис. 7.3. Команда «Кокосы»

Для разработанного микро-ТНПА необходимо было составить принципиальную электрическую схему: рис. 7.4.

Рис. 7.4. Пример принципиальной схемы команды UPW (8 из 8 баллов)

Примеры принципиальных схем: https://disk.yandex.ru/d/0WoMzE3yBu8SKA.

2. Разработка корпуса и способа транспортировки

Результатом работы является набор конструкторской документации (чертеж общего вида, чертежи трех конструкций: крепление камеры, крепление движителя, крепление микро-ТНПА к ТНПА MiddleROV). Микро-ТНПА и способ транспортировки проходят тестирование на воздухе и в воде. В качестве точки крепления микро-ТНПА к ТНПА мог быть использован уголок, установленный в нижней части аппарата или отверстия M5 в нижней пластине рамы ТНПА.

Примеры выполнения конструкторской документации: рис. 7.5.

Рис. 7.5. Микро-ТНПА команды Underwater Dogs (9 из 9 баллов)

Пример комплекта конструкторской документации: https://disk.yandex.ru/d/Wc1zhQ1GMPSajA.

3. ПО управления микро-ТНПА

Для успешного решения поставленной задачи программисту микроконтроллеров необходимо написать код для надводной (пульт) и подводной (микро-ТНПА) частей аппарата. При работе микро-ТНПА должна выполняться следующая последовательность действий:

  • При нажатии на кнопку Вперед светодиод должен светиться зеленым цветом, при нажатии на кнопку Назад — красным.
  • Для управления движителем, необходимо подать на управляющий контакт ШИМ (PWM) сигнал со следующими характеристиками:

    • Частота 50 Гц.
    • Ширина импульса от 1000 до 2000 мкс:

      • Сигналу 1000 мкс соответствует полный назад (тяга \(-100\%\)).
      • Сигналу 1500 мкс соответствует стоп (тяга \(0\%\)).
      • Сигналу 2000 мкс соответствует полный вперед (тяга \(+100\%\)).

Указанные диапазоны могут варьироваться для каждого мотора (к примеру, нейтральному положению может соответствовать сигнал 1485 мкс, а не 1500 мкс). Участникам может понадобиться самостоятельно подобрать значение, соответствующее нулевой тяге. Для успешной инициализации при запуске на мотор следует подавать сигнал с нулевой тягой в течение нескольких секунд.

Ссылка на архив с кодом с комментариями от разработчиков: https://disk.yandex.ru/d/Vs3sGsaS7rFfbQ/nto-camera.zip.

4. ПО для проведения работ по классификации объектов

Для успешного решения поставленной задачи программисту компьютерного зрения необходимо обработать видео с цифровой камеры следующим образом:

  1. Распознать значение глубины на глубиномере и вывести его.
  2. Распознать фигуры на табличке и выделить их.
  3. Определить класс фигур на табличке и подписать каждую.
  4. Посчитать количество объектов каждого класса и вывести результат на экран.
  5. По нажатию на кнопку 1 вывести статичную картинку с результатом.

Для подзадачи 2 необходимо:

  1. Распознать круглые отверстия в трубе.
  2. Исключить возможность распознавания отражений в трубе в качестве отверстия
  3. Настроить вывод количества обнаруженных отверстий в обработанном видеопотоке.

Примеры реализации кода от участников финала («Кокосы» — 50 за миссию, ROZEN — 50 за миссию): https://disk.yandex.ru/d/WS6DpLc2bgrJew, https://disk.yandex.ru/d/GtUw104hhU13hg.

Материалы для подготовки
text slider background image text slider background image
text slider background image text slider background image text slider background image text slider background image