2025年青少年機器人技術等級考試理論綜合試卷(四級)及答案一、單項選擇題（每題2分，共40分。每題只有一個正確答案，請將正確選項字母填在括號內(nèi)）1.在ArduinoUNO板中，若將數(shù)字引腳3設置為INPUT_PULLUP模式，外接按鈕到GND，當按鈕未按下時，digitalRead(3)的返回值是（）A.0??B.1??C.255??D.隨機值【答案】B2.某直流減速電機額定電壓12V，空載電流200mA，帶載電流800mA。若使用L298N驅動模塊，其單通道最大持續(xù)電流為1A，下列說法正確的是（）A.可直接驅動，無需散熱片??B.必須外接散熱片并強制風冷C.需并聯(lián)雙通道以分擔電流??D.需換用2A以上驅動板【答案】C3.在ROS2中，下列命令可用于查看當前活躍節(jié)點列表的是（）A.ros2nodelist??B.ros2topiclist??C.ros2servicelist??D.ros2paramlist【答案】A4.某陀螺儀芯片輸出16位有符號角速度數(shù)據(jù)，靈敏度為131LSB/(°/s)，若讀取值為+8525，則對應角速度為（）A.65.1°/s??B.65.08°/s??C.65.15°/s??D.65.0°/s【答案】B5.在Python3.11中，下列代碼片段的輸出結果是（）```pythonimportnumpyasnpa=np.array([[1,2],[3,4]])b=np.array([[5,6]])print(np.dot(a,b.T))```A.[[17,39]]??B.[[17],[39]]??C.[[17],[39]].T??D.報錯【答案】B6.關于樹莓派4B的GPIO，下列說法錯誤的是（）A.引腳3與5支持I2C總線??B.引腳19與21支持SPI總線C.引腳8與10支持UART??D.所有引腳均支持PWM輸出【答案】D7.某四足機器人采用12路總線舵機，控制指令采用1MbpsUART，每幀指令含8字節(jié)，若控制周期為5ms，則理論最大可級聯(lián)舵機數(shù)量為（）A.8??B.16??C.32??D.64【答案】C8.在OpenCV4.8中，函數(shù)cv2.HoughCircles的參數(shù)dp=2，表示（）A.累加器分辨率與圖像分辨率相同??B.累加器分辨率為圖像一半C.累加器分辨率為圖像兩倍??D.與圓心檢測精度無關【答案】B9.某機器人底盤采用兩個直徑80mm的驅動輪，減速比1:30，電機編碼器為11線，測得每秒脈沖數(shù)EPS=330，則車輪線速度約為（）A.0.25m/s??B.0.50m/s??C.0.75m/s??D.1.00m/s【答案】B10.在STM32CubeMX中配置TIM1產(chǎn)生PWM，若時鐘頻率為72MHz，期望頻率1kHz，占空比50%，則自動重裝載寄存器ARR與捕獲比較寄存器CCR的值應分別設為（）A.71999,35999??B.72000,36000??C.7199,3599??D.7200,3600【答案】A11.下列關于激光雷達SLAM的說法正確的是（）A.Gmapping算法必須依賴里程計??B.HectorSLAM無需里程計C.Cartographer僅支持2D建圖??D.LOAM適用于室內(nèi)小型機器人【答案】B12.在Ubuntu22.04中，為非root用戶永久添加串口權限，應修改的文件是（）A./etc/udev/rules.d/99usb.rules??B./etc/groupC./etc/sudoers??D./etc/passwd【答案】A13.某機器人使用MPU6050，加速度計量程±2g，靈敏度16384LSB/g，若Z軸讀數(shù)為+8192，則此時傾角θ（與水平面夾角）約為（）A.30°??B.45°??C.60°??D.75°【答案】A14.在Git2.40中，將當前分支強制推送到遠程倉庫develop，應使用的命令是（）A.gitpushorigindevelop??B.gitpushforigindevelopC.gitpushuorigindevelop??D.gitpushallorigin【答案】B15.某機器人采用PID控制電機轉速，采樣周期10ms，若僅增大積分項系數(shù)Ki，系統(tǒng)可能出現(xiàn)的現(xiàn)象是（）A.響應變慢，超調(diào)減小??B.響應加快，穩(wěn)態(tài)誤差減小C.振蕩加劇，穩(wěn)態(tài)誤差增大??D.振蕩減小，穩(wěn)態(tài)誤差減小【答案】B16.在SolidWorks2023中，對裝配體進行“運動算例”時，若要模擬舵機驅動關節(jié)旋轉，應添加的配合類型是（）A.齒輪配合??B.馬達配合??C.角度配合??D.凸輪配合【答案】B17.下列關于鋰電池安全的做法，錯誤的是（）A.3S2200mAh電池長期存放電壓設為11.1V??B.使用金屬盒運輸滿電電池C.充電電流設為0.5C??D.鼓包電池立即鹽水浸泡后丟棄【答案】A18.在Micropython1.20中，控制ESP32輸出38kHz紅外載波，應使用的庫函數(shù)是（）A.machine.PWM??B.machine.I2C??C.machine.SPI??D.machine.UART【答案】A19.某六軸機械臂采用DH法建模，已知連桿3的θ?=90°，d?=0，a?=200mm，α?=?90°，則其變換矩陣中第1行第4列元素為（）A.0??B.200??C.?200??D.1【答案】A20.在Webots2023b中，添加一個ROS2節(jié)點控制器，需設置的controller字段值為（）A.ros2??B.<extern>??C.ros??D.python【答案】B二、多項選擇題（每題3分，共30分。每題有兩個或兩個以上正確答案，多選、少選、錯選均不得分）21.下列關于CAN總線的描述，正確的有（）A.采用差分信號抗干擾??B.理論上最多110個節(jié)點C.終端電阻120Ω??D.數(shù)據(jù)幀最大8字節(jié)【答案】ACD22.在ROS2中，下列數(shù)據(jù)類型可用于service請求/響應的有（）A.std_msgs/Int32??B.geometry_msgs/PoseStampedC.sensor_msgs/Image??D.std_srvs/Trigger【答案】BCD23.關于步進電機驅動芯片TMC2209，下列說法正確的有（）A.支持256微步??B.內(nèi)置StealthChop靜音算法C.支持UART配置??D.需外接電流采樣電阻【答案】ABCD24.在OpenCV中，下列函數(shù)可用于圖像輪廓提取的有（）A.cv2.Canny??B.cv2.findContoursC.cv2.threshold??D.cv2.Sobel【答案】BC25.下列關于樹莓派5新特性的描述，正確的有（）A.采用BCM2712SoC??B.支持PCIe2.0x1C.內(nèi)置實時時鐘RTC??D.功耗上限可達30W【答案】ABC26.在Linux系統(tǒng)中，下列命令可查看實時串口數(shù)據(jù)的有（）A.cat/dev/ttyUSB0??B.screen/dev/ttyUSB0115200C.minicomD/dev/ttyUSB0??D.echo“123”>/dev/ttyUSB0【答案】ABC27.下列傳感器可直接輸出數(shù)字信號的有（）A.HCSR04??B.VL53L0X??C.MPU9250（I2C）??D.TCS3472【答案】BCD28.關于PID控制器離散化，下列方法屬于數(shù)值積分的有（）A.前向歐拉??B.后向歐拉??C.雙線性變換??D.零階保持【答案】ABC29.在Webots中，下列節(jié)點可用于定義機器人外觀的有（）A.Shape??B.Appearance??C.Material??D.PBRAppearance【答案】ABCD30.下列關于機器人倫理規(guī)范的說法，符合IEEE標準的有（）A.設計階段需考慮數(shù)據(jù)隱私??B.機器人決策需可解釋C.傷害人類優(yōu)先于自保??D.開源代碼可免除責任【答案】AB三、判斷題（每題1分，共10分。正確打“√”，錯誤打“×”）31.在Arduino中，使用analogWrite(9,256)會產(chǎn)生100%占空比。??【答案】×32.ROS2的QoS策略RELIABILITY設為RELIABLE時，節(jié)點會嘗試重傳丟失的數(shù)據(jù)。??【答案】√33.激光雷達的角分辨率越小，點云密度越高。??【答案】√34.在STM32中，ADC的采樣時間越短，精度一定越高。??【答案】×35.四元數(shù)表示旋轉時，模長必須為1。??【答案】√36.使用UDP協(xié)議時，數(shù)據(jù)包到達順序一定與發(fā)送順序一致。??【答案】×37.在SolidWorks中，MotionStudy結果可導出為CSV文件供MATLAB分析。??【答案】√38.鋰電池的C數(shù)越大，代表其最大放電電流越大。??【答案】√39.在Micropython中，中斷服務函數(shù)內(nèi)可使用time.sleep_ms。??【答案】×40.機器人操作系統(tǒng)必須實時，否則無法用于工業(yè)控制。??【答案】×四、填空題（每空2分，共30分）41.在Ubuntu中，查看內(nèi)核版本的命令是________。【答案】unamer42.某舵機返回角度公式：angle=((high_us?500)×270)/2000，若測得high_us=2000，則角度為________°。【答案】27043.已知圖像分辨率640×480，像素深度8bit，未壓縮單幀數(shù)據(jù)量為________Byte。【答案】30720044.在Python中，將列表a=[1,2,3]轉為元組的函數(shù)是________?！敬鸢浮縯uple()45.STM32F103C8T6的Flash容量為________KB?！敬鸢浮?446.若3S鋰電池滿電電壓為12.6V，則單節(jié)滿電________V?！敬鸢浮?.247.在ROS2中，編譯工作空間的命令是________?！敬鸢浮縞olconbuild48.某編碼器每圈輸出1024個脈沖，四倍頻后每圈________個脈沖。【答案】409649.在OpenCV中，將圖像灰度化的標志是________?！敬鸢浮縞v2.COLOR_BGR2GRAY50.若波特率115200，每幀10bit，則理論最大傳輸________Byte/s?！敬鸢浮?152051.在Linux中，修改文件權限為所有者可讀可寫，組與其他只讀，數(shù)字表示為________。【答案】64452.某步進電機步距角1.8°，驅動器細分數(shù)32，則每圈需________脈沖?！敬鸢浮?40053.在Webots中，控制器文件擴展名通常為________?！敬鸢浮?py或.c54.若矩陣A=[[1,2],[3,4]]，其行列式值為________?！敬鸢浮?255.在CANopen協(xié)議中，心跳報文的COBID為________（十六進制）。【答案】0x700+NodeID五、簡答題（每題10分，共30分）56.簡述使用STM32HAL庫配置TIM2編碼器接口讀取電機轉速的步驟，并給出關鍵代碼片段?！敬鸢敢c】1)開啟TIM2與GPIO時鐘；2)配置GPIO為復用輸入模式；3)設置TIM2為EncoderModeTI12；4)設置自動重裝載值ARR=0xFFFF；5)啟動定時器；6)周期讀取CNT值并計算差值Δ；7)根據(jù)Δ、采樣時間Ts、每圈脈沖N計算轉速ω=Δ×60/(N×Ts×4)rpm；關鍵代碼：```c__HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE();TIM_Encoder_InitTypeDefsConfig={0};sConfig.EncoderMode=TIM_ENCODERMODE_TI12;sConfig.IC1Polarity=TIM_ICPOLARITY_RISING;sConfig.IC2Polarity=TIM_ICPOLARITY_RISING;HAL_TIM_Encoder_Init(&htim2,&sConfig);HAL_TIM_Encoder_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_ALL);int16_tdelta=(int16_t)(__HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim2)last);```57.說明在ROS2中自定義service并編寫client的完整流程，并給出接口定義與client示例?！敬鸢敢c】1)創(chuàng)建功能包：ros2pkgcreatemy_srvbuildtypeament_cmakedependenciesrclcppexample_interfaces；2)在srv/目錄新建AddTwoInts.srv：```int64aint64bint64sum```3)修改CMakeLists.txt，添加rosidl_generate_interfaces；4)colconbuild；5)C++client節(jié)點：```cppautoclient=node>create_client<my_srv::srv::AddTwoInts>("add");autorequest=std::make_shared<my_srv::srv::AddTwoInts::Request>();request>a=3;request>b=4;autofuture=client>async_send_request(request);rclcpp::spin_until_future_complete(node,future);RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("client"),"sum=%ld",future.get()>sum);```58.描述利用單目視覺進行AprilTag位姿估計的完整算法流程，并給出OpenCV與apriltag_ros關鍵參數(shù)?！敬鸢敢c】1)相機標定獲取內(nèi)參矩陣K與畸變系數(shù)D；2)圖像去畸變；3)灰度化；4)調(diào)用apriltag_detector_detect；5)提取tag.id與四個角點pixel；6)定義tag物理尺寸，生成objectPoints；7)調(diào)用cv2.solvePnP，得旋轉向量rvec與平移tvec；8)羅德里格斯變換得旋轉矩陣R；9)合成變換矩陣T=[R|t]；關鍵參數(shù)：tag_family=36h11，tag_size=0.08m，K=[[fx,0,cx],[0,fy,cy],[0,0,1]]，迭代標志cv2.SOLVEPNP_IPPE。六、綜合設計題（20分）59.設計一款基于ROS2的自主導航小車，硬件包括樹莓派5、激光雷達RPLIDARA3、STM32底盤控制器、MPU6050、12V3S鋰電池。要求：(1)給出系統(tǒng)架構圖，標明數(shù)據(jù)流向與接口；(2)列出ROS2節(jié)點、話題、service及頻率；(3)說明STM32與樹莓派通信協(xié)議幀格式；(4)給出EKF融合里程計與IMU的launch片段；(5)說明導航參數(shù)costmap與局部規(guī)劃器調(diào)優(yōu)要點?！敬鸢浮?1)架構：樹莓派5←USB→RPLIDAR，←I2C→MPU6050，←U