2025年青少年机器人技术等级二级考试理论综合试卷及答案(二级)

2025年青少年机器人技术等级二级考试理论综合及答案(二级)一、单项选择题（每题2分，共30分。每题只有一个正确答案，请将正确选项的字母填在括号内）1.在机器人结构中，下列哪一项主要起到“骨骼”作用？（）A.电机  B.控制器  C.框架  D.传感器答案：C2.下列关于直流电机PWM调速的说法正确的是（）A.占空比越大，转速越低  B.频率越高，扭矩越大C.占空比决定平均电压  D.PWM只能单向调速答案：C3.超声波传感器测距时，若回波时间缩短一半，则障碍物距离（）A.变为原来一半  B.变为原来四分之一C.变为原来两倍  D.不变答案：A4.在Arduino程序中，语句“digitalWrite(13,HIGH)”的作用是（）A.将13号引脚设为输入  B.将13号引脚输出高电平C.读取13号引脚电平  D.关闭13号引脚PWM答案：B5.机器人使用巡线传感器时，最常用到的逻辑判断是（）A.与  B.或  C.非  D.异或答案：A6.下列哪种电池最适合为小型竞速机器人提供瞬时大电流？（）A.碱性电池  B.镍氢电池  C.锂聚合物电池  D.铅酸电池答案：C7.在齿轮传动中，主动轮20齿，从动轮60齿，则传动比为（）A.1:3  B.3:1  C.1:4  D.4:1答案：B8.当红外遥控器按键被按下时，发射端首先发送的是（）A.用户码  B.数据码  C.引导码  D.校验码答案：C9.机器人程序中“floatval=analogRead(A0)5.0/1024”的作用是（）A.将模拟值转换为电压值  B.将电压值转换为模拟值C.读取数字口电平  D.开启内部上拉电阻答案：A10.下列关于舵机控制信号的描述正确的是（）A.0°对应占空比0%  B.180°对应占空比100%C.脉冲宽度范围通常为0.5ms~2.5ms  D.舵机靠电压大小直接定位答案：C11.在闭环控制中，PID的“I”项主要作用是（）A.减小超调  B.消除稳态误差  C.提高响应速度  D.抑制噪声答案：B12.机器人上坡时，电机电流会（）A.减小  B.不变  C.增大  D.先减小后增大答案：C13.下列哪种通信方式属于“一主多从”结构？（）A.UART  B.I²C  C.SPI  D.CAN答案：B14.在图形化编程中，使用“循环+条件”结构的主要目的是（）A.减少变量  B.提高可读性  C.实现重复判断与执行  D.降低功耗答案：C15.机器人安装陀螺仪后，能够直接测量的物理量是（）A.加速度  B.角速度  C.磁场强度  D.温度答案：B二、判断题（每题1分，共10分。正确打“√”，错误打“×”）16.金属舵机比塑料舵机更耐冲击，但重量更大。（√）17.红外传感器在强光直射下可能出现误判。（√）18.锂电池的“C”数越大，代表容量越大。（×）19.当电机堵转时，电流会迅速下降。（×）20.使用减速箱可以同时提高输出扭矩和转速。（×）21.数字舵机比模拟舵机响应更快，精度更高。（√）22.在Arduino中，0~13号引脚都可以输出PWM信号。（×）23.双轮差速驱动机器人通过两轮速差实现转向。（√）24.蓝牙4.0比蓝牙2.0功耗更低，延迟更小。（√）25.机器人程序编译错误时，下载按钮仍然可用。（×）三、填空题（每空2分，共20分）26.超声波传感器HC-SR04的Trig引脚至少需要______μs的高电平触发信号。答案：1027.若模拟口读值为512，参考电压5V，则对应电压为______V。答案：2.528.在齿轮系中，模数m=1，齿数z=20，则分度圆直径为______mm。答案：2029.锂电池3S的标称电压为______V。答案：11.130.舵机每增加1°，脉冲宽度大约变化______μs。答案：1031.当电机空载转速为300rpm，减速比30:1，则输出轴转速为______rpm。答案：1032.红外循迹传感器输出为数字量时，通常使用______函数读取。答案：digitalRead33.I²C总线默认上拉电阻一般取______kΩ。答案：4.734.在PID调试中，若系统震荡剧烈，应优先减小______项系数。答案：P35.机器人待机功耗主要由______与______决定。答案：控制器、传感器四、图形化编程题（共20分）36.下图所示为某图形化程序片段，平台为Mind+，角色为ArduinoUno。程序意图：小车遇障碍物停止，障碍物移除后延时1s继续前进。请补全缺失的模块并回答下列问题。（1）补全“超声波距离<15”后的缺失模块：________（填中文名称）答案：电机停止（2）补全“延时1000ms”后的缺失模块：________答案：电机前进（3）若将延时改为100ms，小车会出现的现象是________。答案：频繁启停，抖动（4）若将阈值15cm改为5cm，小车安全性如何变化？________答案：降低，可能碰撞（5）若超声波传感器意外脱落，程序中应增加何种保护？________答案：超时判断或异常检测五、C语言代码阅读题（共20分）阅读下列Arduino代码，回答37~41题。```cppconstinttrig=3,echo=4,led=13;longduration,cm;voidsetup(){pinMode(trig,OUTPUT);pinMode(echo,INPUT);pinMode(led,OUTPUT);Serial.begin(9600);}voidloop(){digitalWrite(trig,LOW);delayMicroseconds(2);digitalWrite(trig,HIGH);delayMicroseconds(10);digitalWrite(trig,LOW);duration=pulseIn(echo,HIGH);cm=duration0.034/2;if(cm<20){digitalWrite(led,HIGH);Serial.println("Warning!");}else{digitalWrite(led,LOW);}delay(200);}```37.变量cm的单位是________。答案：厘米38.pulseIn函数返回值的单位是________。答案：微秒39.若将delay(200)改为delay(50)，串口输出频率变为原来的________倍。答案：440.若echo引脚悬空，pulseIn返回值可能为________，导致led________。答案：0，常亮或闪烁41.若要增加蜂鸣器报警，应在“Warning!”后添加的语句为________。答案：tone(8,1000,300);六、计算与简答题（共30分）42.（6分）某机器人驱动轮直径65mm，电机减速比34:1，电机空载转速350rpm，求机器人理论最大速度（m/s，保留两位小数）。解：轮周长=π×65≈204.2mm=0.2042m输出转速=350/34≈10.29rpm线速度=0.2042×10.29/60≈0.035m/s答案：0.04m/s43.（6分）简述超声波传感器在室外强光环境产生误差的原因，并给出两种改进方法。答案：原因：阳光中含红外成分，干扰接收头；温度变化影响声速。改进：1.加装遮光罩；2.增加温度补偿，修正声速公式v=331.4+0.6T。44.（6分）机器人电池标称7.4V2200mAh，整机工作电流平均800mA，求理论续航时间；若增加一块同规格电池并联，续航时间如何变化？答案：2200/800=2.75h；并联后容量加倍，续航5.5h。45.（6分）列举三种常见的机器人定位方式，并比较其精度与适用场景。答案：①码盘+陀螺仪：精度cm级，适合室内短距；②视觉SLAM：精度cm~dm级，适合动态环境；③GPS：精度m级，适合室外开阔场景。46.（6分）解释“死区”在舵机控制中的含义，并给出软件消除方法。答案：死区指脉冲宽度微小变化而舵机不响应的范围，通常±2μs。软件方法：采用增量式PID，对误差积分累加，当误差小于死区时强制输出上次有效值，避免抖动。七、综合设计题（共20分）47.设计一台“智能送药小车”，要求：①自动循迹到医院床位；②遇到行人停车礼让；③到达后自动旋转药盒；④返回起点。请完成：（1）列出所需传感器与执行器（至少5件）；（2）画出系统结构框图（文字描述即可）；（3）给出主程序流程图（文字描述即可）；（4）写出关键算法伪代码（不少于15行）。答案：（1）红外巡线传感器×4、超声波传感器×2、陀螺仪、舵机、直流减速电机×2、步进电机、蓝牙模块。（2）结构：电源→主控→传感器组→驱动板→电机/舵机；通信层为蓝牙。（3）流程：初始化→循线→测距→若距<30cm停车→延时→继续→床位标记→旋转药盒90°→声光提示→返回→终点停止。（4）伪代码：```plaintext初始化传感器与电机while(未到达床位)error=巡线偏差()leftSpeed=baseSpeed-KerrorrightSpeed