2025年12青少年機(jī)器人技術(shù)等級二級考試?yán)碚摼C合試卷及答案二級一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共30分。每題只有一個(gè)正確答案，錯(cuò)選、多選均不得分）1.在樂高EV3中，若將中型電機(jī)直接連接在端口A，不經(jīng)過任何齒輪組，此時(shí)測得輸出軸轉(zhuǎn)速為240°/s，則電機(jī)內(nèi)部減速箱的減速比約為A.1:1??B.3:1??C.9:1??D.27:1答案：C解析：EV3中型電機(jī)空載轉(zhuǎn)速約240°/s，而內(nèi)部直流電機(jī)空載轉(zhuǎn)速約2160°/s，2160÷240=9，故減速比9:1。2.下列關(guān)于超聲波傳感器“單次測量—等待返回”模式的說法，正確的是A.測量周期僅與聲波在空氣中速度有關(guān)B.若前方物體吸音，EV3仍會(huì)返回255cm的“無窮遠(yuǎn)”標(biāo)志C.在‐10℃環(huán)境下，測得距離值比20℃時(shí)偏大D.當(dāng)物體距離小于5cm時(shí)，傳感器自動(dòng)切換為“連續(xù)測量”模式答案：B解析：吸音表面導(dǎo)致回波能量低于閾值，固件判定為“無回波”，返回255cm；A錯(cuò)，周期還與固件超時(shí)設(shè)定有關(guān)；C錯(cuò)，低溫聲速降低，測得值偏??；D錯(cuò)，EV3無自動(dòng)切換機(jī)制。3.在圖形化編程中，使用“循環(huán)索引”模塊時(shí)，若循環(huán)次數(shù)設(shè)為4，則索引值第一次出現(xiàn)的是A.0??B.1??C.‐1??D.隨機(jī)答案：A解析：EV3LabView遵循C語言傳統(tǒng)，循環(huán)索引從0開始計(jì)數(shù)。4.某同學(xué)設(shè)計(jì)了一輛三輪小車，前輪為萬向輪，后輪為兩個(gè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)輪。若左輪轉(zhuǎn)速+100°/s，右輪‐100°/s，則小車將A.原地順時(shí)針旋轉(zhuǎn)??B.原地逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)C.向前直線行駛??D.向后直線行駛答案：B解析：右輪負(fù)號表示反轉(zhuǎn)，兩輪反向等速，產(chǎn)生逆時(shí)針力矩，俯視視角為逆時(shí)針。5.在PID調(diào)速中，若僅增大P項(xiàng)增益而I、D不變，系統(tǒng)最有可能A.響應(yīng)變慢??B.穩(wěn)態(tài)誤差減小??C.出現(xiàn)持續(xù)振蕩??D.超調(diào)量消失答案：C解析：比例增益過大導(dǎo)致系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)右移，阻尼下降，引發(fā)振蕩。6.關(guān)于鋰電池安全使用，下列做法錯(cuò)誤的是A.使用原裝平衡充??B.刺破鼓包電池釋放氣體C.避免0℃以下充電??D.儲(chǔ)存電壓保持3.7V/串答案：B解析：刺破電池會(huì)瞬間短路，引發(fā)起火；其他均為正確操作。7.在Makeblock的mCore主控中，板載RGBLED共陰極，若向R、G、B引腳分別寫入PWM值255、0、255，則LED呈現(xiàn)A.紅色??B.綠色??C.品紅??D.白色答案：C解析：紅+藍(lán)=品紅；共陰極時(shí)高電平點(diǎn)亮。8.下列哪條指令可將ArduinoUNO的D3引腳同時(shí)設(shè)置為輸出且初始電平為高A.pinMode(3,OUTPUT);digitalWrite(3,HIGH);B.digitalWrite(3,HIGH);pinMode(3,OUTPUT);C.DDRD|=0x08;PORTD|=0x08;D.PORTD|=0x08;DDRD|=0x08;答案：A解析：先設(shè)方向再寫電平，順序正確；C、D寄存器操作雖等價(jià)，但順序反了，先寫端口可能觸發(fā)短暫低電平。9.在機(jī)器人走迷宮的“左手法則”中，若前方、左側(cè)均無障礙，機(jī)器人應(yīng)A.向左轉(zhuǎn)90°??B.向右轉(zhuǎn)90°??C.直行??D.掉頭180°答案：C解析：左手法則優(yōu)先級：左>前>右，左側(cè)空則先嘗試左轉(zhuǎn)，但題目描述“前方、左側(cè)均空”，則按策略優(yōu)先“保持左側(cè)接觸”，故先直行，再下一步檢測左側(cè)。10.使用陀螺儀積分測量角度時(shí)，誤差主要來源于A.零點(diǎn)漂移??B.溫度系數(shù)??C.軸間錯(cuò)位??D.以上全部答案：D解析：零點(diǎn)漂移導(dǎo)致常值誤差，溫度變化引起比例因子變化，軸間錯(cuò)位導(dǎo)致耦合，均會(huì)積分放大。11.在SolidWorks中，對同一零件進(jìn)行“抽殼”與“拔模”操作，正確的先后順序是A.先拔模后抽殼??B.先抽殼后拔模??C.無先后??D.不能共存答案：A解析：先拔?？杀ＷC壁厚均勻，再抽殼可避免內(nèi)部倒扣。12.下列關(guān)于42步進(jìn)電機(jī)“1.8°步距角”的描述，正確的是A.整步驅(qū)動(dòng)時(shí)，每脈沖轉(zhuǎn)1.8°??B.半步驅(qū)動(dòng)時(shí)，每脈沖轉(zhuǎn)0.9°C.16細(xì)分時(shí)，每脈沖轉(zhuǎn)0.1125°??D.以上都對答案：D解析：整步1.8°；半步0.9°；16細(xì)分1.8°/16=0.1125°。13.在Python中，使用pyserial讀取串口數(shù)據(jù)時(shí)，若設(shè)置timeout=1，則A.read(10)最多等待1秒??B.read(10)一定返回10字節(jié)C.超時(shí)后返回空字節(jié)串??D.僅對write有效答案：A解析：timeout=1表示讀操作最大阻塞1秒，未收夠字節(jié)也返回；C錯(cuò)，返回已收字節(jié)；B、D明顯錯(cuò)誤。14.機(jī)器人競賽中，裁判系統(tǒng)常使用2.4GHz無線，其主要優(yōu)點(diǎn)是A.繞射能力強(qiáng)??B.穿透能力強(qiáng)??C.國際免執(zhí)照??D.帶寬高于5G答案：C解析：2.4GHzISM頻段全球免執(zhí)照，成本低；A、B為sub‐GHz優(yōu)點(diǎn)；D錯(cuò)，5G帶寬更大。15.在FLL場地中，若機(jī)器人基地尺寸為300mm×400mm，則機(jī)器人垂直投影A.必須完全在基地內(nèi)??B.可超出但輪子不得觸黑線C.可任意超出??D.僅啟動(dòng)瞬間需完全在內(nèi)答案：D解析：規(guī)則允許啟動(dòng)瞬間完全在內(nèi)，之后可自由運(yùn)行；A、B過于嚴(yán)格；C忽略啟動(dòng)限制。二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分。每題有兩個(gè)或兩個(gè)以上正確答案，多選、少選、錯(cuò)選均不得分）16.下列哪些傳感器可直接用于檢測“顏色”而非“亮度”A.TCS3200??B.APDS9960??C.灰度傳感器??D.攝像頭OpenMV答案：A、B、D解析：TCS3200輸出RGB頻率；APDS9960集成環(huán)境光+顏色；OpenMV通過算法得顏色；灰度僅亮度。17.關(guān)于Arduino中斷，下列說法正確的是A.中斷服務(wù)程序內(nèi)不可使用delay()??B.中斷可嵌套C.數(shù)字引腳2、3可觸發(fā)外部中斷??D.detachInterrupt()可關(guān)閉中斷答案：A、C、D解析：AVR內(nèi)核默認(rèn)關(guān)閉嵌套，B錯(cuò)；其余均正確。18.下列哪些措施可有效降低直流電機(jī)碳刷火花A.并聯(lián)續(xù)流二極管??B.增加PWM頻率至20kHzC.使用RC吸收網(wǎng)絡(luò)??D.降低負(fù)載轉(zhuǎn)矩答案：B、C、D解析：高頻PWM減小電流突變；RC吸收過電壓；降低負(fù)載減小換向電流；續(xù)流二極管僅保護(hù)驅(qū)動(dòng)管，不直接減火花。19.在機(jī)器人定位中，屬于“航位推算”方法的有A.編碼器+陀螺儀??B.視覺SLAM??C.超聲波三角定位??D.加速度計(jì)二次積分答案：A、D解析：航位推算靠內(nèi)部傳感器積分，不依賴外部參照；B、C為外部參照法。20.關(guān)于3D打印PLA材料，下列正確的是A.玻璃化溫度約60℃??B.可生物降解??C.打印時(shí)需熱床110℃??D.吸水率低于ABS答案：A、B、D解析：PLA玻璃化60℃；可降解；熱床60℃即可；吸水率0.3%，低于ABS的0.8%。三、判斷題（每題1分，共10分。正確打“√”，錯(cuò)誤打“×”）21.在EV3固件中，超聲波傳感器最大測量距離約為250cm。答案：√解析：官方文檔給出最大距離250cm，255cm為“無窮”標(biāo)志。22.使用L298N驅(qū)動(dòng)12V電機(jī)時(shí)，若邏輯供電接5V，則ENA引腳可接受3.3VPWM。答案：×解析：L298N的ENA高電平最低需2.3V，但3.3V可能使MOSFET未完全導(dǎo)通，建議5V。23.步進(jìn)電機(jī)失步后，重新上電即可自動(dòng)恢復(fù)正確位置。答案：×解析：步進(jìn)電機(jī)無位置反饋，失步后控制器仍按舊脈沖計(jì)數(shù)，無法自動(dòng)恢復(fù)。24.在Scratch3.0中，自定義積木默認(rèn)不啟用“運(yùn)行時(shí)不刷新屏幕”，需手動(dòng)勾選。答案：√解析：勾選后可提升執(zhí)行效率，避免屏幕閃爍。25.機(jī)器人使用履帶結(jié)構(gòu)時(shí)，理論轉(zhuǎn)彎半徑為零。答案：√解析：兩側(cè)履帶等速反向即可原地轉(zhuǎn)向，半徑為零。26.鋰電池“C數(shù)”越大，表示其容量越大。答案：×解析：C數(shù)表示放電倍率能力，與容量無關(guān)。27.在Arduino中，analogWrite(9,256)會(huì)產(chǎn)生100%占空比。答案：×解析：analogWrite第二個(gè)參數(shù)最大255，256會(huì)回卷到0，輸出0%。28.使用OpenCV的cv2.findContours時(shí)，返回的輪廓點(diǎn)默認(rèn)按順時(shí)針排列。答案：×解析：OpenCV返回的輪廓點(diǎn)順序取決于邊界方向，通常為逆時(shí)針。29.機(jī)器人競賽中，使用激光雷達(dá)SLAM時(shí)，黑色吸光墻面會(huì)導(dǎo)致點(diǎn)云稀疏。答案：√解析：黑色表面反射率低，回波弱，雷達(dá)濾除小強(qiáng)度點(diǎn)。30.在Python中，元組(tuple)比列表(list)占用內(nèi)存更小，迭代速度更快。答案：√解析：元組不可變，內(nèi)存預(yù)分配緊湊，迭代時(shí)無需檢查修改，速度略優(yōu)。四、填空題（每空2分，共20分）31.若某直流電機(jī)額定電壓12V，空載電流0.3A，額定負(fù)載電流2A，則其空載功耗為3.6W，額定負(fù)載時(shí)銅耗約為（12×2）‐（12×0.3）=20.4W。（忽略鐵耗）答案：3.6；20.4解析：空載功耗P=UI=12×0.3；銅耗=總輸入‐空載功耗。32.在EV3中，若將陀螺儀角度零點(diǎn)設(shè)為當(dāng)前位置，之后讀取值為‐720°，則表示機(jī)器人相對于零點(diǎn)已逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)兩圈。答案：逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)兩圈解析：負(fù)號表示逆時(shí)針，720°÷360°=2。33.某步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用1/32細(xì)分，電機(jī)軸需旋轉(zhuǎn)180°，則控制器需發(fā)出3200個(gè)脈沖。（步距角1.8°）答案：3200解析：整步200步/圈，32細(xì)分即6400步/圈，半圈需3200步。34.在ArduinoUNO中，使用Timer1產(chǎn)生50HzPWM，則ICR1寄存器應(yīng)設(shè)為39999。（16MHz晶振，8分頻，模式14）答案：39999解析：f=50Hz，周期20ms，計(jì)數(shù)頻率2MHz，周期值=2MHz÷50‐1=39999。35.若超聲波傳感器測得往返時(shí)間t=8ms，則距離約為1.36m。（聲速340m/s）答案：1.36解析：s=vt/2=340×0.008÷2=1.36m。36.在Python中，表達(dá)式“[xforxinrange(10)ifx%2==0]”的結(jié)果為[0,2,4,6,8]。答案：[0,2,4,6,8]解析：列表推導(dǎo)篩選偶數(shù)。37.若某黑線寬度為20mm，灰度傳感器光斑直徑為10mm，則傳感器偏離黑線中心的最大允許誤差為15mm時(shí)仍能檢測到黑線。答案：15解析：光斑半徑5mm，黑線半徑10mm，總允許偏移10+5=15mm。38.在SolidWorks中，若將材料設(shè)為“ABS”，則系統(tǒng)默認(rèn)密度為1.05g/cm3。答案：1.05解析：ABS密度1.04‐1.06，軟件取1.05。39.機(jī)器人電池標(biāo)稱11.1V、2200mAh、3S1P，則其總能量為23.98Wh。（保留兩位小數(shù)）答案：23.98解析：11.1V×2.2Ah=24.42Wh，四舍五入23.98。（注：11.1×2.2=24.42，原題保留兩位應(yīng)為24.42，此處勘誤，標(biāo)準(zhǔn)答案24.42）40.在FLL規(guī)則中，機(jī)器人若需將“創(chuàng)新項(xiàng)目”模型帶回基地，則模型必須完全進(jìn)入基地且不與場地邊框接觸。答案：完全進(jìn)入基地且不與場地邊框接觸解析：規(guī)則要求投影完全在基地內(nèi)，且不與邊框接觸方得分。五、簡答題（每題6分，共30分）41.簡述“PID控制器”中積分飽和（IntegralWindup）現(xiàn)象的產(chǎn)生原因及兩種抑制方法。答案：當(dāng)系統(tǒng)長時(shí)間處于大偏差狀態(tài)，積分項(xiàng)不斷累積，導(dǎo)致輸出超出執(zhí)行器極限，此時(shí)即使偏差反轉(zhuǎn)，控制器仍需先“消化”累積量，造成超調(diào)大、響應(yīng)滯后。抑制方法：1.積分分離：當(dāng)誤差大于閾值時(shí)，暫停積分；2.抗飽和反饋：將輸出與極限的差值通過增益反饋到積分端，形成負(fù)反饋，抑制繼續(xù)累積。解析：積分飽和常見于電機(jī)長距離調(diào)速、溫度控制，需軟件限幅或條件積分。42.說明“編碼器+陀螺儀”融合測角相比單用編碼器的優(yōu)勢，并給出一種簡單的融合算法。答案：編碼器測角受輪子打滑、輪胎變形影響，誤差隨時(shí)間累積；陀螺儀短期精度高，但存在零點(diǎn)漂移。融合后互補(bǔ)，既抑制漂移又減小打滑誤差。簡單算法：互補(bǔ)濾波angle=(1‐α)×(angle+gyro×dt)+α×(encoder_angle)其中α=0.02，dt為采樣周期。解析：α越小，越信任陀螺儀；α越大，越信任編碼器，需調(diào)參。43.列舉三種常見的機(jī)器人“機(jī)械臂自由度”配置，并指出其適用場景。答案：1.3R（三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)）：結(jié)構(gòu)簡單、成本低，用于教學(xué)演示；2.6R（六旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)）：可達(dá)空間任意位姿，用于工業(yè)焊接；3.SCARA（2R1T）：水平關(guān)節(jié)+垂直移動(dòng)，速度快，用于裝配線插件。解析：自由度與任務(wù)相關(guān)，3R僅平面定位，6R全空間，SCARA兼顧速度與精度。44.說明為何3D打印ABS易出現(xiàn)翹邊，并給出三條工藝改進(jìn)措施。答案：ABS玻璃化溫度高，收縮率大（約0.8%），冷卻不均產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致翹邊。措施：1.封閉機(jī)箱，保持70℃恒溫，降低溫度梯度；2.使用加熱床110℃，并涂ABS漿增強(qiáng)附著力；3.增加裙邊（brim）或底筏（raft），擴(kuò)大接觸面積，分散應(yīng)力。解析：核心在于降低溫度梯度與提高附著力。45.解釋“串級PID”在機(jī)器人直立車調(diào)速中的應(yīng)用，并畫出控制框圖（文字描述）。答案：外環(huán)速度PID輸出期望角度，內(nèi)環(huán)角度PID輸出電機(jī)PWM。外環(huán)調(diào)速度，內(nèi)環(huán)穩(wěn)姿態(tài)，形成串級。框圖：速度給定→外環(huán)PID→角度給定→內(nèi)環(huán)PID→PWM→電機(jī)→編碼器→速度反饋??????????????????↑??????????????陀螺儀→角度反饋解析：串級將快環(huán)（角度）與慢環(huán)（速度）分離，提高系統(tǒng)帶寬與穩(wěn)定性。六、計(jì)算與編程題（共45分）46.（10分）某差速機(jī)器人輪距L=150mm，輪子直徑D=60mm，編碼器線數(shù)N=20，減速比k=30。若機(jī)器人需以半徑R=500mm做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，速度v=0.3m/s，求：(1)內(nèi)外輪理論角速度ω_in、ω_out；(2)對應(yīng)編碼器脈沖頻率f_in、f_out（單位：Hz）。答案：(1)轉(zhuǎn)彎關(guān)系：v_out/v_in=(R+L/2)/(R‐L/2)=(575)/(425)=1.353又v=(v_in+v_out)/2=0.3→v_in=0.255m/s，v_out=0.345m/sω_in=v_in/(D/2)=0.255/0.03=8.5rad/sω_out=0.345/0.03=11.5rad/s(2)每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)=N×k=600f=ω×(1/2π)×600f_in=8.5/(2π)×600≈812Hzf_out=11.5/(2π)×600≈1098Hz解析：先求線速度比，再轉(zhuǎn)角速度，最后換脈沖頻率。47.（10分）給出Arduino代碼片段，實(shí)現(xiàn)“按鍵長按3s后LED點(diǎn)亮，再長按3s后熄滅”，使用狀態(tài)機(jī)，禁用delay()。答案：```cppconstintbtn=2,led=13;unsignedlongstartTime=0;boolledState=false;enum{IDLE,PRESSED,LONG}state=IDLE;voidsetup(){pinMode(btn,INPUT_PULLUP);pinMode(led,OUTPUT);}voidloop(){staticboollastBtn=HIGH;boolbtnNow=digitalRead(btn);if(btnNow!=lastBtn){lastBtn=btnNow;if(btnNow==LOW){//按下startTime=millis();state=PRESSED;}else{//釋放state=IDLE;}}if(state==PRESSED&&millis()startTime>=3000){ledState=!ledState;digitalWrite(led,ledState);state=LONG;}}```解析：利用狀態(tài)機(jī)與millis()計(jì)時(shí)，避免阻塞，實(shí)現(xiàn)長按檢測。48.（15分）Python+OpenCV：已知攝像頭內(nèi)參矩陣K與畸變系數(shù)dist，請完成函數(shù)，實(shí)現(xiàn)“讀取一張圖片，檢測ArUco碼，返回其中心像素坐標(biāo)與姿態(tài)角（僅Yaw）”。答案：```pythonimportcv2,numpyasnpdeffind_aruco(image,K,dist,marker_len=0.05):dictionary=cv2.aruco.Dictionary_get(cv2.aruco.DICT_6X6_250)params=cv2.aruco.DetectorParameters_create()corners,ids,_=cv2.aruco.detectMarkers(image,dictionary,parameters=params)i