2025年全国青少年机器人技术等级测评二级真题试卷及答案

2025年全国青少年机器人技术等级测评二级练习题试卷及答案一、单选题（每题2分，共30分。每题只有一个正确答案，请将正确选项填写在括号内）1.在乐高EV3中，若想让小车直线前进2秒后停止，下列哪组模块顺序最合理？（）A.启动→移动转向（功率50，方向0）→等待时间2s→移动转向（功率0）B.移动转向（功率50，方向0）→等待时间2s→程序结束C.启动→循环→移动转向（功率50）→等待时间2s→停止循环D.移动转向（功率50，方向0）→等待时间2s→移动转向（功率50）答案：A解析：A选项先“启动”初始化电机，再用“移动转向”设定正功率与零偏航角，接着“等待时间”精确控制2秒，最后把功率归零，确保电机停止，逻辑闭环且无冲击。B缺少主动停止指令，电机可能滑行；C的循环结构多余；D的负功率会导致小车后退。2.使用RGB传感器在“环境光”模式下读取值为[12,12,12]，说明此时环境最可能是（）A.纯白强光B.纯黑弱光C.中性灰D.无法判断答案：C解析：RGB三分量相等且数值居中，符合中性灰的反射特性；纯白强光数值通常>80，纯黑弱光<5。3.下列关于伺服电机与直流减速电机的区别，描述正确的是（）A.伺服电机内部自带闭环控制，可精准定位角度B.直流减速电机必须外接编码器才能转动C.伺服电机只能做360°连续旋转D.直流减速电机扭矩一定小于伺服电机答案：A解析：伺服电机（如EV3大型电机）内置PID与编码器，支持“转到角度”模式；B错，直流减速电机无编码器也能转；C错，伺服可限角度；D错，扭矩取决于减速比与电机尺寸，无绝对大小关系。4.在Scratch3.0的机器人扩展中，下列哪块积木可以实现“当超声波距离<10cm时停止所有电机”？（）A.如果<（超声波距离）<（10）那么停止所有电机B.当绿色旗帜被点击→停止所有电机C.forever如果<（超声波距离）<（10）→停止所有电机D.当按下空格键→停止所有电机答案：C解析：C使用“forever”不断检测距离，条件满足即执行，符合实时性；A缺少循环，只判断一次；B、D与超声波无关。5.机器人底盘采用两轮差速+一万向轮结构，若左轮速度+50，右轮速度50，则机器人将（）A.直线前进B.直线后退C.顺时针原地旋转D.逆时针原地旋转答案：C解析：左轮正转、右轮反转，力矩同向叠加，机器人绕中心顺时针旋转。6.在PID调速中，若仅增大P值而I、D保持为零，系统可能出现（）A.响应变慢B.稳态误差消除C.高频振荡D.超调减小答案：C解析：纯比例环节过大会导致系统在目标值附近来回振荡，即高频振荡；稳态误差不会消除，需积分项。7.下列哪种传感器最适合识别“地面黑色引导线”？（）A.超声波传感器B.红外巡线传感器C.温度传感器D.声音传感器答案：B解析：红外巡线利用反射率差异，对黑白边界敏感；其余传感器与颜色无关。8.在MakeCode中为micro:bit编写程序，实现“当按钮A被长按（>1s）点亮LED矩阵”，应使用（）A.onbuttonApressedB.onbuttonAlongpressedC.ifbuttonAispressedthenpause1000msD.whilebuttonAispressed答案：B解析：MakeCode已封装“longpressed”事件，可直接触发，无需手动计时。9.机器人电池电压由8.4V下降到6.6V，若仍使用PWM占空比100%驱动电机，最可能的结果是（）A.速度不变B.扭矩不变C.速度下降D.电流下降答案：C解析：直流电机转速近似与电压成正比，电压降低则空载速度下降；扭矩与电流相关，负载不变时电流反而上升。10.在机械结构中，使用“蜗轮蜗杆”最主要的目的是（）A.增速B.实现自锁C.减小噪音D.改变旋转平面90°答案：B解析：蜗轮蜗杆具有反向自锁特性，可防止负载逆转；同时也可改变旋转平面，但“自锁”是主要目的。11.下列关于“万向轮”与“全向轮”的说法，错误的是（）A.万向轮被动旋转，不能主动提供动力B.全向轮沿辊子方向可自由滑移C.万向轮一定比全向轮承重能力高D.全向轮需成对使用才能实现平移答案：C解析：万向轮承重能力取决于支架结构，无绝对高低；全向轮也可做重载设计，C说法片面。12.在EV3软件中，将“我的模块”图标颜色设置为红色，主要作用是（）A.提高运行速度B.便于视觉分类管理C.降低内存占用D.改变模块功能答案：B解析：颜色仅作视觉标识，方便大型程序模块化阅读，与性能无关。13.机器人使用陀螺仪检测转向角度，若采样频率过低，最可能出现（）A.积分漂移B.噪声放大C.混叠失真D.零点偏移答案：C解析：采样频率低于信号最高频率两倍时，高频成分被折叠到低频，造成混叠；积分漂移是长时间累积误差。14.在FLL比赛规则中，关于“home”区域，下列做法一定不会被判违规的是（）A.机器人部分投影超出home边线但未触地B.机器人完全在home内启动C.选手手碰home外场地D.选手在home外给机器人更换机械臂答案：B解析：规则要求启动时机器人完全在home内且选手接触仅限home区域；A投影超出即违规；C、D手伸到home外违规。15.下列哪项不是“机器人三原则”内容？（）A.机器人不得伤害人类B.机器人必须服从人类命令C.机器人必须保护自身存在D.机器人必须优先保护其他机器人答案：D解析：阿西莫夫三原则无“优先保护其他机器人”条款，D为干扰项。二、多选题（每题3分，共15分。每题有两个或两个以上正确答案，多选少选均不得分）16.关于齿轮传动比，下列说法正确的有（）A.传动比=从动轮齿数/主动轮齿数B.传动比越大输出轴扭矩越大C.传动比越大输出轴转速越低D.两级传动总传动比为两级比值之和答案：A、B、C解析：D错误，两级传动比为两级比值相乘，非相加。17.在EV3中，使用“移动槽”模块可同步控制（）A.电机A+电机B速度相同B.电机A+电机B运行相同角度C.电机A正转+电机B反转D.电机A速度50+电机B速度100答案：A、B、C解析：移动槽支持“同步”运行，可设同速、同角度、相反方向；D速度不同会导致不同步，模块会报错。18.下列哪些措施可有效降低机器人巡线时的“左右摇摆”？（）A.降低车速B.增加PID的D参数C.将传感器前置距离加长D.使用双排巡线传感器做加权平均答案：A、B、D解析：C加长前置距离会增大系统延迟，反而可能加剧振荡；A降低车速减小惯性，B增加阻尼，D提高采样分辨率，均可抑制摇摆。19.关于锂电池使用安全，正确的有（）A.充电时必须使用平衡充B.发现鼓包应立即放入盐水中C.长期存放应充电至100%D.运输时应保持30%~50%电量答案：A、D解析：B鼓包电池应置于防火桶，盐水短路危险；C长期满电存放会加速老化。20.在机械臂设计中，采用“平行四边形连杆”的优点有（）A.末端姿态保持水平B.增大负载力矩C.简化控制算法D.减少电机数量答案：A、C、D解析：平行四边形结构被动保持末端姿态，无需额外电机即可防倾转，从而简化控制；B负载力矩由驱动电机决定，连杆本身不增力矩。三、判断题（每题1分，共10分。正确打“√”，错误打“×”）21.超声波传感器在软质毛绒表面测距误差会显著增大。（√）解析：毛绒表面吸声，回波衰减，导致测不到或测值偏小。22.在齿轮传动中，模数越大，齿形越小。（×）解析：模数=齿距/π，模数越大齿形越大。23.使用PID控制器时，微分项对阶跃响应初期几乎无作用。（×）解析：阶跃瞬间误差变化率极大，D项作用最明显。24.机器人比赛现场，选手可携带任何纸质资料进入调试区。（×）解析：多数赛事限制资料类型，如FLL仅允许工程笔记。25.在EV3固件升级过程中突然断电，可能导致主板变砖。（√）解析：固件写入中断会破坏引导区，需返厂修复。26.直流电机空载电流与负载电流相等。（×）解析：空载电流小，负载增大电流升高。27.使用橡皮筋做“重力补偿”属于弹性势能储能应用。（√）解析：橡皮筋形变储存能量，可抵消部分重力矩。28.在Scratch中，克隆体与本体共享全局变量。（√）解析：克隆体可读写全局变量，但私有变量独立。29.机器人重心越低，爬坡时越不容易后仰翻倒。（√）解析：重心低→倾覆力矩小，稳定性高。30.蜗杆传动效率一定高于齿轮传动。（×）解析：蜗杆滑动摩擦大，效率通常50%~90%，低于平行轴齿轮。四、填空题（每空2分，共20分）31.若主动齿轮8齿，从动齿轮40齿，则传动比为______，从动轴扭矩理论上为主动轴的______倍（忽略损耗）。答案：5:1；5解析：传动比=40/8=5，扭矩放大倍数等于传动比。32.在EV3软件中，创建“我的模块”时，若需传入“逻辑值”参数，应选择数据类型图标为______。答案：√×（或逻辑）解析：逻辑值在EV3中用绿色√×图标表示。33.标准舵机PWM周期为20ms，对应频率为______Hz。答案：50解析：f=1/T=1/0.02=50Hz。34.机器人质量1.2kg，车轮直径60mm，欲在5°斜坡静止，所需最小静摩擦力约为______N。（g取9.8m/s²，sin5°≈0.087）答案：1.02解析：F=mgsinθ=1.2×9.8×0.087≈1.02N。35.使用micro:bit内置加速度计，若读取Z轴数值为1024mg，则加速度约为______m/s²。（1g=9.8m/s²）答案：10.04解析：1024mg=1.024g≈10.04m/s²。36.在FLL场地，任务模型“起重机”需要旋转手柄80圈，若手柄与输出轴传动比1:8，则电机需转______圈。答案：10解析：80/8=10。37.若RGB传感器校准白平衡时读取[220,230,240]，为消除偏差，后续测量红色值[200,50,50]，则校正后红色分量应乘以系数______。答案：230/220≈1.045解析：白平衡校正=理想白色/实测白色，红色通道校正系数=230/220。38.机器人采用三点支撑，两主动轮间距120mm，重心纵向偏移20mm，则重心越靠后，机器人急刹时越容易产生______（填“前翻”或“后仰”）。答案：后仰解析：重心后移→惯性力矩使机器人向后倾。39.在MakeCode中，数组“list”长度为10，若使用“removeat10”，程序会______（填“报错”或“静默失败”）。答案：报错解析：索引越界，MakeCode运行时抛出错误。40.若超声波测得往返时间5880μs，声速343m/s，则障碍物距离为______cm。答案：100.8解析：s=vt/2=343×0.00294≈1.008m≈100.8cm。五、综合实践题（共25分）41.智能搬运机器人（25分）背景：设计一款能在仓库场地自动搬运“货物”（EV3积木箱）的机器人。场地如图：起点区A（30cm×30cm），货物区B（距A80cm），终点区C（距B120cm并绕90°弯道），全程黑线引导，宽20mm。机器人需从A出发，巡线到B，停止3秒让装载员手动装载，再巡线到C，声光提示后任务结束。技术限制：最大尺寸25cm×25cm×25cm，传感器不限，电机不超过3个。（1）机械结构简图（4分）答案：参考图：两轮差速+后万向轮，前置双巡线传感器间距18mm，中部安装伺服电机驱动的“夹钳”机构，夹钳采用蜗轮蜗杆+平行四边形连杆，保证夹紧自锁且末端水平。车体底盘使用双层横梁框架，重心低于车轮轴心10mm。（2）传感器布局与理由（4分）答案：1×RGB传感器（端口1）位于车头中心线前30mm，用于巡线；1×超声波传感器（端口2）朝前，用于检测前方障碍（防止意外跌落或碰撞）；1×陀螺仪（端口3）用于90°弯道精确转向；夹钳限位使用1×触碰传感器（端口4）判断夹紧到位。（3）程序流程图（5分）答案：开始→初始化（设置巡线PID参数Kp=0.8,Ki=0.05,Kd=0.2；夹钳张开；陀螺仪归零）→状态1：巡线前进→检测RGB偏移量→PID调速→直到超声波测距<10cm且地面黑线消失（标志进入B区）→停止电机→状态2：延时3s装载→声光提示→状态3：再次巡线→陀螺仪累计转角达90°→状态4：继续巡线直到超声波再次测距<10cm且黑线消失（C区）→停止→播放胜利音乐→任务结束。（4）关键代码截图（文字描述即可，4分）答案：EV3程序：循环外：MyBlock“LineFollow”含双光值加权误差=(SensorLSensorR)/2；循环内：误差传入PID→输出差分速度→移动槽模块同步AB电机；状态切换使用变量“State”=0/1/2/3，通过触碰+超声波+陀螺仪条件跳转；夹钳模块：伺服电机转到角度90°为夹紧，+90°为张开，功率30。（5）可能出现的故障及排除（4分）答案：故障1：巡线时剧烈摇摆。排除：降低Kp至0.5，增加Kd至0.3，车速降至30%。故障2：夹钳夹不住箱子。排除：检查蜗杆润滑，更换更高模数齿轮增加夹紧力；或在夹持面贴防滑泡棉。故障3：90°弯道过后偏离黑线。排除：陀螺仪零点漂移，重新校准；或在弯道入口加减速，减小惯性。（6）优化方案（4分）答案：a.采用三排巡线传感器（前中后），实现预测控制，提前减速入弯；b.夹钳改用丝杆+步进电机，力矩更大且可力控；c.增加RFID读卡器，识别货物标签，实现多箱子分类搬运；d.使用激光雷达SLAM，脱离黑线实现全自主导航，效率提升30%。六、计算与简答题（共40分）42.（6分）某机器人电机空载转速300rpm，减速比36:1，车轮直径65mm，求理论最大线速度km/h。答案：n=300/36=8.33rpm；v=πDn=π×0.065×8.33/60≈0.0283m/s≈0.102km/h。43.（8分）说明为什么机器人在光滑玻璃表面容易“打滑”，并给出两种硬件、两种软件解决方案。答案：原因：摩擦系数μ显著降低，驱动力>最大静摩