全國青少年機(jī)器人技術(shù)等級考試(三級上機(jī)考試)模擬試題含答案一、單項選擇題（共10題，每題2分，共20分）1.以下哪種機(jī)械結(jié)構(gòu)常用于將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動？A.齒輪傳動B.蝸輪蝸桿C.絲杠螺母D.鏈傳動答案：C解析：絲杠螺母機(jī)構(gòu)通過螺桿的旋轉(zhuǎn)帶動螺母做直線運動，是典型的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)直線結(jié)構(gòu)。2.某齒輪組中，主動輪齒數(shù)為20，從動輪齒數(shù)為60，傳動比為？A.1:3B.3:1C.1:2D.2:1答案：A解析：傳動比=從動輪齒數(shù)/主動輪齒數(shù)=60/20=3，通常表示為主動輪與從動輪的轉(zhuǎn)速比，即1:3。3.紅外測距傳感器的工作原理基于以下哪種物理現(xiàn)象？A.光的反射B.電磁感應(yīng)C.熱輻射D.超聲波反射答案：A解析：紅外測距通過發(fā)射紅外光并接收反射光的強(qiáng)度或時間差計算距離。4.舵機(jī)控制信號的標(biāo)準(zhǔn)周期為？A.20msB.10msC.50msD.100ms答案：A解析：舵機(jī)PWM控制信號周期通常為20ms，脈寬在1ms~2ms對應(yīng)0°~180°轉(zhuǎn)角。5.以下哪種傳感器無法直接檢測環(huán)境亮度？A.光敏電阻B.光電二極管C.超聲波傳感器D.環(huán)境光傳感器（ALS）答案：C解析：超聲波傳感器通過聲波測距，不涉及光強(qiáng)檢測。6.編程中，“while條件:循環(huán)體”屬于哪種結(jié)構(gòu)？A.順序結(jié)構(gòu)B.分支結(jié)構(gòu)C.循環(huán)結(jié)構(gòu)D.函數(shù)結(jié)構(gòu)答案：C解析：while語句是典型的循環(huán)控制結(jié)構(gòu)，當(dāng)條件滿足時重復(fù)執(zhí)行循環(huán)體。7.要讓機(jī)器人在檢測到障礙物（距離＜20cm）時停止，應(yīng)優(yōu)先使用哪種傳感器組合？A.溫度傳感器+舵機(jī)B.超聲波傳感器+電機(jī)C.陀螺儀+LEDD.濕度傳感器+蜂鳴器答案：B解析：超聲波傳感器用于測距，電機(jī)用于控制運動，符合避障需求。8.連桿機(jī)構(gòu)中，“急回特性”指的是？A.主動件勻速轉(zhuǎn)動時，從動件往返速度不同B.所有構(gòu)件運動速度相同C.從動件只能單向運動D.主動件必須高速轉(zhuǎn)動答案：A解析：急回特性是指當(dāng)原動件勻速轉(zhuǎn)動時，從動件往返行程的平均速度不同，返回速度更快。9.以下哪種編程錯誤會導(dǎo)致機(jī)器人持續(xù)向一個方向旋轉(zhuǎn)無法停止？A.傳感器讀數(shù)未更新B.循環(huán)中缺少退出條件C.變量初始化錯誤D.電機(jī)正反轉(zhuǎn)指令寫反答案：B解析：若循環(huán)（如whileTrue）中無退出條件，程序會無限執(zhí)行，導(dǎo)致電機(jī)持續(xù)運轉(zhuǎn)。10.制作一個可上下升降的機(jī)械臂，最適合的傳動方式是？A.皮帶傳動B.齒輪齒條C.鏈傳動D.圓錐齒輪傳動答案：B解析：齒輪齒條可將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線升降運動，適合機(jī)械臂垂直方向的升降需求。二、多項選擇題（共5題，每題3分，共15分。多選、錯選不得分，少選得1分）1.機(jī)器人系統(tǒng)的基本組成包括以下哪些部分？A.機(jī)械結(jié)構(gòu)B.傳感器C.執(zhí)行器D.控制系統(tǒng)答案：ABCD解析：機(jī)器人由機(jī)械結(jié)構(gòu)（支撐）、傳感器（感知環(huán)境）、執(zhí)行器（動作輸出）、控制系統(tǒng)（決策）四部分組成。2.以下哪些屬于數(shù)字傳感器？A.紅外避障傳感器（輸出0/1）B.溫度傳感器（輸出模擬電壓）C.編碼器（輸出脈沖信號）D.光敏電阻（輸出電阻值變化）答案：AC解析：數(shù)字傳感器輸出離散的數(shù)字信號（如0/1、脈沖），模擬傳感器輸出連續(xù)電壓/電流信號。3.編程調(diào)試時，常見的錯誤類型包括？A.語法錯誤（如缺少冒號）B.邏輯錯誤（如條件判斷錯誤）C.運行時錯誤（如傳感器未連接）D.注釋過多答案：ABC解析：注釋過多不影響程序運行，不屬于錯誤類型。4.齒輪傳動的優(yōu)點包括？A.傳動效率高（可達(dá)98%以上）B.可實現(xiàn)大距離傳動C.傳動比準(zhǔn)確D.無需潤滑答案：AC解析：齒輪傳動適合短距離傳動，需潤滑以減少磨損。5.超聲波傳感器測距時，可能影響精度的因素有？A.環(huán)境溫度（影響聲速）B.被測物體表面材質(zhì)（反射率）C.傳感器安裝角度（非垂直入射）D.光線強(qiáng)度答案：ABC解析：超聲波傳播與光強(qiáng)無關(guān)，溫度影響聲速（v=331+0.6T），材質(zhì)和角度影響反射信號強(qiáng)度。三、填空題（共10題，每空2分，共20分）1.機(jī)械傳動中，________是指兩齒輪在分度圓上的齒距與π的比值，是設(shè)計齒輪尺寸的關(guān)鍵參數(shù)。答案：模數(shù)2.舵機(jī)的控制信號是________（填“模擬”或“數(shù)字”）信號，通過調(diào)整________（填“頻率”或“脈寬”）控制轉(zhuǎn)角。答案：數(shù)字；脈寬3.超聲波傳感器測距公式為：距離=________×?xí)r間÷2（聲速取340m/s）。答案：聲速4.編程中，“if條件1:...elif條件2:...else:...”屬于________結(jié)構(gòu)。答案：多分支（或條件判斷）5.連桿機(jī)構(gòu)中，能實現(xiàn)“整周轉(zhuǎn)動→往復(fù)擺動”的典型機(jī)構(gòu)是________。答案：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)6.編碼器的作用是測量電機(jī)的________（填“轉(zhuǎn)速”或“溫度”）和________（填“轉(zhuǎn)向”或“濕度”）。答案：轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)向7.光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度增加而________（填“增大”或“減小”）。答案：減小8.PID控制中的“P”代表________，“I”代表積分控制，“D”代表微分控制。答案：比例控制9.要讓機(jī)器人沿直線行駛，需通過________（填“陀螺儀”或“溫度傳感器”）檢測偏轉(zhuǎn)角度并調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速。答案：陀螺儀10.皮帶傳動的主要缺點是________（寫出一點即可）。答案：傳動比不準(zhǔn)確（或易打滑、效率較低）四、簡答題（共5題，第13題每題6分，第45題每題8分，共34分）1.（封閉型）什么是“死點位置”？連桿機(jī)構(gòu)中如何避免死點？答案：死點位置是指連桿機(jī)構(gòu)中，從動件與連桿共線時，主動件無法推動從動件運動的位置（2分）。避免方法：①在從動件上安裝飛輪利用慣性通過死點（2分）；②采用多組機(jī)構(gòu)錯位排列（2分）。2.（封閉型）簡述超聲波傳感器的工作流程。答案：①發(fā)射端發(fā)出超聲波脈沖（2分）；②超聲波遇到障礙物反射（2分）；③接收端檢測反射波（1分）；④根據(jù)發(fā)射與接收的時間差計算距離（1分）。3.（封閉型）編程中“變量”的作用是什么？舉例說明（如用Scratch或Python）。答案：變量用于存儲程序運行過程中的臨時數(shù)據(jù)（2分）。例如：用Python編寫避障程序時，可定義變量distance存儲超聲波傳感器的測距值（2分），后續(xù)通過ifdistance<20:語句判斷是否停止（2分）。4.（開放型）設(shè)計一個自動循跡機(jī)器人（沿黑色引導(dǎo)線行駛），需要哪些硬件組件？說明各組件的作用。答案：硬件組件及作用：①機(jī)械底盤（1分）：支撐所有部件；②直流電機(jī)+輪組（1分）：提供驅(qū)動力；③灰度傳感器（或紅外對管）（2分）：檢測地面顏色（黑色/白色），輸出模擬或數(shù)字信號；④控制器（如Arduino）（2分）：接收傳感器信號，計算并輸出電機(jī)控制指令；⑤電源（如電池）（1分）：為所有組件供電；⑥電機(jī)驅(qū)動模塊（如L298N）（1分）：放大控制器輸出的弱電信號，驅(qū)動電機(jī)運轉(zhuǎn)。5.（開放型）機(jī)器人執(zhí)行“前進(jìn)1米后左轉(zhuǎn)90°”任務(wù)時，可能出現(xiàn)偏差（如未轉(zhuǎn)夠角度），分析可能原因及解決方法。答案：可能原因及解決方法：①電機(jī)轉(zhuǎn)速不一致（1分）：校準(zhǔn)左右電機(jī)轉(zhuǎn)速（如通過編碼器反饋調(diào)整PWM值）（2分）；②地面摩擦力不均（1分）：清潔地面或增加輪胎紋路增大摩擦（2分）；③陀螺儀精度不足（1分）：更換高精度陀螺儀或通過多次測量取平均（2分）；④程序中轉(zhuǎn)向時間/角度計算錯誤（1分）：重新測試并調(diào)整轉(zhuǎn)向時間或角度參數(shù)（2分）。（注：需答出至少3個原因及對應(yīng)方法，總分不超過8分）五、應(yīng)用題（共3題，第1題8分，第2題10分，第3題13分，共31分）1.（計算類）某齒輪組由主動輪（Z1=24齒）、中間輪（Z2=36齒）、從動輪（Z3=48齒）組成，主動輪轉(zhuǎn)速為300r/min。（1）計算主動輪與從動輪的傳動比；（2）求從動輪的轉(zhuǎn)速。答案：（1）傳動比i=Z3/Z1=48/24=2（3分）；（2）從動輪轉(zhuǎn)速n3=n1/i=300/2=150r/min（5分）。2.（分析類）某機(jī)器人使用超聲波傳感器（最大測距4米，精度±3cm）檢測前方障礙物，編程邏輯如下（Python偽代碼）：```pythonwhileTrue:distance=read_ultrasonic()ifdistance<10:motor_stop()elif10≤distance<50:motor_speed(30)低速前進(jìn)else:motor_speed(80)高速前進(jìn)```（1）分析該程序可能存在的問題；（2）提出改進(jìn)建議。答案：（1）問題分析：①當(dāng)distance=10cm時，同時滿足“distance<10”和“10≤distance<50”，導(dǎo)致條件沖突（3分）；②未處理傳感器無效值（如超過4米時返回0或異常值），可能誤判（2分）；③急停距離（10cm）過近，機(jī)器人可能來不及剎車（2分）。（2）改進(jìn)建議：①修改條件為“ifdistance<10:...elif10<=distance<50:...”（避免重疊）（2分）；②增加無效值判斷（如ifdistance>400ordistance<=0:跳過本次循環(huán)）（2分）；③提高急停距離（如改為20cm），預(yù)留剎車時間（1分）。3.（綜合類）設(shè)計一個“自動澆花機(jī)器人”，要求：檢測土壤濕度（干燥時需澆水）；缺水時通過蜂鳴器報警；澆水后記錄時間（用RTC模塊）；可通過藍(lán)牙遠(yuǎn)程查詢狀態(tài)。（1）畫出硬件連接示意圖（文字描述即可）；（2）編寫核心控制程序（Scratch或Python，關(guān)鍵步驟需注釋）。答案：（1）硬件連接示意圖（文字描述）：控制器（Arduino/ESP32）→土壤濕度傳感器（模擬口A0）（1分）；→繼電器（控制水泵，數(shù)字口D2）（1分）；→蜂鳴器（數(shù)字口D3）（1分）；→RTC模塊（I2C接口SDA/SCL）（1分）；→藍(lán)牙模塊（UART接口TX/RX）（1分）；→水泵（接繼電器輸出端）（1分）；→電池（5V供電）（1分）。（2）Python（MicroPython）核心程序示例：```pythonfrommachineimportPin,I2C,ADC,UARTimportdht,utime,ds3231導(dǎo)入RTC庫硬件初始化soil_sensor=ADC(Pin(34))土壤濕度傳感器（模擬輸入）relay=Pin(2,Pin.OUT)繼電器控制水泵buzzer=Pin(3,Pin.OUT)蜂鳴器i2c=I2C(0,scl=Pin(18),sda=Pin(19))I2C總線rtc=ds3231.DS3231(i2c)RTC模塊初始化uart=UART(1,baudrate=9600,tx=Pin(4),rx=Pin(5))藍(lán)牙模塊defget_soil_moisture():土壤濕度值（04095，數(shù)值越小越干燥）returnsoil_sensor.read()defsend_bluetooth(msg):uart.write(msg+"\n")whileTrue:moisture=get_soil_moisture()干燥閾值（假設(shè)3000為干燥）ifmoisture>3000:buzzer.value(1)蜂鳴器報警relay.value(1)啟動水泵澆水記錄澆水時間year,month,day,hour,minute,second=rtc.datetime()log_time=f"澆水時間：{year}{month}{day}{hour}:{min