Водные робототехнические системы

Цель профиля Водные робототехнические системы — развитие у школьников прикладных навыков в сфере морской робототехники через знакомство с технологиями машинного зрения, основами теории автоматического управления, приобретение навыками проектирования подводных аппаратов и разработки технической документации.

Профиль направлен на решение проблем в области подводной робототехники, в частности, создание подводных аппаратов для практического использования в исследовательских целях, разработки полезной нагрузки и отработки алгоритмов компьютерного зрения аппарата.

В рамках заключительного этапа команде необходимо сделать микротелеуправляемый необитаемый подводный аппарат (микро-ТНПА), конструкция которого включает в себя цифровую камеру и независимый пульт управления.

С помощью аппарата-носителя MiddleROV необходимо:

1. доставить микро-ТНПА до места исследования;
2. определить тип обрастаний на корпусе морского судна;
3. провести исследование подводного шлюза;
4. определить и подсчитать количество повреждений (отверстий) в нем.

Результатом решения задачи являются собранный микро-ТНПА, функционирующий согласно техническому заданию, программное обеспечение для обработки видеопотока с микро-ТНПА для диагностики состояния морского судна, а также соответствующий комплект конструкторской документации.

Итоговое задание командного практического тура заключительного этапа разбито на подзадачи так, чтобы все члены команды, обладающие различными навыками, могли работать над своей частью общей задачи на протяжении всего этапа. Каждая подзадача оценивается по результату: работает или не работает, выполняет ли подводную задачу, соответствует ли критериям оценки.

Все этапы профиля направлены на то, чтобы команда приобрела дополнительные навыки и компетенции в ходе выполнения задач отборочных этапов, которые в итоге позволят представить финальное решение технологической проблемы, рассматриваемой в рамках профиля.

В первом отборочном дистанционном этапе, который проводится индивидуально, участникам предложены задания по двум предметам — информатика и физика.

По информатике проверяются базовые основы программирования; по физике сделан упор на темы, посвященные изучению электрического тока, гидродинамики, механики, которые составляют теоретическую основу подводной робототехники.

Задачи инженерного тура разработаны для четырех компетенций: программирование машинного зрения, конструирование, электроника, программирование микроконтроллеров. Здесь участники подготавливаются ко второму и третьему этапам. В целом, задачи первого этапа выявляют наличие знаний, необходимых не только для решения задач следующего этапа, но и финальной задачи.

Каждый участник может попробовать решить задачи по всем компетенциям или выбрать только одно направление, в котором хочет в дальнейшем развиваться в команде.

На втором отборочном этапе (дистанционном командном) предлагаются четыре типа командных задач для каждой роли:

• Программист верхнего уровня занимается программированием АНПА (автономный необитаемый подводный аппарат) в симуляторе MUR IDE. Для удобства участников работа ведется на собственной платформе профиля MUR Contest, что обеспечивает равные условия для оценки кода участников. Необходимо запрограммировать робота на автономное движение, стабилизацию и компьютерное зрение.
• Программист нижнего уровня выполняет программирование микроконтроллеров в симуляторе электронных схем SimulIDE.
• Электронщик разрабатывает электрическую схему по заявленному проекту печатной платы подводного аппарата.
• Конструктор проектирует в САПР и создает чертежи герметичного корпуса для камеры с сервоприводом по заявленными характеристиками.

Таким образом, индивидуальные задачи готовят участников к выполнению финальной задачи и направлены на развитие необходимых знаний и навыков.

В рамках командной задачи необходимо разработать техническое задание к существующему телеуправляемому необитаемому подводному аппарату. Для качественного выполнения работы требуется участие всех членов команды.

Для подготовки и обсуждения с участниками решения задач проводится вебинар с разработчиками, на котором каждый может задать свои вопросы. Кроме того, предоставляются материалы и уроки по программированию роботов в симуляторе, конструированию, схемотехнике и подводной робототехнике.

В итоге проведенный цикл мероприятий профиля позволяет участникам прийти к решению задачи заключительного этапа с необходимым набором навыков и компетенций, а также подготовительных материалов и разработок.

Приобретенные компетенции дают импульс к продолжению изучения подводной робототехники. Так, сформированные на профиле команды продолжают принимать участие в различных соревнованиях и конкурсах по подводной робототехнике как в роли школьников, так и в качестве студентов студентов.

Кроме того, некоторые выпускники профиля в дальнейшем становятся авторами олимпиадных задач, работают в инженерных проектах, реализуемых вузами и связанных с конструированием, программированием и электроникой.