2025年12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12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一、单项选择题（每题2分，共30分。每题只有一个正确答案，错选、多选均不得分）1.在乐高EV3中，若将中型电机直接连接在端口A，不经过任何齿轮组，此时测得输出轴转速为240°/s，则电机内部减速箱的减速比约为A.1:1  B.3:1  C.9:1  D.27:1答案：C解析：EV3中型电机空载转速约240°/s，而内部直流电机空载转速约2160°/s，2160÷240=9，故减速比9:1。2.下列关于超声波传感器“单次测量—等待返回”模式的说法，正确的是A.测量周期仅与声波在空气中速度有关B.若前方物体吸音，EV3仍会返回255cm的“无穷远”标志C.在‐10℃环境下，测得距离值比20℃时偏大D.当物体距离小于5cm时，传感器自动切换为“连续测量”模式答案：B解析：吸音表面导致回波能量低于阈值，固件判定为“无回波”，返回255cm；A错，周期还与固件超时设定有关；C错，低温声速降低，测得值偏小；D错，EV3无自动切换机制。3.在图形化编程中，使用“循环索引”模块时，若循环次数设为4，则索引值第一次出现的是A.0  B.1  C.‐1  D.随机答案：A解析：EV3LabView遵循C语言传统，循环索引从0开始计数。4.某同学设计了一辆三轮小车，前轮为万向轮，后轮为两个独立驱动轮。若左轮转速+100°/s，右轮‐100°/s，则小车将A.原地顺时针旋转  B.原地逆时针旋转C.向前直线行驶  D.向后直线行驶答案：B解析：右轮负号表示反转，两轮反向等速，产生逆时针力矩，俯视视角为逆时针。5.在PID调速中，若仅增大P项增益而I、D不变，系统最有可能A.响应变慢  B.稳态误差减小  C.出现持续振荡  D.超调量消失答案：C解析：比例增益过大导致系统闭环极点右移，阻尼下降，引发振荡。6.关于锂电池安全使用，下列做法错误的是A.使用原装平衡充  B.刺破鼓包电池释放气体C.避免0℃以下充电  D.储存电压保持3.7V/串答案：B解析：刺破电池会瞬间短路，引发起火；其他均为正确操作。7.在Makeblock的mCore主控中，板载RGBLED共阴极，若向R、G、B引脚分别写入PWM值255、0、255，则LED呈现A.红色  B.绿色  C.品红  D.白色答案：C解析：红+蓝=品红；共阴极时高电平点亮。8.下列哪条指令可将ArduinoUNO的D3引脚同时设置为输出且初始电平为高A.pinMode(3,OUTPUT);digitalWrite(3,HIGH);B.digitalWrite(3,HIGH);pinMode(3,OUTPUT);C.DDRD|=0x08;PORTD|=0x08;D.PORTD|=0x08;DDRD|=0x08;答案：A解析：先设方向再写电平，顺序正确；C、D寄存器操作虽等价，但顺序反了，先写端口可能触发短暂低电平。9.在机器人走迷宫的“左手法则”中，若前方、左侧均无障碍，机器人应A.向左转90°  B.向右转90°  C.直行  D.掉头180°答案：C解析：左手法则优先级：左>前>右，左侧空则先尝试左转，但题目描述“前方、左侧均空”，则按策略优先“保持左侧接触”，故先直行，再下一步检测左侧。10.使用陀螺仪积分测量角度时，误差主要来源于A.零点漂移  B.温度系数  C.轴间错位  D.以上全部答案：D解析：零点漂移导致常值误差，温度变化引起比例因子变化，轴间错位导致耦合，均会积分放大。11.在SolidWorks中，对同一零件进行“抽壳”与“拔模”操作，正确的先后顺序是A.先拔模后抽壳  B.先抽壳后拔模  C.无先后  D.不能共存答案：A解析：先拔模可保证壁厚均匀，再抽壳可避免内部倒扣。12.下列关于42步进电机“1.8°步距角”的描述，正确的是A.整步驱动时，每脉冲转1.8°  B.半步驱动时，每脉冲转0.9°C.16细分时，每脉冲转0.1125°  D.以上都对答案：D解析：整步1.8°；半步0.9°；16细分1.8°/16=0.1125°。13.在Python中，使用pyserial读取串口数据时，若设置timeout=1，则A.read(10)最多等待1秒  B.read(10)一定返回10字节C.超时后返回空字节串  D.仅对write有效答案：A解析：timeout=1表示读操作最大阻塞1秒，未收够字节也返回；C错，返回已收字节；B、D明显错误。14.机器人竞赛中，裁判系统常使用2.4GHz无线，其主要优点是A.绕射能力强  B.穿透能力强  C.国际免执照  D.带宽高于5G答案：C解析：2.4GHzISM频段全球免执照，成本低；A、B为sub‐GHz优点；D错，5G带宽更大。15.在FLL场地中，若机器人基地尺寸为300mm×400mm，则机器人垂直投影A.必须完全在基地内  B.可超出但轮子不得触黑线C.可任意超出  D.仅启动瞬间需完全在内答案：D解析：规则允许启动瞬间完全在内，之后可自由运行；A、B过于严格；C忽略启动限制。二、多项选择题（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、错选均不得分）16.下列哪些传感器可直接用于检测“颜色”而非“亮度”A.TCS3200  B.APDS9960  C.灰度传感器  D.摄像头OpenMV答案：A、B、D解析：TCS3200输出RGB频率；APDS9960集成环境光+颜色；OpenMV通过算法得颜色；灰度仅亮度。17.关于Arduino中断，下列说法正确的是A.中断服务程序内不可使用delay()  B.中断可嵌套C.数字引脚2、3可触发外部中断  D.detachInterrupt()可关闭中断答案：A、C、D解析：AVR内核默认关闭嵌套，B错；其余均正确。18.下列哪些措施可有效降低直流电机碳刷火花A.并联续流二极管  B.增加PWM频率至20kHzC.使用RC吸收网络  D.降低负载转矩答案：B、C、D解析：高频PWM减小电流突变；RC吸收过电压；降低负载减小换向电流；续流二极管仅保护驱动管，不直接减火花。19.在机器人定位中，属于“航位推算”方法的有A.编码器+陀螺仪  B.视觉SLAM  C.超声波三角定位  D.加速度计二次积分答案：A、D解析：航位推算靠内部传感器积分，不依赖外部参照；B、C为外部参照法。20.关于3D打印PLA材料，下列正确的是A.玻璃化温度约60℃  B.可生物降解  C.打印时需热床110℃  D.吸水率低于ABS答案：A、B、D解析：PLA玻璃化60℃；可降解；热床60℃即可；吸水率0.3%，低于ABS的0.8%。三、判断题（每题1分，共10分。正确打“√”，错误打“×”）21.在EV3固件中，超声波传感器最大测量距离约为250cm。答案：√解析：官方文档给出最大距离250cm，255cm为“无穷”标志。22.使用L298N驱动12V电机时，若逻辑供电接5V，则ENA引脚可接受3.3VPWM。答案：×解析：L298N的ENA高电平最低需2.3V，但3.3V可能使MOSFET未完全导通，建议5V。23.步进电机失步后，重新上电即可自动恢复正确位置。答案：×解析：步进电机无位置反馈，失步后控制器仍按旧脉冲计数，无法自动恢复。24.在Scratch3.0中，自定义积木默认不启用“运行时不刷新屏幕”，需手动勾选。答案：√解析：勾选后可提升执行效率，避免屏幕闪烁。25.机器人使用履带结构时，理论转弯半径为零。答案：√解析：两侧履带等速反向即可原地转向，半径为零。26.锂电池“C数”越大，表示其容量越大。答案：×解析：C数表示放电倍率能力，与容量无关。27.在Arduino中，analogWrite(9,256)会产生100%占空比。答案：×解析：analogWrite第二个参数最大255，256会回卷到0，输出0%。28.使用OpenCV的cv2.findContours时，返回的轮廓点默认按顺时针排列。答案：×解析：OpenCV返回的轮廓点顺序取决于边界方向，通常为逆时针。29.机器人竞赛中，使用激光雷达SLAM时，黑色吸光墙面会导致点云稀疏。答案：√解析：黑色表面反射率低，回波弱，雷达滤除小强度点。30.在Python中，元组(tuple)比列表(list)占用内存更小，迭代速度更快。答案：√解析：元组不可变，内存预分配紧凑，迭代时无需检查修改，速度略优。四、填空题（每空2分，共20分）31.若某直流电机额定电压12V，空载电流0.3A，额定负载电流2A，则其空载功耗为3.6W，额定负载时铜耗约为（12×2）‐（12×0.3）=20.4W。（忽略铁耗）答案：3.6；20.4解析：空载功耗P=UI=12×0.3；铜耗=总输入‐空载功耗。32.在EV3中，若将陀螺仪角度零点设为当前位置，之后读取值为‐720°，则表示机器人相对于零点已逆时针旋转两圈。答案：逆时针旋转两圈解析：负号表示逆时针，720°÷360°=2。33.某步进电机驱动器采用1/32细分，电机轴需旋转180°，则控制器需发出3200个脉冲。（步距角1.8°）答案：3200解析：整步200步/圈，32细分即6400步/圈，半圈需3200步。34.在ArduinoUNO中，使用Timer1产生50HzPWM，则ICR1寄存器应设为39999。（16MHz晶振，8分频，模式14）答案：39999解析：f=50Hz，周期20ms，计数频率2MHz，周期值=2MHz÷50‐1=39999。35.若超声波传感器测得往返时间t=8ms，则距离约为1.36m。（声速340m/s）答案：1.36解析：s=vt/2=340×0.008÷2=1.36m。36.在Python中，表达式“[xforxinrange(10)ifx%2==0]”的结果为[0,2,4,6,8]。答案：[0,2,4,6,8]解析：列表推导筛选偶数。37.若某黑线宽度为20mm，灰度传感器光斑直径为10mm，则传感器偏离黑线中心的最大允许误差为15mm时仍能检测到黑线。答案：15解析：光斑半径5mm，黑线半径10mm，总允许偏移10+5=15mm。38.在SolidWorks中，若将材料设为“ABS”，则系统默认密度为1.05g/cm³。答案：1.05解析：ABS密度1.04‐1.06，软件取1.05。39.机器人电池标称11.1V、2200mAh、3S1P，则其总能量为23.98Wh。（保留两位小数）答案：23.98解析：11.1V×2.2Ah=24.42Wh，四舍五入23.98。（注：11.1×2.2=24.42，原题保留两位应为24.42，此处勘误，标准答案24.42）40.在FLL规则中，机器人若需将“创新项目”模型带回基地，则模型必须完全进入基地且不与场地边框接触。答案：完全进入基地且不与场地边框接触解析：规则要求投影完全在基地内，且不与边框接触方得分。五、简答题（每题6分，共30分）41.简述“PID控制器”中积分饱和（IntegralWindup）现象的产生原因及两种抑制方法。答案：当系统长时间处于大偏差状态，积分项不断累积，导致输出超出执行器极限，此时即使偏差反转，控制器仍需先“消化”累积量，造成超调大、响应滞后。抑制方法：1.积分分离：当误差大于阈值时，暂停积分；2.抗饱和反馈：将输出与极限的差值通过增益反馈到积分端，形成负反馈，抑制继续累积。解析：积分饱和常见于电机长距离调速、温度控制，需软件限幅或条件积分。42.说明“编码器+陀螺仪”融合测角相比单用编码器的优势，并给出一种简单的融合算法。答案：编码器测角受轮子打滑、轮胎变形影响，误差随时间累积；陀螺仪短期精度高，但存在零点漂移。融合后互补，既抑制漂移又减小打滑误差。简单算法：互补滤波angle=(1‐α)×(angle+gyro×dt)+α×(encoder_angle)其中α=0.02，dt为采样周期。解析：α越小，越信任陀螺仪；α越大，越信任编码器，需调参。43.列举三种常见的机器人“机械臂自由度”配置，并指出其适用场景。答案：1.3R（三旋转关节）：结构简单、成本低，用于教学演示；2.6R（六旋转关节）：可达空间任意位姿，用于工业焊接；3.SCARA（2R1T）：水平关节+垂直移动，速度快，用于装配线插件。解析：自由度与任务相关，3R仅平面定位，6R全空间，SCARA兼顾速度与精度。44.说明为何3D打印ABS易出现翘边，并给出三条工艺改进措施。答案：ABS玻璃化温度高，收缩率大（约0.8%），冷却不均产生内应力，导致翘边。措施：1.封闭机箱，保持70℃恒温，降低温度梯度；2.使用加热床110℃，并涂ABS浆增强附着力；3.增加裙边（brim）或底筏（raft），扩大接触面积，分散应力。解析：核心在于降低温度梯度与提高附着力。45.解释“串级PID”在机器人直立车调速中的应用，并画出控制框图（文字描述）。答案：外环速度PID输出期望角度，内环角度PID输出电机PWM。外环调速度，内环稳姿态，形成串级。框图：速度给定→外环PID→角度给定→内环PID→PWM→电机→编码器→速度反馈                  ↑              陀螺仪→角度反馈解析：串级将快环（角度）与慢环（速度）分离，提高系统带宽与稳定性。六、计算与编程题（共45分）46.（10分）某差速机器人轮距L=150mm，轮子直径D=60mm，编码器线数N=20，减速比k=30。若机器人需以半径R=500mm做匀速圆周运动，速度v=0.3m/s，求：(1)内外轮理论角速度ω_in、ω_out；(2)对应编码器脉冲频率f_in、f_out（单位：Hz）。答案：(1)转弯关系：v_out/v_in=(R+L/2)/(R‐L/2)=(575)/(425)=1.353又v=(v_in+v_out)/2=0.3→v_in=0.255m/s，v_out=0.345m/sω_in=v_in/(D/2)=0.255/0.03=8.5rad/sω_out=0.345/0.03=11.5rad/s(2)每转脉冲数=N×k=600f=ω×(1/2π)×600f_in=8.5/(2π)×600≈812Hzf_out=11.5/(2π)×600≈1098Hz解析：先求线速度比，再转角速度，最后换脉冲频率。47.（10分）给出Arduino代码片段，实现“按键长按3s后LED点亮，再长按3s后熄灭”，使用状态机，禁用delay()。答案：```cppconstintbtn=2,led=13;unsignedlongstartTime=0;boolledState=false;enum{IDLE,PRESSED,LONG}state=IDLE;voidsetup(){pinMode(btn,INPUT_PULLUP);pinMode(led,OUTPUT);}voidloop(){staticboollastBtn=HIGH;boolbtnNow=digitalRead(btn);if(btnNow!=lastBtn){lastBtn=btnNow;if(btnNow==LOW){//按下startTime=millis();state=PRESSED;}else{//释放state=IDLE;}}if(state==PRESSED&&millis()startTime>=3000){ledState=!ledState;digitalWrite(led,ledState);state=LONG;}}```解析：利用状态机与millis()计时，避免阻塞，实现长按检测。48.（15分）Python+OpenCV：已知摄像头内参矩阵K与畸变系数dist，请完成函数，实现“读取一张图片，检测ArUco码，返回其中心像素坐标与姿态角（仅Yaw）”。答案：```pythonimportcv2,numpyasnpdeffind_aruco(image,K,dist,marker_len=0.05):dictionary=cv2.aruco.Dictionary_get(cv2.aruco.DICT_6X6_250)params=cv2.aruco.DetectorParameters_create()corners,ids,_=cv2.aruco.detectMarkers(image,dictionary,parameters=params)i