2025年青少年機器人技術等級二級考試理論綜合及答案(二級)一、單項選擇題（每題2分，共30分。每題只有一個正確答案，請將正確選項的字母填在括號內）1.在機器人結構中，下列哪一項主要起到“骨骼”作用？（）A.電機??B.控制器??C.框架??D.傳感器答案：C2.下列關于直流電機PWM調速的說法正確的是（）A.占空比越大，轉速越低??B.頻率越高，扭矩越大C.占空比決定平均電壓??D.PWM只能單向調速答案：C3.超聲波傳感器測距時，若回波時間縮短一半，則障礙物距離（）A.變?yōu)樵瓉硪话??B.變?yōu)樵瓉硭姆种籆.變?yōu)樵瓉韮杀??D.不變答案：A4.在Arduino程序中，語句“digitalWrite(13,HIGH)”的作用是（）A.將13號引腳設為輸入??B.將13號引腳輸出高電平C.讀取13號引腳電平??D.關閉13號引腳PWM答案：B5.機器人使用巡線傳感器時，最常用到的邏輯判斷是（）A.與??B.或??C.非??D.異或答案：A6.下列哪種電池最適合為小型競速機器人提供瞬時大電流？（）A.堿性電池??B.鎳氫電池??C.鋰聚合物電池??D.鉛酸電池答案：C7.在齒輪傳動中，主動輪20齒，從動輪60齒，則傳動比為（）A.1:3??B.3:1??C.1:4??D.4:1答案：B8.當紅外遙控器按鍵被按下時，發(fā)射端首先發(fā)送的是（）A.用戶碼??B.數(shù)據碼??C.引導碼??D.校驗碼答案：C9.機器人程序中“floatval=analogRead(A0)5.0/1024”的作用是（）A.將模擬值轉換為電壓值??B.將電壓值轉換為模擬值C.讀取數(shù)字口電平??D.開啟內部上拉電阻答案：A10.下列關于舵機控制信號的描述正確的是（）A.0°對應占空比0%??B.180°對應占空比100%C.脈沖寬度范圍通常為0.5ms~2.5ms??D.舵機靠電壓大小直接定位答案：C11.在閉環(huán)控制中，PID的“I”項主要作用是（）A.減小超調??B.消除穩(wěn)態(tài)誤差??C.提高響應速度??D.抑制噪聲答案：B12.機器人上坡時，電機電流會（）A.減小??B.不變??C.增大??D.先減小后增大答案：C13.下列哪種通信方式屬于“一主多從”結構？（）A.UART??B.I2C??C.SPI??D.CAN答案：B14.在圖形化編程中，使用“循環(huán)+條件”結構的主要目的是（）A.減少變量??B.提高可讀性??C.實現(xiàn)重復判斷與執(zhí)行??D.降低功耗答案：C15.機器人安裝陀螺儀后，能夠直接測量的物理量是（）A.加速度??B.角速度??C.磁場強度??D.溫度答案：B二、判斷題（每題1分，共10分。正確打“√”，錯誤打“×”）16.金屬舵機比塑料舵機更耐沖擊，但重量更大。（√）17.紅外傳感器在強光直射下可能出現(xiàn)誤判。（√）18.鋰電池的“C”數(shù)越大，代表容量越大。（×）19.當電機堵轉時，電流會迅速下降。（×）20.使用減速箱可以同時提高輸出扭矩和轉速。（×）21.數(shù)字舵機比模擬舵機響應更快，精度更高。（√）22.在Arduino中，0~13號引腳都可以輸出PWM信號。（×）23.雙輪差速驅動機器人通過兩輪速差實現(xiàn)轉向。（√）24.藍牙4.0比藍牙2.0功耗更低，延遲更小。（√）25.機器人程序編譯錯誤時，下載按鈕仍然可用。（×）三、填空題（每空2分，共20分）26.超聲波傳感器HC-SR04的Trig引腳至少需要______μs的高電平觸發(fā)信號。答案：1027.若模擬口讀值為512，參考電壓5V，則對應電壓為______V。答案：2.528.在齒輪系中，模數(shù)m=1，齒數(shù)z=20，則分度圓直徑為______mm。答案：2029.鋰電池3S的標稱電壓為______V。答案：11.130.舵機每增加1°，脈沖寬度大約變化______μs。答案：1031.當電機空載轉速為300rpm，減速比30:1，則輸出軸轉速為______rpm。答案：1032.紅外循跡傳感器輸出為數(shù)字量時，通常使用______函數(shù)讀取。答案：digitalRead33.I2C總線默認上拉電阻一般取______kΩ。答案：4.734.在PID調試中，若系統(tǒng)震蕩劇烈，應優(yōu)先減小______項系數(shù)。答案：P35.機器人待機功耗主要由______與______決定。答案：控制器、傳感器四、圖形化編程題（共20分）36.下圖所示為某圖形化程序片段，平臺為Mind+，角色為ArduinoUno。程序意圖：小車遇障礙物停止，障礙物移除后延時1s繼續(xù)前進。請補全缺失的模塊并回答下列問題。（1）補全“超聲波距離<15”后的缺失模塊：________（填中文名稱）答案：電機停止（2）補全“延時1000ms”后的缺失模塊：________答案：電機前進（3）若將延時改為100ms，小車會出現(xiàn)的現(xiàn)象是________。答案：頻繁啟停，抖動（4）若將閾值15cm改為5cm，小車安全性如何變化？________答案：降低，可能碰撞（5）若超聲波傳感器意外脫落，程序中應增加何種保護？________答案：超時判斷或異常檢測五、C語言代碼閱讀題（共20分）閱讀下列Arduino代碼，回答37~41題。```cppconstinttrig=3,echo=4,led=13;longduration,cm;voidsetup(){pinMode(trig,OUTPUT);pinMode(echo,INPUT);pinMode(led,OUTPUT);Serial.begin(9600);}voidloop(){digitalWrite(trig,LOW);delayMicroseconds(2);digitalWrite(trig,HIGH);delayMicroseconds(10);digitalWrite(trig,LOW);duration=pulseIn(echo,HIGH);cm=duration0.034/2;if(cm<20){digitalWrite(led,HIGH);Serial.println("Warning!");}else{digitalWrite(led,LOW);}delay(200);}```37.變量cm的單位是________。答案：厘米38.pulseIn函數(shù)返回值的單位是________。答案：微秒39.若將delay(200)改為delay(50)，串口輸出頻率變?yōu)樵瓉淼腳_______倍。答案：440.若echo引腳懸空，pulseIn返回值可能為________，導致led________。答案：0，常亮或閃爍41.若要增加蜂鳴器報警，應在“Warning!”后添加的語句為________。答案：tone(8,1000,300);六、計算與簡答題（共30分）42.（6分）某機器人驅動輪直徑65mm，電機減速比34:1，電機空載轉速350rpm，求機器人理論最大速度（m/s，保留兩位小數(shù)）。解：輪周長=π×65≈204.2mm=0.2042m輸出轉速=350/34≈10.29rpm線速度=0.2042×10.29/60≈0.035m/s答案：0.04m/s43.（6分）簡述超聲波傳感器在室外強光環(huán)境產生誤差的原因，并給出兩種改進方法。答案：原因：陽光中含紅外成分，干擾接收頭；溫度變化影響聲速。改進：1.加裝遮光罩；2.增加溫度補償，修正聲速公式v=331.4+0.6T。44.（6分）機器人電池標稱7.4V2200mAh，整機工作電流平均800mA，求理論續(xù)航時間；若增加一塊同規(guī)格電池并聯(lián)，續(xù)航時間如何變化？答案：2200/800=2.75h；并聯(lián)后容量加倍，續(xù)航5.5h。45.（6分）列舉三種常見的機器人定位方式，并比較其精度與適用場景。答案：①碼盤+陀螺儀：精度cm級，適合室內短距；②視覺SLAM：精度cm~dm級，適合動態(tài)環(huán)境；③GPS：精度m級，適合室外開闊場景。46.（6分）解釋“死區(qū)”在舵機控制中的含義，并給出軟件消除方法。答案：死區(qū)指脈沖寬度微小變化而舵機不響應的范圍，通?！?μs。軟件方法：采用增量式PID，對誤差積分累加，當誤差小于死區(qū)時強制輸出上次有效值，避免抖動。七、綜合設計題（共20分）47.設計一臺“智能送藥小車”，要求：①自動循跡到醫(yī)院床位；②遇到行人停車禮讓；③到達后自動旋轉藥盒；④返回起點。請完成：（1）列出所需傳感器與執(zhí)行器（至少5件）；（2）畫出系統(tǒng)結構框圖（文字描述即可）；（3）給出主程序流程圖（文字描述即可）；（4）寫出關鍵算法偽代碼（不少于15行）。答案：（1）紅外巡線傳感器×4、超聲波傳感器×2、陀螺儀、舵機、直流減速電機×2、步進電機、藍牙模塊。（2）結構：電源→主控→傳感器組→驅動板→電機/舵機；通信層為藍牙。（3）流程：初始化→循線→測距→若距<30cm停車→延時→繼續(xù)→床位標記→旋轉藥盒90°→聲光提示→返回→終點停止。（4）偽代碼：```plaintext初始化傳感器與電機while(未到達床位)error=巡線偏差()leftSpeed=baseSpeed-KerrorrightSpeed