2025年青少年機(jī)器人技術(shù)等級考試一級考試試題及答案一、理論知識(shí)部分（共60分）（一）單項(xiàng)選擇題（每題2分，共30分）1.以下哪項(xiàng)是機(jī)器人最核心的組成部分？A.外殼裝飾件B.控制器C.彩色指示燈D.發(fā)聲喇叭答案：B解析：控制器是機(jī)器人的“大腦”，負(fù)責(zé)接收傳感器信號(hào)并控制執(zhí)行器動(dòng)作，是實(shí)現(xiàn)自主功能的核心；其他選項(xiàng)多為輔助或裝飾部件。2.小明用螺絲刀擰緊螺絲時(shí)，螺絲刀的工作原理屬于哪種簡單機(jī)械？A.杠桿B.輪軸C.滑輪D.斜面答案：B解析：螺絲刀的手柄（大輪）和刀桿（小軸）組成輪軸結(jié)構(gòu)，通過增大輪半徑來省力，符合輪軸“輪半徑越大越省力”的特性。3.下列哪種傳感器適合檢測機(jī)器人前方是否有障礙物？A.溫度傳感器B.光敏傳感器C.紅外測距傳感器D.濕度傳感器答案：C解析：紅外測距傳感器通過發(fā)射并接收反射的紅外信號(hào)，可測量與障礙物的距離，是避障功能的常用傳感器；其他選項(xiàng)分別用于檢測溫度、光線強(qiáng)度和濕度。4.搭建機(jī)器人底盤時(shí)，為提高穩(wěn)定性，通常會(huì)選擇：A.窄而高的底盤B.寬而低的底盤C.圓形無支撐的底盤D.單側(cè)輪的底盤答案：B解析：寬底盤可增大支撐面，低重心能降低翻倒風(fēng)險(xiǎn)，符合“支撐面越大、重心越低越穩(wěn)定”的物理原理。5.關(guān)于機(jī)器人安全操作，錯(cuò)誤的做法是：A.通電前檢查線路是否短路B.用嘴吹走零件上的灰塵C.尖銳工具使用后及時(shí)歸位D.小零件收納在專用盒中答案：B解析：用嘴吹零件可能導(dǎo)致小零件被吸入呼吸道，存在安全隱患；其他選項(xiàng)均為正確的安全操作規(guī)范。6.以下哪種結(jié)構(gòu)能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)？A.齒輪組B.曲軸連桿C.滑輪組D.輪軸答案：B解析：曲軸連桿機(jī)構(gòu)中，曲軸的旋轉(zhuǎn)通過連桿推動(dòng)活塞做直線運(yùn)動(dòng)（如發(fā)動(dòng)機(jī)原理）；齒輪組主要改變轉(zhuǎn)速或方向，滑輪組用于省力，輪軸是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳遞。7.制作機(jī)器人手臂時(shí)，若需抓取不同大小的物體，最適合的關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)是：A.固定角度的硬連接B.單自由度的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)C.多自由度的活動(dòng)關(guān)節(jié)D.無關(guān)節(jié)的直桿結(jié)構(gòu)答案：C解析：多自由度關(guān)節(jié)（如人類手腕）可通過多個(gè)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)調(diào)整角度，適應(yīng)不同形狀和大小的物體抓??；固定或單自由度關(guān)節(jié)靈活性不足。8.下列材料中，最適合制作機(jī)器人承重支架的是：A.泡沫板B.塑料吸管C.鋁合金方管D.卡紙答案：C解析：鋁合金強(qiáng)度高、重量輕，適合承受較大壓力；其他材料（泡沫、塑料吸管、卡紙）承重能力弱，易變形。9.機(jī)器人使用直流電機(jī)時(shí)，若要降低轉(zhuǎn)速，可采用的方法是：A.增加電池電壓B.串聯(lián)一個(gè)電阻C.減少齒輪數(shù)量D.增大電機(jī)功率答案：B解析：串聯(lián)電阻會(huì)降低電機(jī)兩端電壓，根據(jù)P=UI，電壓降低則轉(zhuǎn)速下降；增加電壓或功率會(huì)提高轉(zhuǎn)速，減少齒輪數(shù)量可能改變傳動(dòng)比但不直接降低電機(jī)轉(zhuǎn)速。10.下列哪種現(xiàn)象利用了杠桿原理？A.機(jī)器人用輪子移動(dòng)B.機(jī)械爪開合抓取物體C.電機(jī)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)D.滑輪提升重物答案：B解析：機(jī)械爪的開合通常通過支點(diǎn)兩側(cè)的力臂設(shè)計(jì)（如鉗子結(jié)構(gòu)），支點(diǎn)一側(cè)是驅(qū)動(dòng)裝置（動(dòng)力臂），另一側(cè)是抓取端（阻力臂），符合杠桿“動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂”的原理。11.關(guān)于機(jī)器人傳感器的描述，正確的是：A.所有傳感器都能直接控制執(zhí)行器B.傳感器負(fù)責(zé)將物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)C.溫度傳感器只能檢測機(jī)器人自身溫度D.光敏傳感器在黑暗環(huán)境中無法工作答案：B解析：傳感器的核心功能是將外界物理量（如光、溫度、距離）轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（如電壓、電流），供控制器處理；A錯(cuò)誤，傳感器不直接控制執(zhí)行器；C錯(cuò)誤，溫度傳感器可檢測環(huán)境或自身溫度；D錯(cuò)誤，光敏傳感器通過光線變化工作，黑暗環(huán)境中仍能輸出低電平信號(hào)。12.搭建機(jī)器人時(shí)，若需要兩個(gè)車輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，應(yīng)選擇：A.兩個(gè)獨(dú)立電機(jī)驅(qū)動(dòng)B.單電機(jī)通過同步帶連接兩個(gè)車輪C.一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)前輪，一個(gè)驅(qū)動(dòng)后輪D.無動(dòng)力輪與驅(qū)動(dòng)輪配合答案：B解析：同步帶（或齒輪組）可保證兩個(gè)車輪的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向一致，實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)；獨(dú)立電機(jī)需精確控制，否則易出現(xiàn)不同步。13.下列哪種結(jié)構(gòu)能有效減少機(jī)器人移動(dòng)時(shí)的摩擦力？A.使用粗糙的輪胎表面B.增加底盤與地面的接觸面積C.在輪軸處添加潤滑油D.采用方形車輪答案：C解析：潤滑油可在輪軸接觸面形成油膜，減少摩擦；粗糙輪胎或增加接觸面積會(huì)增大摩擦力，方形車輪會(huì)導(dǎo)致滾動(dòng)不順暢，摩擦力反而增大。14.設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)澆水機(jī)器人，需要優(yōu)先考慮的傳感器是：A.聲音傳感器B.土壤濕度傳感器C.顏色傳感器D.加速度傳感器答案：B解析：自動(dòng)澆水的核心是檢測土壤濕度，當(dāng)濕度低于閾值時(shí)啟動(dòng)澆水裝置；其他傳感器與澆水需求無關(guān)。15.關(guān)于機(jī)器人編程的描述，錯(cuò)誤的是：A.一級考試機(jī)器人可能使用圖形化編程B.編程指令需與硬件功能匹配C.所有機(jī)器人必須編程才能工作D.簡單的舵機(jī)控制可通過固定電路實(shí)現(xiàn)答案：C解析：部分機(jī)械結(jié)構(gòu)（如純機(jī)械臂）可通過物理設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能（如重力觸發(fā)），無需編程；A正確，青少年考試常用圖形化編程（如Scratch）；B正確，指令需對應(yīng)硬件接口；D正確，舵機(jī)可通過預(yù)設(shè)電路控制角度。（二）判斷題（每題1分，共10分）1.機(jī)器人必須具備人類的外形才能稱為機(jī)器人。（）答案：×解析：機(jī)器人的定義基于功能（自主執(zhí)行任務(wù)），而非外形，如工業(yè)機(jī)械臂無人類外形但屬于機(jī)器人。2.滑輪組只能省力，不能改變力的方向。（）答案：×解析：定滑輪可改變力的方向（如向下拉繩提升重物），動(dòng)滑輪可省力，滑輪組可同時(shí)實(shí)現(xiàn)省力和方向改變。3.使用電池時(shí)，正負(fù)極可以直接連接短路。（）答案：×解析：短路會(huì)導(dǎo)致電池過熱、損壞，甚至引發(fā)安全事故，必須避免。4.齒輪傳動(dòng)中，大齒輪帶動(dòng)小齒輪會(huì)降低轉(zhuǎn)速。（）答案：×解析：大齒輪（齒數(shù)多）帶動(dòng)小齒輪（齒數(shù)少）時(shí)，小齒輪轉(zhuǎn)速更高（轉(zhuǎn)速比=齒數(shù)反比），屬于增速傳動(dòng)。5.機(jī)器人的傳感器越多，功能一定越強(qiáng)大。（）答案：×解析：功能強(qiáng)弱取決于傳感器與任務(wù)的匹配度及控制器的處理能力，冗余傳感器可能增加復(fù)雜度但無實(shí)際作用。6.搭建機(jī)器人時(shí)，螺絲只需擰緊即可，無需考慮松緊度。（）答案：×解析：螺絲過緊可能滑絲或損壞零件，過松會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)松動(dòng)，需根據(jù)材料（如塑料、金屬）調(diào)整松緊度。7.輪軸的輪半徑越大，越省力。（）答案：√解析：輪軸的省力公式為“動(dòng)力×輪半徑=阻力×軸半徑”，輪半徑越大，所需動(dòng)力越小。8.溫度傳感器可以檢測機(jī)器人運(yùn)行時(shí)電機(jī)的發(fā)熱情況。（）答案：√解析：溫度傳感器可貼近電機(jī)安裝，實(shí)時(shí)監(jiān)測溫度，防止過熱損壞。9.所有機(jī)器人都需要電力驅(qū)動(dòng)。（）答案：×解析：部分機(jī)器人可通過氣動(dòng)（壓縮空氣）、液壓或發(fā)條（機(jī)械儲(chǔ)能）驅(qū)動(dòng)，不一定依賴電力。10.機(jī)械爪的抓取力越大越好。（）答案：×解析：抓取力需與被抓物體的強(qiáng)度匹配，過大可能壓壞物體（如抓取雞蛋時(shí)），需根據(jù)任務(wù)調(diào)整。（三）簡答題（每題5分，共20分）1.請簡述機(jī)器人“三大部分”的名稱及各自功能。答案：機(jī)器人的三大部分為傳感器、控制器和執(zhí)行器。-傳感器：負(fù)責(zé)采集外界環(huán)境信息（如距離、光線、溫度），并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳遞給控制器。-控制器：作為“大腦”，接收傳感器信號(hào)后進(jìn)行分析處理，生成控制指令。-執(zhí)行器：根據(jù)控制器的指令執(zhí)行具體動(dòng)作（如電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、舵機(jī)擺動(dòng)、機(jī)械臂伸縮）。2.舉例說明杠桿原理在機(jī)器人設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，并畫出杠桿的三要素（支點(diǎn)、動(dòng)力臂、阻力臂）示意圖。答案：示例：機(jī)器人的機(jī)械夾爪。夾爪的轉(zhuǎn)軸為支點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)裝置（如舵機(jī)）連接的一側(cè)為動(dòng)力臂（動(dòng)力作用點(diǎn)到支點(diǎn)的距離），夾爪的抓取端為阻力臂（阻力作用點(diǎn)到支點(diǎn)的距離）。當(dāng)舵機(jī)施加動(dòng)力（F1）時(shí)，通過動(dòng)力臂L1和阻力臂L2的比例關(guān)系（F1×L1=F2×L2），實(shí)現(xiàn)夾爪的開合動(dòng)作。示意圖：支點(diǎn)O位于中間，動(dòng)力臂L1（左），阻力臂L2（右），動(dòng)力F1向下，阻力F2向上。3.搭建機(jī)器人小車時(shí)，若出現(xiàn)“轉(zhuǎn)向不靈活”的問題，可能的原因有哪些？請?zhí)岢鲋辽?種解決方法。答案：可能原因及解決方法：-車輪安裝過緊：車輪與軸之間摩擦力過大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向時(shí)阻力大。解決方法：調(diào)整車輪與軸的間隙，添加潤滑油。-底盤重心過高：重心偏高時(shí)轉(zhuǎn)向易側(cè)傾，影響靈活性。解決方法：降低底盤高度，或在底部增加配重（如小鐵塊）。-車輪材質(zhì)過硬：硬輪胎與地面摩擦力小，轉(zhuǎn)向時(shí)易打滑。解決方法：更換為軟橡膠輪胎，增加抓地力。-轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)松動(dòng)：舵機(jī)與轉(zhuǎn)向連桿連接不緊，導(dǎo)致虛位。解決方法：加固連接點(diǎn)，使用螺絲或扎帶固定。4.設(shè)計(jì)一個(gè)“自動(dòng)感應(yīng)門機(jī)器人”，需要用到哪些核心部件？請描述其工作流程。答案：核心部件：紅外傳感器（檢測是否有人接近）、控制器（如Arduino開發(fā)板）、舵機(jī)（驅(qū)動(dòng)門的開合）、門框結(jié)構(gòu)（支撐門體）、電源（電池或適配器）。工作流程：①紅外傳感器持續(xù)發(fā)射和接收信號(hào)，檢測門前區(qū)域是否有物體（人）接近。②當(dāng)檢測到物體距離小于設(shè)定閾值（如50cm）時(shí)，傳感器向控制器發(fā)送高電平信號(hào)。③控制器分析信號(hào)后，向舵機(jī)發(fā)送“開門”指令（如轉(zhuǎn)動(dòng)90度）。④舵機(jī)帶動(dòng)門體旋轉(zhuǎn)打開，維持一段時(shí)間（如10秒）。⑤若檢測到物體離開或超時(shí)，控制器發(fā)送“關(guān)門”指令，舵機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)使門閉合。二、實(shí)踐操作部分（共40分）（一）任務(wù)一：搭建“可爬坡的簡易機(jī)器人小車”（20分）工具與材料：標(biāo)準(zhǔn)樂高積木（含底盤框架、車輪、電機(jī)、電池盒、齒輪組）、螺絲刀、扎帶。操作要求：1.小車需能在15°斜坡上穩(wěn)定上行，不側(cè)翻、不打滑。2.說明關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路及原理。評分標(biāo)準(zhǔn)：結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性（5分）、爬坡能力（8分）、原理說明（7分）。參考解答：搭建步驟：1.底盤制作：使用4塊2×8的樂高板拼接成20cm長、15cm寬的底盤（增大支撐面），底部用兩根1×10的方梁加固（提高抗扭強(qiáng)度）。2.車輪安裝：選擇直徑8cm的橡膠輪胎（增大與地面的摩擦力），前后各兩個(gè)輪，輪距12cm（寬輪距防側(cè)翻）。3.動(dòng)力系統(tǒng)：將兩個(gè)電機(jī)（5V直流電機(jī)）通過L型支架固定在底盤中部，電機(jī)軸連接小齒輪（16齒），車輪軸連接大齒輪（40齒），形成齒輪減速組（傳動(dòng)比=40/16=2.5，降低轉(zhuǎn)速、增大扭矩）。4.重心調(diào)整：電池盒（重約200g）固定在底盤前部下方（降低重心至離地面5cm，防止爬坡時(shí)后翻）。關(guān)鍵結(jié)構(gòu)原理：-寬輪距與低重心：寬輪距（12cm）增大了橫向支撐面，低重心（5cm）使重力作用線始終在支撐面內(nèi)，防止側(cè)翻。-齒輪減速組：通過大齒輪（從動(dòng)輪）帶動(dòng)車輪，將電機(jī)的高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為低轉(zhuǎn)速、大扭矩，提供足夠的爬坡動(dòng)力（扭矩=力×半徑，減速增扭）。-橡膠輪胎：表面的花紋增加了與斜坡的靜摩擦力（f=μN(yùn)，μ為摩擦系數(shù)，橡膠μ值大于塑料），防止打滑。（二）任務(wù)二：設(shè)計(jì)“垃圾分類小助手”（20分）要求：用給定材料（亞克力板、舵機(jī)、光敏傳感器、電池、導(dǎo)線）設(shè)計(jì)一個(gè)能區(qū)分“黑色塑料袋”和“白色泡沫板”的分揀裝置，畫出簡易結(jié)構(gòu)圖并描述工作流程。評分標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)合理性（8分）、結(jié)構(gòu)說明（6分）、流程描述（6分）。參考解答：結(jié)構(gòu)圖（文字描述）：-主體框架：亞克力板搭建20cm×15cm×10cm的分揀槽，槽底有兩個(gè)出口（左出口對應(yīng)黑色袋，右出口對應(yīng)白色板）。-檢測區(qū)：在分揀槽入口上方10cm處安裝光敏傳感器（發(fā)射紅光，接收反射光）。-分揀機(jī)構(gòu)：槽底出口處各安裝一個(gè)舵機(jī)，舵機(jī)軸連接擋板（初始狀態(tài)擋板關(guān)閉出口）。工作流程：1.待分揀物品（黑色袋或白色板）從入口滑入檢測區(qū)，光敏傳感器發(fā)射紅光并檢測反射光強(qiáng)度。2.黑色塑料袋吸收大部分紅光，反射光弱（電壓值<1V）；白色泡沫板反射大部分紅光，反射光強(qiáng)（電壓值>3V）。3.控制器（預(yù)