2025電子學(xué)會(huì)等級(jí)考試機(jī)器人試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（共20題，每題2分，共40分）1.某機(jī)器人采用雙輪差速驅(qū)動(dòng)，左右輪直徑均為6cm，兩輪間距12cm。當(dāng)左輪轉(zhuǎn)速為100rpm（轉(zhuǎn)/分鐘）、右輪轉(zhuǎn)速為80rpm時(shí)，機(jī)器人的轉(zhuǎn)向半徑約為（）。A.30cmB.60cmC.90cmD.120cm2.以下哪種傳感器常用于檢測(cè)機(jī)器人與障礙物之間的精確距離（）。A.光敏電阻B.紅外對(duì)管C.超聲波傳感器D.溫度傳感器3.在Scratch編程中，若要實(shí)現(xiàn)“機(jī)器人持續(xù)前進(jìn)，直到檢測(cè)到前方障礙物距離小于20cm時(shí)停止”，需使用的控制結(jié)構(gòu)是（）。A.重復(fù)執(zhí)行B.重復(fù)執(zhí)行直到C.當(dāng)……時(shí)D.等待4.齒輪傳動(dòng)中，主動(dòng)輪齒數(shù)為20，從動(dòng)輪齒數(shù)為60，傳動(dòng)比為（）。A.1:3B.3:1C.1:2D.2:15.以下哪種電機(jī)適合需要精確位置控制的機(jī)器人關(guān)節(jié)（）。A.直流電機(jī)B.步進(jìn)電機(jī)C.舵機(jī)D.無(wú)刷電機(jī)6.某機(jī)器人使用紅外避障傳感器，其有效檢測(cè)角度為30°，若要實(shí)現(xiàn)前方180°范圍的無(wú)死角避障，至少需要（）個(gè)該傳感器。A.3B.4C.5D.67.在Arduino編程中，若要讀取模擬引腳A0的數(shù)值，應(yīng)使用的函數(shù)是（）。A.digitalRead(A0)B.analogRead(A0)C.pinMode(A0,INPUT)D.analogWrite(A0,255)8.機(jī)器人設(shè)計(jì)中，“重心投影需落在支撐面內(nèi)”是為了保證（）。A.運(yùn)動(dòng)速度B.結(jié)構(gòu)強(qiáng)度C.平衡穩(wěn)定性D.防水性能9.以下哪種連桿機(jī)構(gòu)能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)（）。A.平行四邊形機(jī)構(gòu)B.曲柄滑塊機(jī)構(gòu)C.雙搖桿機(jī)構(gòu)D.雙曲柄機(jī)構(gòu)10.光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度增加而（）。A.增大B.減小C.不變D.先增后減11.若機(jī)器人需要檢測(cè)地面黑白線以實(shí)現(xiàn)循跡功能，最適合的傳感器是（）。A.超聲波傳感器B.紅外反射式傳感器C.陀螺儀D.加速度計(jì)12.在Scratch中，“等待1秒”積木屬于（）。A.運(yùn)動(dòng)模塊B.控制模塊C.事件模塊D.運(yùn)算模塊13.某機(jī)器人電池標(biāo)稱容量為2000mAh，工作電流為500mA，理論續(xù)航時(shí)間為（）。A.2小時(shí)B.3小時(shí)C.4小時(shí)D.5小時(shí)14.以下哪種傳動(dòng)方式傳動(dòng)效率最高（）。A.齒輪傳動(dòng)B.皮帶傳動(dòng)C.鏈條傳動(dòng)D.蝸桿傳動(dòng)15.機(jī)器人使用陀螺儀的主要目的是（）。A.檢測(cè)自身傾斜角度B.測(cè)量環(huán)境溫度C.識(shí)別顏色D.定位障礙物16.在Arduino中，數(shù)字引腳的輸出電壓通常為（）。A.3.3VB.5VC.12VD.24V17.若要讓機(jī)器人完成“前進(jìn)1米后左轉(zhuǎn)90度”的動(dòng)作，需結(jié)合（）。A.距離傳感器與角度傳感器B.溫度傳感器與濕度傳感器C.光敏傳感器與聲音傳感器D.氣壓傳感器與紅外傳感器18.舵機(jī)的控制信號(hào)通常為（）。A.模擬信號(hào)（05V）B.PWM信號(hào)（50Hz方波）C.數(shù)字信號(hào)（高/低電平）D.電流信號(hào)（420mA）19.以下哪項(xiàng)不是機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則（）。A.輕量化B.模塊化C.復(fù)雜化D.易維護(hù)20.某機(jī)器人程序中，變量“距離”的初始值為100，執(zhí)行“距離=距離20”后，變量值為（）。A.80B.120C.20D.100二、判斷題（共10題，每題1分，共10分）1.直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電壓成正比，電壓越高轉(zhuǎn)速越快。（）2.超聲波傳感器的工作原理是通過(guò)發(fā)射并接收電磁波來(lái)測(cè)距。（）3.在Scratch中，“當(dāng)綠旗被點(diǎn)擊”屬于事件模塊。（）4.齒輪傳動(dòng)可以改變運(yùn)動(dòng)方向，但不能改變轉(zhuǎn)速。（）5.紅外避障傳感器容易受環(huán)境光干擾，需配合濾波電路使用。（）6.舵機(jī)只能旋轉(zhuǎn)0180度，無(wú)法連續(xù)旋轉(zhuǎn)。（）7.Arduino的數(shù)字引腳既可以輸入也可以輸出。（）8.機(jī)器人重心越高，穩(wěn)定性越好。（）9.光敏電阻通常用于檢測(cè)光線強(qiáng)弱，可制作光控開(kāi)關(guān)。（）10.編程時(shí)，循環(huán)結(jié)構(gòu)可以減少代碼重復(fù)，提高效率。（）三、簡(jiǎn)答題（共5題，每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述超聲波傳感器的工作流程，并說(shuō)明其測(cè)量誤差的主要來(lái)源。2.設(shè)計(jì)一個(gè)循跡機(jī)器人時(shí)，若采用紅外反射式傳感器，應(yīng)如何布置傳感器陣列？為什么？3.比較直流電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)，說(shuō)明各自適用的機(jī)器人場(chǎng)景。4.在Scratch中，“重復(fù)執(zhí)行”與“重復(fù)執(zhí)行直到”積木有何區(qū)別？舉例說(shuō)明各自的應(yīng)用場(chǎng)景。5.機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為什么需要考慮“負(fù)載能力”和“慣性”？請(qǐng)結(jié)合具體應(yīng)用說(shuō)明。四、編程題（共2題，每題10分，共20分）1.（Scratch）設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)器人程序：機(jī)器人從起點(diǎn)出發(fā)，以中等速度前進(jìn)；當(dāng)超聲波傳感器檢測(cè)到前方障礙物距離小于30cm時(shí)，停止并后退2秒，然后左轉(zhuǎn)90度，繼續(xù)前進(jìn)。要求畫出程序流程圖并寫出關(guān)鍵積木代碼。2.（Arduino）編寫一個(gè)控制舵機(jī)的程序：舵機(jī)初始角度為0度；當(dāng)按下按鈕（接數(shù)字引腳2）時(shí)，舵機(jī)旋轉(zhuǎn)至90度并保持；再次按下按鈕時(shí)，舵機(jī)回到0度。要求寫出完整代碼（包含頭文件、引腳定義、主循環(huán)邏輯）。答案及解析一、單項(xiàng)選擇題1.B解析：雙輪差速轉(zhuǎn)向半徑公式R=（v左×d）/(v左v右)，其中v左=π×D×n左/60=π×6×100/60=10πcm/s，v右=π×6×80/60=8πcm/s，d=12cm，代入得R=(10π×12)/(10π8π)=60cm。2.C解析：超聲波傳感器通過(guò)時(shí)間差測(cè)距，精度較高；紅外對(duì)管通常用于檢測(cè)有無(wú)障礙物，光敏電阻測(cè)光照，溫度傳感器測(cè)溫度。3.B解析：“重復(fù)執(zhí)行直到”可在滿足條件（距離<20cm）時(shí)退出循環(huán)，符合需求。4.A解析：傳動(dòng)比=從動(dòng)輪齒數(shù)/主動(dòng)輪齒數(shù)=60/20=3，即主動(dòng)輪轉(zhuǎn)3圈，從動(dòng)輪轉(zhuǎn)1圈，比例為1:3。5.B解析：步進(jìn)電機(jī)可精確控制轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速，適合需要定位的關(guān)節(jié)；舵機(jī)通常用于固定角度控制，直流電機(jī)和無(wú)刷電機(jī)無(wú)精確位置反饋。6.A解析：180°/30°=6，但相鄰傳感器需重疊覆蓋，實(shí)際至少3個(gè)（180°/60°=3，每個(gè)覆蓋30°+重疊30°）。7.B解析：analogRead()用于讀取模擬引腳數(shù)值；digitalRead()讀數(shù)字引腳，pinMode()設(shè)置模式，analogWrite()用于PWM輸出。8.C解析：重心投影在支撐面內(nèi)可防止傾倒，保證平衡。9.B解析：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，曲柄旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)滑塊直線運(yùn)動(dòng)。10.B解析：光敏電阻是半導(dǎo)體元件，光照越強(qiáng)，載流子越多，阻值越小。11.B解析：紅外反射式傳感器可檢測(cè)地面黑白線的反射差異，適合循跡。12.B解析：“等待”屬于控制模塊中的時(shí)間控制。13.C解析：續(xù)航時(shí)間=容量/電流=2000mAh/500mA=4小時(shí)。14.A解析：齒輪傳動(dòng)效率約95%98%，皮帶傳動(dòng)約90%，鏈條傳動(dòng)約95%，蝸桿傳動(dòng)約70%80%。15.A解析：陀螺儀測(cè)量角速度，可計(jì)算傾斜角度；加速度計(jì)測(cè)加速度，溫度傳感器測(cè)溫度。16.B解析：Arduino（如Uno）數(shù)字引腳輸出高電平為5V（3.3V型號(hào)除外）。17.A解析：需距離傳感器測(cè)前進(jìn)距離，角度傳感器（如陀螺儀）測(cè)轉(zhuǎn)向角度。18.B解析：舵機(jī)通過(guò)50HzPWM信號(hào)控制角度，占空比對(duì)應(yīng)角度（如1ms2ms對(duì)應(yīng)0°180°）。19.C解析：機(jī)械結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡(jiǎn)化，避免復(fù)雜化導(dǎo)致故障率上升。20.A解析：變量初始值100，減20后為80。二、判斷題1.√解析：直流電機(jī)轉(zhuǎn)速公式n=（UIR）/(KΦ)，電壓U越高，轉(zhuǎn)速n越快（忽略內(nèi)阻和磁通變化）。2.×解析：超聲波傳感器發(fā)射并接收超聲波（機(jī)械波），電磁波測(cè)距為雷達(dá)原理。3.√解析：“當(dāng)綠旗被點(diǎn)擊”屬于事件模塊中的啟動(dòng)事件。4.×解析：齒輪傳動(dòng)可通過(guò)齒數(shù)比改變轉(zhuǎn)速（如大齒輪帶小齒輪增速）。5.√解析：紅外傳感器易受環(huán)境光中的紅外成分干擾，需硬件濾波或軟件去噪。6.×解析：部分舵機(jī)（如連續(xù)旋轉(zhuǎn)舵機(jī)）可通過(guò)修改控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)。7.√解析：Arduino數(shù)字引腳通過(guò)pinMode()可設(shè)置為INPUT或OUTPUT。8.×解析：重心越高，支撐面內(nèi)的投影越容易超出范圍，穩(wěn)定性越差。9.√解析：光敏電阻阻值隨光照變化，可與電阻分壓后通過(guò)ADC檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)光控。10.√解析：循環(huán)結(jié)構(gòu)可重復(fù)執(zhí)行代碼塊，減少冗余，提高可讀性。三、簡(jiǎn)答題1.工作流程：①發(fā)射端發(fā)送超聲波脈沖；②超聲波遇障礙物反射；③接收端檢測(cè)回波；④計(jì)算時(shí)間差t，距離=聲速×t/2（聲速取340m/s）。誤差來(lái)源：①環(huán)境溫度影響聲速（聲速=331+0.6T，T為℃）；②障礙物表面材質(zhì)（光滑表面反射強(qiáng)，粗糙表面易散射）；③傳感器盲區(qū)（近距離無(wú)法檢測(cè)）；④多路徑干擾（多次反射）。2.布置方式：通常采用35個(gè)紅外傳感器一字排列，間距12cm，覆蓋路徑寬度。原因：①單個(gè)傳感器只能檢測(cè)某一點(diǎn)，陣列可覆蓋路徑左右邊緣；②通過(guò)比較各傳感器的返回值（黑低白高），判斷偏離方向；③冗余設(shè)計(jì)提高可靠性（單個(gè)傳感器故障時(shí)仍可工作）。3.直流電機(jī)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、轉(zhuǎn)速高；無(wú)精確位置控制，需配合編碼器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)。適用場(chǎng)景：需要連續(xù)旋轉(zhuǎn)、對(duì)精度要求不高的場(chǎng)景（如輪式機(jī)器人驅(qū)動(dòng)）。步進(jìn)電機(jī)特點(diǎn)：精確控制轉(zhuǎn)角（步距角）、低速扭矩大；成本高、高速扭矩下降。適用場(chǎng)景：需要精確定位的場(chǎng)景（如機(jī)械臂關(guān)節(jié)、3D打印機(jī)噴頭）。4.區(qū)別：“重復(fù)執(zhí)行”無(wú)限循環(huán)執(zhí)行代碼塊，需內(nèi)部條件退出；“重復(fù)執(zhí)行直到”在滿足條件時(shí)停止循環(huán)。示例：①“重復(fù)執(zhí)行”：機(jī)器人持續(xù)前進(jìn)（需內(nèi)部通過(guò)傳感器判斷是否停止）；②“重復(fù)執(zhí)行直到”：機(jī)器人前進(jìn)直到檢測(cè)到障礙物（條件滿足時(shí)自動(dòng)退出）。5.負(fù)載能力：機(jī)械結(jié)構(gòu)需能承受工作時(shí)的最大負(fù)載（如搬運(yùn)機(jī)器人的_payload），否則會(huì)導(dǎo)致變形或損壞。例如，AGV搬運(yùn)車的底盤需設(shè)計(jì)足夠強(qiáng)度的金屬框架。慣性：高速運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人突然停止時(shí)，慣性會(huì)導(dǎo)致沖擊（如齒輪磨損、電機(jī)過(guò)載）。例如，人形機(jī)器人跑步時(shí)，腿部關(guān)節(jié)需緩沖設(shè)計(jì)以減小慣性沖擊。四、編程題1.Scratch程序設(shè)計(jì)流程圖：開(kāi)始→綠旗點(diǎn)擊→設(shè)置電機(jī)速度（中等）→重復(fù)執(zhí)行：→讀取超聲波距離→如果距離<30cm→停止→后退2秒→左轉(zhuǎn)90度→繼續(xù)前進(jìn)→否則→前進(jìn)關(guān)鍵積木代碼：當(dāng)綠旗被點(diǎn)擊→將電機(jī)A速度設(shè)為50→將電機(jī)B速度設(shè)為50→重復(fù)執(zhí)行→讀取超聲波傳感器（接口1）的值到變量“距離”→如果距離<30→停止所有電機(jī)→電機(jī)A反轉(zhuǎn)，電機(jī)B反轉(zhuǎn)（速度50）→等待2秒→停止所有電機(jī)→電機(jī)A正轉(zhuǎn)（速度50），電機(jī)B反轉(zhuǎn)（速度50）（左轉(zhuǎn)）→等待（根據(jù)轉(zhuǎn)向時(shí)間調(diào)整，如1秒）→停止所有電機(jī)→電機(jī)A正轉(zhuǎn)（速度50），電機(jī)B正轉(zhuǎn)（速度50）（繼續(xù)前進(jìn)）→否則→電機(jī)A正轉(zhuǎn)（速度50），電機(jī)B正轉(zhuǎn)（速度50）2.Arduino程序代碼```cppinclude<Servo.h>//引入舵機(jī)庫(kù)ServomyServo;//創(chuàng)建舵機(jī)對(duì)象intbuttonPin=2;//按鈕接數(shù)字引腳2intcurrentAngle=0;//當(dāng)前舵機(jī)角度intbuttonState;//按鈕狀態(tài)intlastButtonState=LOW;//上次按鈕狀態(tài)unsignedlonglastDebounceTime=0;//去抖計(jì)時(shí)unsignedlongdebounceDelay=50;//去抖延遲voidsetup(){myServo.attach(9);//舵機(jī)接PWM引腳9pinMode(buttonPin,INPUT_PULLUP);//按鈕內(nèi)部上拉myServo.write(currentAngle);//初始角度0度}voidloop(){intreading=digitalRead(buttonPin);//讀取按鈕狀態(tài)//去抖動(dòng)處理if(reading!=lastButtonState){lastDebounceTime=millis();}if((millis()lastDebounceTime)>debounceDelay