機(jī)器人等級考試(三級)2025模擬試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（共15題，每題2分，共30分）1.以下哪種傳感器常用于機(jī)器人的非接觸式距離測量？A.壓敏電阻傳感器B.超聲波傳感器C.溫度傳感器D.濕度傳感器2.工業(yè)機(jī)器人的“自由度”指的是：A.機(jī)器人可移動的最大距離B.機(jī)器人關(guān)節(jié)能夠獨(dú)立運(yùn)動的數(shù)目C.機(jī)器人承載的最大重量D.機(jī)器人可識別的最大障礙物數(shù)量3.在Arduino編程中，若要控制舵機(jī)旋轉(zhuǎn)至90度，通常使用的函數(shù)是：A.`digitalWrite()`B.`analogRead()`C.`servo.write()`D.`map()`4.以下哪種編程范式更適合用于機(jī)器人路徑規(guī)劃？A.面向?qū)ο缶幊蹋∣OP）B.函數(shù)式編程（FP）C.事件驅(qū)動編程（EDP）D.行為樹編程（BT）5.輪式機(jī)器人的差速轉(zhuǎn)向原理是：A.兩側(cè)輪子同方向同速轉(zhuǎn)動B.兩側(cè)輪子同方向不同速轉(zhuǎn)動C.一側(cè)輪子正轉(zhuǎn)，另一側(cè)輪子反轉(zhuǎn)D.僅單側(cè)輪子轉(zhuǎn)動，另一側(cè)鎖定6.紅外避障傳感器的工作原理基于：A.聲波反射B.光的反射與接收C.電磁感應(yīng)D.溫度差檢測7.在PID控制中，“I（積分）”環(huán)節(jié)的主要作用是：A.減少系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差B.加快系統(tǒng)響應(yīng)速度C.抑制系統(tǒng)超調(diào)D.提高系統(tǒng)抗干擾能力8.以下哪種電機(jī)適合作為機(jī)器人的高精度定位執(zhí)行器？A.直流電機(jī)（DCMotor）B.步進(jìn)電機(jī)（StepperMotor）C.舵機(jī)（ServoMotor）D.無刷電機(jī)（BLDCMotor）9.機(jī)器人視覺系統(tǒng)中，“灰度圖像”的每個(gè)像素點(diǎn)通常用多少位表示？A.1位B.8位C.24位D.32位10.以下哪種通信協(xié)議常用于機(jī)器人內(nèi)部傳感器與主控的短距離高速通信？A.RS232B.I2CC.藍(lán)牙（Bluetooth）D.以太網(wǎng)（Ethernet）11.若機(jī)器人需要在黑暗環(huán)境中導(dǎo)航，最適合的傳感器是：A.攝像頭（可見光）B.激光雷達(dá)（LiDAR）C.光電編碼器D.溫濕度傳感器12.舵機(jī)的控制信號通常是：A.模擬電壓信號（05V）B.PWM信號（50Hz，占空比2.5%12.5%）C.數(shù)字開關(guān)信號（高/低電平）D.420mA電流信號13.以下哪種機(jī)器人屬于“移動機(jī)器人”？A.機(jī)械臂（Manipulator）B.四足機(jī)器人（QuadrupedRobot）C.并聯(lián)機(jī)器人（DeltaRobot）D.直角坐標(biāo)機(jī)器人（CartesianRobot）14.機(jī)器人SLAM（同步定位與地圖構(gòu)建）技術(shù)的核心是：A.傳感器數(shù)據(jù)融合B.電機(jī)控制精度C.電池續(xù)航能力D.人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)15.在Python中，若要讀取超聲波傳感器的測距數(shù)據(jù)（單位：厘米），正確的代碼邏輯是：A.發(fā)送觸發(fā)信號→等待高電平→計(jì)算高電平持續(xù)時(shí)間→距離=時(shí)間×聲速B.發(fā)送觸發(fā)信號→等待低電平→計(jì)算低電平持續(xù)時(shí)間→距離=時(shí)間×聲速C.直接讀取模擬引腳電壓值→轉(zhuǎn)換為距離D.讀取數(shù)字引腳狀態(tài)→根據(jù)高低電平判斷是否有障礙物二、多項(xiàng)選擇題（共5題，每題3分，共15分，錯(cuò)選、漏選均不得分）1.以下屬于機(jī)器人感知層的組件有：A.激光雷達(dá)B.主控芯片（如STM32）C.超聲波傳感器D.直流電機(jī)2.工業(yè)機(jī)器人的安全規(guī)范包括：A.安裝物理防護(hù)欄B.編程時(shí)使用急停按鈕C.允許人員在機(jī)器人運(yùn)行時(shí)進(jìn)入工作區(qū)D.定期檢查電機(jī)與傳動部件的磨損3.以下關(guān)于編碼器的描述正確的是：A.增量式編碼器可檢測位置變化，但無法確定絕對位置B.絕對式編碼器可直接輸出當(dāng)前絕對位置C.編碼器常用于電機(jī)轉(zhuǎn)速與位置的閉環(huán)控制D.編碼器的分辨率越高，測量精度越低4.機(jī)器人路徑規(guī)劃算法中，屬于全局規(guī)劃的有：A.A算法（AStar）B.人工勢場法（ArtificialPotentialField）C.Dijkstra算法D.動態(tài)窗口法（DWA）5.以下哪些操作可能導(dǎo)致舵機(jī)損壞？A.長時(shí)間堵轉(zhuǎn)（輸出軸被固定）B.輸入電壓超過額定值（如6V舵機(jī)使用12V電源）C.控制信號頻率穩(wěn)定在50HzD.舵機(jī)輸出軸承受超過額定扭矩的負(fù)載三、填空題（共10題，每題2分，共20分）1.機(jī)器人三定律由________提出，核心內(nèi)容是保護(hù)人類、服從指令、保護(hù)自身。2.超聲波在空氣中的傳播速度約為________m/s（取室溫20℃時(shí)的近似值）。3.編碼器的分辨率為1000線/圈，電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，編碼器輸出________個(gè)脈沖。4.在PWM（脈寬調(diào)制）控制中，占空比為30%表示高電平時(shí)間占一個(gè)周期的________。5.舵機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)控制信號周期通常為________ms（對應(yīng)頻率50Hz）。6.機(jī)器人坐標(biāo)系中，基坐標(biāo)系（BaseFrame）的原點(diǎn)通常定義為________。7.工業(yè)機(jī)器人常見的驅(qū)動方式包括液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和________驅(qū)動。8.紅外傳感器的發(fā)射端通常使用________（填“可見光”或“不可見光”）。9.在PID控制中，若系統(tǒng)響應(yīng)緩慢且存在較大穩(wěn)態(tài)誤差，應(yīng)增大________環(huán)節(jié)的系數(shù)。10.輪式機(jī)器人的“阿克曼轉(zhuǎn)向”主要用于________（填“差速轉(zhuǎn)向”或“轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向”）場景。四、簡答題（共4題，第12題每題5分，第34題每題10分，共30分）1.（封閉型）簡述光電編碼器的工作原理。2.（封閉型）對比超聲波傳感器與激光雷達(dá)的優(yōu)缺點(diǎn)（至少各列2點(diǎn)）。3.（開放型）設(shè)計(jì)一個(gè)基于Arduino的循跡機(jī)器人方案，需說明硬件選型（傳感器、執(zhí)行器、主控）、軟件邏輯（如何實(shí)現(xiàn)循跡）及關(guān)鍵參數(shù)（如傳感器安裝高度、電機(jī)轉(zhuǎn)速）。4.（分析型）某機(jī)器人在直線行駛時(shí)出現(xiàn)“走偏”現(xiàn)象，可能的原因有哪些？請從硬件和軟件兩方面分析（至少各列3點(diǎn)）。五、應(yīng)用題（共1題，15分）某輪式機(jī)器人使用兩個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動（左、右輪各一個(gè)），電機(jī)通過減速箱連接車輪，參數(shù)如下：車輪直徑：10cm（周長=π×直徑≈31.4cm）減速比：1:50（電機(jī)轉(zhuǎn)50圈，車輪轉(zhuǎn)1圈）編碼器分辨率：1000線/圈（電機(jī)軸每轉(zhuǎn)一圈，編碼器輸出1000個(gè)脈沖）問題：（1）當(dāng)機(jī)器人直線行駛時(shí)，左電機(jī)編碼器在1秒內(nèi)輸出5000個(gè)脈沖，求左車輪的線速度（單位：cm/s）。（2）若機(jī)器人需要以15cm/s的速度直線行駛，計(jì)算電機(jī)應(yīng)保持的轉(zhuǎn)速（單位：轉(zhuǎn)/分鐘，rpm）。答案及解析一、單項(xiàng)選擇題1.B（超聲波傳感器通過發(fā)射超聲波并接收反射信號測量距離）2.B（自由度指機(jī)器人獨(dú)立運(yùn)動的關(guān)節(jié)數(shù)）3.C（`servo.write()`是舵機(jī)控制的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)）4.D（行為樹編程適合處理機(jī)器人多任務(wù)決策與路徑規(guī)劃）5.B（差速轉(zhuǎn)向通過兩側(cè)輪子速度差實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向）6.B（紅外避障利用紅外光反射檢測障礙物）7.A（積分環(huán)節(jié)消除穩(wěn)態(tài)誤差）8.B（步進(jìn)電機(jī)可精確控制轉(zhuǎn)角，適合定位）9.B（灰度圖像通常用8位表示0255級灰度）10.B（I2C協(xié)議適合短距離、多設(shè)備通信）11.B（激光雷達(dá)不受可見光影響，適合黑暗環(huán)境）12.B（舵機(jī)控制信號為50HzPWM，占空比對應(yīng)角度）13.B（四足機(jī)器人屬于移動機(jī)器人，其他為固定或機(jī)械臂）14.A（SLAM核心是融合傳感器數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)定位與建圖）15.A（超聲波測距需觸發(fā)信號→接收高電平→計(jì)算時(shí)間×聲速/2）二、多項(xiàng)選擇題1.AC（感知層負(fù)責(zé)環(huán)境信息采集，包括傳感器；B為主控層，D為執(zhí)行層）2.ABD（C違反安全規(guī)范，人員需在機(jī)器人停止時(shí)進(jìn)入工作區(qū)）3.ABC（分辨率越高，精度越高，D錯(cuò)誤）4.AC（全局規(guī)劃需已知地圖，A和Dijkstra屬于此類；人工勢場和DWA為局部規(guī)劃）5.ABD（C為正常操作，不會損壞舵機(jī)）三、填空題1.艾薩克·阿西莫夫2.3403.1000（分辨率即每圈脈沖數(shù)）4.30%5.20（50Hz周期=1/50=0.02s=20ms）6.機(jī)器人基座的安裝點(diǎn)7.電動（或“電機(jī)”）8.不可見光（紅外光為不可見光）9.積分（I）10.轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向（如汽車轉(zhuǎn)向方式）四、簡答題1.光電編碼器由光源、碼盤（帶刻度的圓盤）、光電接收器組成。碼盤隨電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，遮擋或透過光線，光電接收器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號（方波脈沖），通過計(jì)數(shù)脈沖數(shù)可計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速或位置變化（增量式），或直接讀取碼盤絕對位置（絕對式）。2.超聲波傳感器優(yōu)點(diǎn)：成本低、抗干擾能力強(qiáng)（不受光線影響）；缺點(diǎn)：精度較低（±3cm）、測量角度大（易受多路徑反射干擾）。激光雷達(dá)優(yōu)點(diǎn)：精度高（±1cm）、測量范圍大（可達(dá)100m以上）；缺點(diǎn)：成本高、易受雨雪天氣影響（激光被散射）。3.硬件選型：傳感器：25個(gè)紅外對管（如TCRT5000），安裝高度23cm（避免地面反光干擾）；執(zhí)行器：兩個(gè)直流電機(jī)+減速箱（轉(zhuǎn)速50100rpm），配套車輪（直徑68cm）；主控：ArduinoUno（支持PWM控制電機(jī)）。軟件邏輯：讀取紅外傳感器模擬值（黑線反射率低，電壓低；白線反射率高，電壓高）；設(shè)定閾值（如300）區(qū)分黑白；若左側(cè)傳感器檢測到黑線（電壓<閾值），右轉(zhuǎn)（左電機(jī)加速，右電機(jī)減速）；若右側(cè)檢測到黑線，左轉(zhuǎn)；若全在白區(qū)，直行（雙電機(jī)同速）。關(guān)鍵參數(shù)：傳感器安裝高度2cm，電機(jī)PWM占空比50%（對應(yīng)轉(zhuǎn)速約60rpm）。4.硬件原因：車輪直徑不一致（如磨損導(dǎo)致左右輪周長差異）；電機(jī)扭矩不均衡（左/右電機(jī)老化或供電電壓差異）；傳動系統(tǒng)間隙（齒輪或皮帶松動導(dǎo)致動力傳遞不同步）。軟件原因：PID參數(shù)設(shè)置不當(dāng)（比例系數(shù)過大導(dǎo)致震蕩，積分系數(shù)過小無法修正偏差）；編碼器計(jì)數(shù)誤差（如干擾導(dǎo)致脈沖丟失，左右輪計(jì)數(shù)不一致）；傳感器校準(zhǔn)錯(cuò)誤（如紅外傳感器閾值設(shè)置偏差，誤判路徑