电子学会等级考试机器人试题及答案

电子学会等级考试机器人试题及答案一、单项选择题（共20题，每题2分，共40分）1.以下哪种传感器常用于测量机器人与障碍物之间的距离？A.光敏电阻B.温度传感器C.超声波传感器D.湿度传感器2.舵机的主要功能是：A.提供持续旋转动力B.精确控制旋转角度C.检测环境光线强度D.测量机器人速度3.在机器人控制系统中，“闭环控制”的关键特征是：A.仅根据初始指令执行B.通过反馈调整输出C.无需传感器参与D.控制精度低于开环4.以下哪种执行器适用于需要快速启停的直线运动场景？A.直流电机B.步进电机C.伺服电机D.气缸5.若使用红外避障传感器，当检测到障碍物时，传感器输出信号通常会：A.从高电平变为低电平B.保持恒定电压C.频率显著降低D.电流持续增大6.机器人三定律中，第一定律强调：A.机器人不得伤害人类B.机器人必须服从人类命令C.机器人需保护自身安全D.机器人应协助人类工作7.编程实现“机器人以20cm/s速度前进，遇到障碍物后停止”，需调用的核心模块是：A.显示模块B.电机驱动模块+距离检测模块C.声音模块D.温度检测模块8.关于PID控制算法，“I（积分项）”的主要作用是：A.减少稳态误差B.加快响应速度C.抑制超调D.提高抗干扰能力9.搭建轮式机器人时，若左右轮直径不一致，可能导致：A.无法检测障碍物B.直线行驶时偏向一侧C.电机功率不足D.电池耗电过快10.以下哪种编程软件适用于Arduino控制器的代码编写？A.ScratchB.Mind+C.PythonIDLED.VisualStudioCode11.光敏传感器的输出值与环境光照强度的关系是：A.光照越强，输出值越大（模拟量）B.光照越强，输出值越小（模拟量）C.光照越强，输出值跳变越频繁（数字量）D.无直接线性关系12.机器人完成“左转90度”动作时，若实际转向角度小于90度，可能的原因是：A.舵机供电电压过高B.左右轮转速差设置过小C.传感器采样频率过低D.程序中未使用循环结构13.以下哪种通信方式适用于机器人与远程服务器的实时数据传输？A.I2CB.SPIC.WiFiD.串口（UART）14.设计一个自动浇花机器人，核心传感器应选择：A.气压传感器B.土壤湿度传感器C.加速度传感器D.陀螺仪15.步进电机的“步距角”指的是：A.每输入一个脉冲转过的角度B.电机最大旋转角度C.电机启动时的初始角度D.电机停止时的锁定角度16.若机器人需要实现“沿黑色轨迹线行走”，最佳传感器组合是：A.超声波传感器+温度传感器B.红外对管（反射式）+灰度传感器C.陀螺仪+加速度传感器D.光敏电阻+湿度传感器17.以下关于机器人自由度的描述，正确的是：A.自由度越多，机器人结构越简单B.轮式机器人通常有3个自由度（前后、左右、旋转）C.机械臂的自由度仅指手臂的旋转方向D.自由度与机器人的运动能力无关18.编写Scratch机器人程序时，“当按下A键时，电机A正转”对应的逻辑结构是：A.顺序结构B.循环结构C.分支结构（条件判断）D.并行结构19.测试机器人时，若发现电机运转但车轮不转，可能的故障是：A.程序中未初始化电机B.车轮与电机轴连接松动C.传感器接线错误D.电池电量不足20.工业机器人中，“六轴机械臂”的“轴”指的是：A.机械臂的支撑柱数量B.可独立运动的关节数量C.传感器的安装位置D.电机的功率等级二、判断题（共10题，每题1分，共10分）1.超声波传感器通过发射和接收次声波来测量距离。（）2.舵机的控制信号通常为PWM（脉宽调制）信号。（）3.开环控制系统需要实时反馈数据。（）4.直流电机的转速与供电电压成正比（无负载时）。（）5.灰度传感器可通过检测反射光强度区分黑白颜色。（）6.机器人三定律由艾萨克·阿西莫夫提出。（）7.步进电机断电后会保持当前位置（有自锁能力）。（）8.编程时，“死循环”一定会导致程序崩溃。（）9.轮式机器人的“差速转向”是通过左右轮不同转速实现的。（）10.温度传感器只能用于检测环境温度，无法测量机器人内部元件温度。（）三、程序设计题（共3题，每题10分，共30分）1.（Scratch编程）要求：机器人初始状态为静止，当检测到前方50cm内有障碍物（超声波传感器）时，先播放“滴滴”声音（持续1秒），然后后退30cm，最后左转90度并继续前进。请绘制程序流程图并编写关键代码块。2.（Arduino编程）使用红外避障传感器（数字输出，检测到障碍物时输出LOW）和两个直流电机（A、B），要求：机器人正常前进（A正转、B正转）；当任意一个传感器检测到障碍物时，立即停止所有电机，500ms后右转（A正转、B反转）2秒，然后恢复前进。请编写Arduino代码（需包含引脚定义、主循环逻辑）。3.（Python编程）假设机器人搭载激光雷达（返回0180度范围内的障碍物距离数组，单位：cm），要求筛选出2060度范围内距离小于80cm的障碍物，若存在则输出“危险区域有障碍物”，否则输出“安全”。请编写Python函数实现该逻辑。四、综合应用题（共2题，每题10分，共20分）1.设计一个“智能垃圾分类机器人”，要求：（1）具备识别塑料瓶（白色）、易拉罐（银色）、纸箱（黄色）三种垃圾的能力；（2）能将不同垃圾放入对应颜色的收纳箱（白、银、黄）；（3）说明所需的传感器、执行器及核心控制逻辑。2.某仓库需要机器人搬运货物（最大重量5kg，尺寸30cm×20cm×15cm），要求：（1）设计机器人机械结构（至少包含底盘、搬运机构）；（2）选择合适的电机类型及驱动方式；（3）列出需要解决的关键技术问题（如避障、定位等）。答案及解析一、单项选择题1.C（超声波传感器通过发射超声波并接收回波计算距离）2.B（舵机通过PWM信号控制旋转角度，精度可达1度）3.B（闭环控制通过传感器反馈调整输出，如温度控制系统）4.D（气缸可快速实现直线往复运动，适合短距离快速启停）5.A（红外避障传感器通常为数字输出，检测到障碍物时输出低电平）6.A（阿西莫夫三定律第一定律：机器人不得伤害人类）7.B（需要电机驱动模块控制速度，距离检测模块触发停止）8.A（积分项用于消除稳态误差，比例项加快响应，微分项抑制超调）9.B（左右轮直径不同会导致相同转速下行驶距离不同，偏向直径小的一侧）10.B（Mind+支持Arduino图形化/代码编程，Scratch主要用于低龄段）11.A（光敏电阻阻值随光照增强而减小，模拟量输出时电压值增大）12.B（转向角度由左右轮转速差和时间决定，差过小会导致角度不足）13.C（WiFi支持远程无线通信，适合与服务器交互；I2C/SPI为短距离总线）14.B（土壤湿度传感器直接检测土壤含水量，是浇花的核心参数）15.A（步进电机每接收一个脉冲转动固定角度，如1.8度/步）16.B（反射式红外对管或灰度传感器可检测地面颜色差异，用于巡线）17.B（轮式机器人通常有3个自由度：x轴移动、y轴移动、绕z轴旋转）18.C（通过“当按下A键”的条件判断触发电机正转）19.B（车轮与电机轴松动会导致动力无法传递，其他选项不会出现“运转但不转”）20.B（六轴机械臂有6个可独立运动的关节，对应6个自由度）二、判断题1.×（超声波传感器使用超声波，次声波频率低于20Hz，无法用于短距离测量）2.√（舵机通过PWM信号的脉宽（12ms）控制角度）3.×（开环无反馈，闭环需要反馈）4.√（直流电机转速公式：n=(UIR)/KΦ，无负载时I≈0，n∝U）5.√（灰度传感器通过检测反射光强度，黑色反射率低，白色高）6.√（阿西莫夫在1942年提出机器人三定律）7.×（步进电机断电后无自锁，需保持通电或使用带刹车的型号）8.×（合理设计的死循环（如whileTrue）是程序运行的基础，不会崩溃）9.√（差速转向通过左右轮转速差实现，如左轮停、右轮转则左转）10.×（温度传感器可安装在机器人内部，监测电机、电池等元件温度）三、程序设计题1.Scratch程序关键代码块：初始状态：电机停止循环：重复执行读取超声波传感器数值（单位：cm）如果数值≤50：播放声音“滴滴”（持续1秒）电机反转（后退）直到行驶距离30cm（或计时，假设速度10cm/s，时间3秒）左转90度（舵机转动或差速转向，时间根据转速计算）否则：电机正转（前进）2.Arduino代码示例：```cppconstintleftSensor=2;//左红外传感器引脚（数字输入）constintrightSensor=3;//右红外传感器引脚（数字输入）constintmotorA1=5;//电机A正转引脚constintmotorA2=6;//电机A反转引脚constintmotorB1=9;//电机B正转引脚constintmotorB2=10;//电机B反转引脚voidsetup(){pinMode(leftSensor,INPUT);pinMode(rightSensor,INPUT);pinMode(motorA1,OUTPUT);pinMode(motorA2,OUTPUT);pinMode(motorB1,OUTPUT);pinMode(motorB2,OUTPUT);}voidloop(){//正常前进digitalWrite(motorA1,HIGH);digitalWrite(motorA2,LOW);digitalWrite(motorB1,HIGH);digitalWrite(motorB2,LOW);//检测障碍物if(digitalRead(leftSensor)==LOW||digitalRead(rightSensor)==LOW){//停止电机digitalWrite(motorA1,LOW);digitalWrite(motorA2,LOW);digitalWrite(motorB1,LOW);digitalWrite(motorB2,LOW);delay(500);//右转（A正转，B反转）digitalWrite(motorA1,HIGH);digitalWrite(motorA2,LOW);digitalWrite(motorB1,LOW);digitalWrite(motorB2,HIGH);delay(2000);}}```3.Python函数示例：```pythondefcheck_obstacle(lidar_data):lidar_data格式：字典，键为角度（0180），值为距离（cm）danger=Falseforangleinrange(20,61):2060度（含60）ifangleinlidar_dataandlidar_data[angle]<80:danger=Truebreakreturn"危险区域有障碍物"ifdangerelse"安全"测试用例test_data={30:75,50:90,70:60}30度距离75cm（<80）print(check_obstacle(test_data))输出：危险区域有