2025年3月青少年机器人技术等级考试(二级)实际操作真题及答案

2025年3月青少年机器人技术等级考试(二级)实际操作练习题及答案一、模型认知与结构分析【任务】现场提供一台已拆散的“四足步行机器人”塑料拼装套件，内含4条对称腿组、1个减速电机、1个3V电池盒、若干插销与梁。考生须在20min内完成装配，并回答下列问题。1.单选题(1)将电机输出轴与第一条腿组的曲柄连接时，下列哪种销钉可承受最大剪切力？A.灰色光滑销B.黑色摩擦销C.黄色半轴销D.白色旋转销答案：B解析：黑色摩擦销为十字剖面，与孔壁接触面积大，剪切面惯性矩高，抗剪能力最强。(2)四足机器人采用“对角步态”时，若左前腿处于支撑相，则处于摆动相的腿是A.右前B.左后C.右后D.右前+左后答案：C解析：对角步态要求对角两腿同步，左前支撑则右后必为摆动，右前与左后为支撑。2.多选题(3)下列哪些措施可同时提高模型直线行走稳定性并降低能耗？A.降低重心B.加大腿部质量C.采用对称曲柄相位D.在足底加宽橡胶垫答案：A、C、D解析：B选项加大腿部质量会增大转动惯量，反而增加能耗与摆动。3.判断题(4)若将电机转速从150r/min提高到300r/min，机器人平均前进速度一定翻倍。答案：错误解析：速度还受地面打滑、结构共振限制，高速时腿部可能离地不充分，实际增速低于2倍。4.填空题(5)已知减速电机总减速比为120:1，输出轴转速50r/min，则电机转子实际转速为______r/min。答案：6000解析：50r/min×120=6000r/min。二、电子控制与传感器应用【任务】在已装好的四足机器人上新增ArduinoNano主板、超声波模块HCSR04及LED灯环，完成避障与状态指示。5.连线题(6)将左侧引脚与右侧功能用直线连接（在答题卡上用笔画线，此处文字描述）。左侧：D2、D3、D4、5V、GND右侧：Echo、Trig、LED数据、Vcc、GND答案：D2—Echo；D3—Trig；D4—LED数据；5V—Vcc；GND—GND解析：D2、D3为数字口，可配置为输入输出；LED数据单线需高电平5V驱动。6.程序填空(7)下列程序片段实现“当距离小于15cm时停止电机并亮红灯”，请补全两处空白。```cppconstinttrig=3;constintecho=2;constintled=4;intdistance;longduration;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);distance=duration0.034/2;if(distance<15){digitalWrite(led,______);//空白①analogWrite(6,______);//空白②，电机接D6，0为停转}else{digitalWrite(led,LOW);analogWrite(6,180);}delay(100);}```答案：①HIGH②0解析：距离小于阈值时LED需点亮，故①填HIGH；电机停转需占空比0，故②填0。7.简答题(8)若将超声波模块倾斜30°朝地安装，测得回波时间变短，但机器人仍水平放置，请解释原因并给出对避障逻辑的影响。答案：倾斜后声波先碰到地面，反射路径缩短，故时间变短；此时测得值非前方障碍物距离，而是地面高度，导致误报“前方无障碍”，可能使机器人跌落台阶。应在程序中加阈值过滤或改为水平安装。三、机械传动与力矩计算【任务】现场提供8齿、24齿、40齿齿轮各1枚，中心孔均兼容乐高轴，考生自由组合实现“电机轴与输出轴夹角90°，且输出轴转速≈输入轴1/5”。9.计算题(9)若采用两级齿轮传动，第一级8→24齿，第二级8→40齿，求总传动比，并判断输出轴与输入轴是否同向。答案：总传动比=(24/8)×(40/8)=3×5=15，输出转速为输入1/15；经两次外啮合，方向与输入相同。10.设计题(10)若只允许使用两枚齿轮，且必须实现90°夹角，请给出齿轮名称与安装方式。答案：使用一对“锥齿轮”即可，无需计算齿数，直接实现90°动力转向；若套件无锥齿轮，则题目条件无法满足，考生应写明“缺件不可行”。11.实验题(11)在输出轴末端悬挂50g重物，用弹簧秤测得电机刚启动时能拉动120g，求此时输出轴静力矩（单位N·cm，重力加速度取10m/s²）。答案：力矩=0.12kg×10m/s²×0.01m=0.012N·m=1.2N·cm解析：力臂为轴半径1cm，质量120g=0.12kg。四、编程逻辑与算法优化【任务】使用micro:bit主板，要求：当按钮A被长按（>1s）时进入“巡线模式”，双电机差速运行；当按钮B短按立即退出。12.程序改错(12)下列MakeCode片段存在1处逻辑错误，请指出并改正（文字描述）。```javascriptbasic.forever(()=>{if(input.buttonIsPressed(Button.A)){basic.pause(1000);if(input.buttonIsPressed(Button.A)){lineFollow();}}if(input.buttonIsPressed(Button.B)){break;//错误行}})```答案：break不能用于顶层循环外；应改为设置标志位“mode=false”并调用control.reset()或直接返回主界面。13.流程图补全(13)在答题卡给出的部分流程图中，缺失“计算偏差→PID→输出差速”三个框，请用文字描述补全顺序。答案：读取灰度传感器→计算偏差e=目标值采样值→PID计算：U=Kp×e+Ki∑e+KdΔe→将U映射为左、右电机速度→输出PWM。14.综合算法(14)若巡线时左侧传感器突然掉线，程序应如何在100ms内识别并切换为“右单传感器+陀螺仪补偿”？给出关键步骤。答案：①定时中断每10ms采样左、右传感器；②若连续10次左值为0且右值正常，判定左掉线；③切换算法：以右传感器为主，用陀螺仪积分获得航向角，将偏差改为角度误差，PID控制差速；④同时蜂鸣器长响1声提示故障。五、创意设计与现场答辩【任务】以“社区垃圾分类助手”为主题，利用现场提供的伺服舵机、颜色传感器、2×16LCD、结构件，自主设计1款桌面级模型，30min内完成：①能识别红、蓝、绿三色小方块；②将方块推入对应桶内；③通过LCD实时显示分类计数；④答辩：说明创新点、成本、可扩展性。15.结构设计题(15)请画出俯视图并标注：颜色传感器距传送带高度、舵机摆臂工作半径、三色桶中心夹角。答案：高度：传感器镜头距带面12mm，保证45°倾角光路覆盖20mm区域；摆臂：舵机居中带尾，摆臂长80mm，工作角度120°；桶中心夹角：红30°、蓝150°、绿270°，均布120°间隔，方便摆臂推送。16.电路连接题(16)颜色传感器TCS3200需接入ArduinoUno，给出S0、S1、OE、OUT四引脚接法。答案：S0→GND（降频2%），S1→5V（启用），OE→GND（始终输出使能），OUT→D5（使用pulseIn测频）。17.程序设计题(17)写出自定义函数“intgetColor()”返回0红1绿2蓝，要求消除环境光漂移。答案：```cppintgetColor(){longfreq[3],minF,maxF;digitalWrite(S2,LOW);digitalWrite(S3,LOW);freq[0]=pulseIn(OUT,HIGH,80000);digitalWrite(S2,HIGH);digitalWrite(S3,HIGH);freq[1]=pulseIn(OUT,HIGH,80000);digitalWrite(S2,LOW);digitalWrite(S3,HIGH);freq[2]=pulseIn(OUT,HIGH,80000);//归一化minF=min(freq[0],min(freq[1],freq[2]));maxF=max(freq[0],max(freq[1],freq[2]));for(inti=0;i<3;i++)freq[i]=map(freq[i],minF,maxF,0,255);if(freq[0]>200&&freq[1]<100&&freq[2]<100)return0;//红if(freq[1]>200&&freq[0]<100&&freq[2]<100)return1;//绿if(freq[2]>200&&freq[0]<100&&freq[1]<100)return2;//蓝return1;//未知}```解析：通过选通RGB三种滤波器，测得对应频率，归一化后比较阈值，可有效抑制日光灯50Hz漂移。18.成本核算题(18)现场元件零售价：ArduinoUno25元、舵机9元、TCS32008元、LCD160212元、结构件5元，若批量1000套，砍价后总价降20%，求单套成本。答案：(25+9+8+12+5)×0.8=59×0.8=47.2元。19.可扩展性答辩题(19)请用80字以内说明如何在不