2025年青少年机器人技术等级考试理论综合试卷(四级)及答案

2025年青少年机器人技术等级考试理论综合试卷(四级)及答案一、单项选择题（每题2分，共40分。每题只有一个正确答案，请将正确选项字母填在括号内）1.在ArduinoUNO板中，若将数字引脚3设置为INPUT_PULLUP模式，外接按钮到GND，当按钮未按下时，digitalRead(3)的返回值是（）A.0  B.1  C.255  D.随机值【答案】B2.某直流减速电机额定电压12V，空载电流200mA，带载电流800mA。若使用L298N驱动模块，其单通道最大持续电流为1A，下列说法正确的是（）A.可直接驱动，无需散热片  B.必须外接散热片并强制风冷C.需并联双通道以分担电流  D.需换用2A以上驱动板【答案】C3.在ROS2中，下列命令可用于查看当前活跃节点列表的是（）A.ros2nodelist  B.ros2topiclist  C.ros2servicelist  D.ros2paramlist【答案】A4.某陀螺仪芯片输出16位有符号角速度数据，灵敏度为131LSB/(°/s)，若读取值为+8525，则对应角速度为（）A.65.1°/s  B.65.08°/s  C.65.15°/s  D.65.0°/s【答案】B5.在Python3.11中，下列代码片段的输出结果是（）```pythonimportnumpyasnpa=np.array([[1,2],[3,4]])b=np.array([[5,6]])print(np.dot(a,b.T))```A.[[17,39]]  B.[[17],[39]]  C.[[17],[39]].T  D.报错【答案】B6.关于树莓派4B的GPIO，下列说法错误的是（）A.引脚3与5支持I²C总线  B.引脚19与21支持SPI总线C.引脚8与10支持UART  D.所有引脚均支持PWM输出【答案】D7.某四足机器人采用12路总线舵机，控制指令采用1MbpsUART，每帧指令含8字节，若控制周期为5ms，则理论最大可级联舵机数量为（）A.8  B.16  C.32  D.64【答案】C8.在OpenCV4.8中，函数cv2.HoughCircles的参数dp=2，表示（）A.累加器分辨率与图像分辨率相同  B.累加器分辨率为图像一半C.累加器分辨率为图像两倍  D.与圆心检测精度无关【答案】B9.某机器人底盘采用两个直径80mm的驱动轮，减速比1:30，电机编码器为11线，测得每秒脉冲数EPS=330，则车轮线速度约为（）A.0.25m/s  B.0.50m/s  C.0.75m/s  D.1.00m/s【答案】B10.在STM32CubeMX中配置TIM1产生PWM，若时钟频率为72MHz，期望频率1kHz，占空比50%，则自动重装载寄存器ARR与捕获比较寄存器CCR的值应分别设为（）A.71999,35999  B.72000,36000  C.7199,3599  D.7200,3600【答案】A11.下列关于激光雷达SLAM的说法正确的是（）A.Gmapping算法必须依赖里程计  B.HectorSLAM无需里程计C.Cartographer仅支持2D建图  D.LOAM适用于室内小型机器人【答案】B12.在Ubuntu22.04中，为非root用户永久添加串口权限，应修改的文件是（）A./etc/udev/rules.d/99usb.rules  B./etc/groupC./etc/sudoers  D./etc/passwd【答案】A13.某机器人使用MPU6050，加速度计量程±2g，灵敏度16384LSB/g，若Z轴读数为+8192，则此时倾角θ（与水平面夹角）约为（）A.30°  B.45°  C.60°  D.75°【答案】A14.在Git2.40中，将当前分支强制推送到远程仓库develop，应使用的命令是（）A.gitpushorigindevelop  B.gitpushforigindevelopC.gitpushuorigindevelop  D.gitpushallorigin【答案】B15.某机器人采用PID控制电机转速，采样周期10ms，若仅增大积分项系数Ki，系统可能出现的现象是（）A.响应变慢，超调减小  B.响应加快，稳态误差减小C.振荡加剧，稳态误差增大  D.振荡减小，稳态误差减小【答案】B16.在SolidWorks2023中，对装配体进行“运动算例”时，若要模拟舵机驱动关节旋转，应添加的配合类型是（）A.齿轮配合  B.马达配合  C.角度配合  D.凸轮配合【答案】B17.下列关于锂电池安全的做法，错误的是（）A.3S2200mAh电池长期存放电压设为11.1V  B.使用金属盒运输满电电池C.充电电流设为0.5C  D.鼓包电池立即盐水浸泡后丢弃【答案】A18.在Micropython1.20中，控制ESP32输出38kHz红外载波，应使用的库函数是（）A.machine.PWM  B.machine.I2C  C.machine.SPI  D.machine.UART【答案】A19.某六轴机械臂采用DH法建模，已知连杆3的θ₃=90°，d₃=0，a₃=200mm，α₃=−90°，则其变换矩阵中第1行第4列元素为（）A.0  B.200  C.−200  D.1【答案】A20.在Webots2023b中，添加一个ROS2节点控制器，需设置的controller字段值为（）A.ros2  B.<extern>  C.ros  D.python【答案】B二、多项选择题（每题3分，共30分。每题有两个或两个以上正确答案，多选、少选、错选均不得分）21.下列关于CAN总线的描述，正确的有（）A.采用差分信号抗干扰  B.理论上最多110个节点C.终端电阻120Ω  D.数据帧最大8字节【答案】ACD22.在ROS2中，下列数据类型可用于service请求/响应的有（）A.std_msgs/Int32  B.geometry_msgs/PoseStampedC.sensor_msgs/Image  D.std_srvs/Trigger【答案】BCD23.关于步进电机驱动芯片TMC2209，下列说法正确的有（）A.支持256微步  B.内置StealthChop静音算法C.支持UART配置  D.需外接电流采样电阻【答案】ABCD24.在OpenCV中，下列函数可用于图像轮廓提取的有（）A.cv2.Canny  B.cv2.findContoursC.cv2.threshold  D.cv2.Sobel【答案】BC25.下列关于树莓派5新特性的描述，正确的有（）A.采用BCM2712SoC  B.支持PCIe2.0x1C.内置实时时钟RTC  D.功耗上限可达30W【答案】ABC26.在Linux系统中，下列命令可查看实时串口数据的有（）A.cat/dev/ttyUSB0  B.screen/dev/ttyUSB0115200C.minicomD/dev/ttyUSB0  D.echo“123”>/dev/ttyUSB0【答案】ABC27.下列传感器可直接输出数字信号的有（）A.HCSR04  B.VL53L0X  C.MPU9250（I²C）  D.TCS3472【答案】BCD28.关于PID控制器离散化，下列方法属于数值积分的有（）A.前向欧拉  B.后向欧拉  C.双线性变换  D.零阶保持【答案】ABC29.在Webots中，下列节点可用于定义机器人外观的有（）A.Shape  B.Appearance  C.Material  D.PBRAppearance【答案】ABCD30.下列关于机器人伦理规范的说法，符合IEEE标准的有（）A.设计阶段需考虑数据隐私  B.机器人决策需可解释C.伤害人类优先于自保  D.开源代码可免除责任【答案】AB三、判断题（每题1分，共10分。正确打“√”，错误打“×”）31.在Arduino中，使用analogWrite(9,256)会产生100%占空比。  【答案】×32.ROS2的QoS策略RELIABILITY设为RELIABLE时，节点会尝试重传丢失的数据。  【答案】√33.激光雷达的角分辨率越小，点云密度越高。  【答案】√34.在STM32中，ADC的采样时间越短，精度一定越高。  【答案】×35.四元数表示旋转时，模长必须为1。  【答案】√36.使用UDP协议时，数据包到达顺序一定与发送顺序一致。  【答案】×37.在SolidWorks中，MotionStudy结果可导出为CSV文件供MATLAB分析。  【答案】√38.锂电池的C数越大，代表其最大放电电流越大。  【答案】√39.在Micropython中，中断服务函数内可使用time.sleep_ms。  【答案】×40.机器人操作系统必须实时，否则无法用于工业控制。  【答案】×四、填空题（每空2分，共30分）41.在Ubuntu中，查看内核版本的命令是________。【答案】unamer42.某舵机返回角度公式：angle=((high_us−500)×270)/2000，若测得high_us=2000，则角度为________°。【答案】27043.已知图像分辨率640×480，像素深度8bit，未压缩单帧数据量为________Byte。【答案】30720044.在Python中，将列表a=[1,2,3]转为元组的函数是________。【答案】tuple()45.STM32F103C8T6的Flash容量为________KB。【答案】6446.若3S锂电池满电电压为12.6V，则单节满电________V。【答案】4.247.在ROS2中，编译工作空间的命令是________。【答案】colconbuild48.某编码器每圈输出1024个脉冲，四倍频后每圈________个脉冲。【答案】409649.在OpenCV中，将图像灰度化的标志是________。【答案】cv2.COLOR_BGR2GRAY50.若波特率115200，每帧10bit，则理论最大传输________Byte/s。【答案】1152051.在Linux中，修改文件权限为所有者可读可写，组与其他只读，数字表示为________。【答案】64452.某步进电机步距角1.8°，驱动器细分数32，则每圈需________脉冲。【答案】640053.在Webots中，控制器文件扩展名通常为________。【答案】.py或.c54.若矩阵A=[[1,2],[3,4]]，其行列式值为________。【答案】−255.在CANopen协议中，心跳报文的COBID为________（十六进制）。【答案】0x700+NodeID五、简答题（每题10分，共30分）56.简述使用STM32HAL库配置TIM2编码器接口读取电机转速的步骤，并给出关键代码片段。【答案要点】1)开启TIM2与GPIO时钟；2)配置GPIO为复用输入模式；3)设置TIM2为EncoderModeTI12；4)设置自动重装载值ARR=0xFFFF；5)启动定时器；6)周期读取CNT值并计算差值Δ；7)根据Δ、采样时间Ts、每圈脉冲N计算转速ω=Δ×60/(N×Ts×4)rpm；关键代码：```c__HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE();TIM_Encoder_InitTypeDefsConfig={0};sConfig.EncoderMode=TIM_ENCODERMODE_TI12;sConfig.IC1Polarity=TIM_ICPOLARITY_RISING;sConfig.IC2Polarity=TIM_ICPOLARITY_RISING;HAL_TIM_Encoder_Init(&htim2,&sConfig);HAL_TIM_Encoder_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_ALL);int16_tdelta=(int16_t)(__HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim2)last);```57.说明在ROS2中自定义service并编写client的完整流程，并给出接口定义与client示例。【答案要点】1)创建功能包：ros2pkgcreatemy_srvbuildtypeament_cmakedependenciesrclcppexample_interfaces；2)在srv/目录新建AddTwoInts.srv：```int64aint64bint64sum```3)修改CMakeLists.txt，添加rosidl_generate_interfaces；4)colconbuild；5)C++client节点：```cppautoclient=node>create_client<my_srv::srv::AddTwoInts>("add");autorequest=std::make_shared<my_srv::srv::AddTwoInts::Request>();request>a=3;request>b=4;autofuture=client>async_send_request(request);rclcpp::spin_until_future_complete(node,future);RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("client"),"sum=%ld",future.get()>sum);```58.描述利用单目视觉进行AprilTag位姿估计的完整算法流程，并给出OpenCV与apriltag_ros关键参数。【答案要点】1)相机标定获取内参矩阵K与畸变系数D；2)图像去畸变；3)灰度化；4)调用apriltag_detector_detect；5)提取tag.id与四个角点pixel；6)定义tag物理尺寸，生成objectPoints；7)调用cv2.solvePnP，得旋转向量rvec与平移tvec；8)罗德里格斯变换得旋转矩阵R；9)合成变换矩阵T=[R|t]；关键参数：tag_family=36h11，tag_size=0.08m，K=[[fx,0,cx],[0,fy,cy],[0,0,1]]，迭代标志cv2.SOLVEPNP_IPPE。六、综合设计题（20分）59.设计一款基于ROS2的自主导航小车，硬件包括树莓派5、激光雷达RPLIDARA3、STM32底盘控制器、MPU6050、12V3S锂电池。要求：(1)给出系统架构图，标明数据流向与接口；(2)列出ROS2节点、话题、service及频率；(3)说明STM32与树莓派通信协议帧格式；(4)给出EKF融合里程计与IMU的launch片段；(5)说明导航参数costmap与局部规划器调优要点。【答案】(1)架构：树莓派5←USB→RPLIDAR，←I²C→MPU6050，←U