2025年小学组机器人试题及答案

2025年小学组机器人试题及答案一、单项选择（每题2分，共20分）1.在MakeXStarter2025规则中，机器人把“能量块”成功放入“转化炉”后，裁判会立即A.给机器人加10秒停表时间B.在炉口贴封条防止二次投放C.通过主控自动点亮紫色LED作为视觉确认D.允许对方机器人临时进入我方区干扰答案：C解析：规则3.2.4明确“有效投放后，场地主控将驱动转化炉顶部紫色LED常亮3秒”，既方便选手确认，也减少裁判口头宣告误差。A、B、D均为干扰项，无出处。2.某同学用mBot2的编码电机测速，发现轮子空转时返回的RPM值明显低于理论值，最可能的原因是A.编码器供电被超声波传感器抢占B.电机PID默认目标速度设得过低C.串口监视器波特率与程序不一致D.轮胎与地面摩擦因数过大答案：B解析：空转时负载极小，若PID目标值本身低，则控制器不会输出更高PWM，RPM自然偏低。A影响的是数据稳定性而非数值大小；C只会导致显示乱码；D在空转时不存在。3.在RoboMasterEP机器人上，下列哪种传感器数据最适合用于判断“机器人是否被抬起”A.陀螺仪加速度计融合后的Z轴加速度B.底盘四路里程计的平均速度C.前视装甲板的TOF距离值D.舵机电流检测值答案：A解析：被抬起瞬间Z轴加速度≈0g，而静止在地面时为1g，阈值清晰。B只能反映运动状态；C测的是前方障碍物；D受负载变化影响大，误报率高。4.2025赛季WRO足球项目新规允许守门员在禁区内使用“垂直方向”的铲球机构，其展开高度上限为A.80mmB.100mmC.120mmD.140mm答案：B解析：2025WROFootballRulebook5.3.2原文“anyverticalextensionofthegoalkeepermustremain≤100mmabovetheturf”，防止过高挡球破坏观赏性。5.在micro:bit与MaqueenPlus的I²C通信中，若micro:bit主程序将SCL引脚误接为P2，会导致A.小车持续原地打转B.电机驱动板不响应，小车无动作C.超声波数据异常偏大D.板载RGB灯狂闪但电机正常答案：B解析：MaqueenPlus电机扩展芯片PCA9685依赖固定I²C口（P19=SCL，P20=SDA），P2无时钟信号，芯片休眠，电机自然无动作。A需两路电机差速；C、D与I²C无关。6.下列关于“伺服舵机堵转电流”的说法，正确的是A.7.4V下堵转电流一定小于6.0V下堵转电流B.塑料齿舵机堵转电流通常大于金属齿C.堵转电流与舵机扭矩常数成正比D.堵转电流与PWM占空比无关答案：C解析：扭矩常数K_t越大，堵转电流I≈τ/K_t越小，故成正比关系。A错误，电压升高堵转电流增大；B错误，金属齿承受更大扭矩，电流可更高；D错误，占空比决定平均电压，直接影响电流。7.在Python中控制ROS2节点发布Twist消息到/cmd_vel，下列哪一行代码能正确让机器人以0.5m/s线速度、0rad/s角速度前进A.`twist.linear.x=0.5;twist.angular.z=0`B.`twist.linear.y=0.5;twist.angular.x=0`C.`twist.linear.z=0.5;twist.angular.y=0`D.`twist.linear.x=0;twist.angular.z=0.5`答案：A解析：ROS2约定线速度前向为x，角速度绕垂直轴为z，故A正确。B、C轴错误；D为纯旋转。8.2025FLL“匠心艺启”赛中，如果机器人将“创新模型”完全从基地推出但未与任何任务模型接触，该动作A.得10分且可继续远程运行B.得0分但不算作Launch结束C.得5分且裁判强制回基地D.视为“无效出发”直接罚停30秒答案：B解析：规则R11，得分条件要求“模型与任务件产生互动”，单纯推出不得分；同时未接触场地物品，Launch未结束，选手可继续。9.用OpenCV在树莓派上识别红色圆球，若图像HSV阈值上下界设置相同，会导致A.识别区域膨胀B.识别区域腐蚀C.无法找到任何轮廓D.只找到最大轮廓答案：C解析：上下界相同则区间宽度为零，无像素落入区间，轮廓为空。A、B为形态学操作结果；D需先存在轮廓。10.在机器人循迹中，若采用“三段式PID”分别控制比例、积分、微分项输出限幅，其首要目的是A.降低串扰B.抑制积分饱和C.提高相位裕度D.减少传感器噪声答案：B解析：积分限幅直接防止iterm累积过大导致超调与震荡，即抑制积分饱和。A、C、D为次要或间接效果。二、判断正误（每题1分，共10分，正确打“√”，错误打“×”）11.2025RoboCupJuniorRescueLine的“evacuationzone”内，机器人必须完全停止3秒以上才能开始搬运伤员。答案：×解析：规则仅要求“明显停顿”(visiblepause)，未规定3秒，选手常用1秒即可。12.在Arduino中，使用digitalWrite(13,HIGH)后再使用analogWrite(13,127)会立即把引脚13切换为PWM模式。答案：√解析：analogWrite内部会调用pinMode将引脚切为PWM输出，无需手动设置。13.对于直流减速电机，减速比越大，电机轴上的启动电流峰值越小。答案：√解析：减速比大则折算到电机轴的负载惯量减小，启动电流峰值降低。14.在Gazebo仿真中，若将摩擦系数<mu>设为负数，物体会产生反物理的向上自滑现象。答案：×解析：SDF解析器会强制负数为0，物体不会自滑，只会表现为无摩擦。15.micro:bitV2的蓝牙模式与无线电模式可同时开启而不互相干扰。答案：×解析：官方文档明确二者共用2.4G协议栈，同时初始化会导致内存冲突，只能二选一。16.2025赛季WRO小学组“未来农场”任务中，机器人可一次性将两种不同种子混合倒入同一地块，仍可获得满分。答案：√解析：规则4.1.3要求“所有种子正确分类”，但允许一次动作完成，只要最终分类正确即可。17.在Python线程中，globalinterpreterlock(GIL)会阻止多线程同时执行CPU密集型代码，但不会阻碍I/O阻塞型代码的并发。答案：√解析：I/O阻塞时线程释放GIL，其他线程可继续执行，符合Python线程特性。18.使用激光雷达SLAM时，若将雷达倒置安装，算法仍可通过翻转坐标系自动适应，无需修改代码。答案：×解析：大多数开源SLAM（如Hector）默认Z轴向上，倒置需手动翻转tf或修改launch，否则地图倒置。19.在FLL场地上，如果机器人意外撕破任务模型贴纸，裁判可当场扣20分并终止该轮比赛。答案：×解析：规则R23仅扣5分“场地损坏分”，且需继续比赛，除非选手主动放弃。20.对于STM32BluePill，将USB接口的D+线通过1.5kΩ电阻上拉到3.3V即可实现USB枚举。答案：√解析：USB全速设备枚举要求D+上拉，1.5kΩ为规范值，3.3V由板载LDO提供，符合电气规范。三、图形化编程填空（每空3分，共15分）阅读下列Mind+图形化程序片段，补全缺失的积木或参数，使机器人能完成：从基地出发，沿黑线走到十字路口，停车1秒，然后原地旋转180°返回基地。21.在“当开机时”积木下，首先初始化电机引脚M1、M2，速度变量speed=____(填空1)____；22.进入循环，条件为“____(填空2)____传感器值<阈值”，确保看到黑线；23.十字路口判断使用“左右灰度值差<____(填空3)____”，若成立则停车；24.旋转180°时，左轮速度=____(填空4)____，右轮速度=____(填空5)____，持续时间1.1秒（实测）。答案：填空1：50填空2：中间灰度填空3：10填空4：50填空5：50解析：1.初始速度50%保证起步稳定；2.中间灰度传感器用于巡线；3.左右差值<10说明双线同时压线，即十字路口；4.负号表示反向旋转，差速实现原地掉头。四、Python编程改错（每处3分，共15分）以下代码意图实现：树莓派小车通过摄像头识别红色障碍物，当障碍物面积>5000像素时倒车0.5秒。原程序有5处错误，请逐行指出并给出正确写法。```pythonimportcv2,timefromgpiozeroimportMotormotor=Motor(17,18)cap=cv2.VideoCapture(1)lower_red=(0,255,255)upper_red=(10,255,255)whileTrue:ret,frame=cap.read()hsv=cv2.cvtColor(frame,cv2.COLOR_BGR2HSV)mask=cv2.inRange(hsv,lower_red,upper_red)contours,_=cv2.findContours(mask,cv2.RETR_TREE,cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)iflen(contours)>0:c=max(contours,key=cv2.contourArea)area=cv2.contourArea(c)ifarea>5000:motor.backward()time.sleep(0.5)motor.stop()```错误与修正：1.lower_red与upper_red区间错误，红色HSV应为(0,120,70)~(10,255,255)与(170,120,70)~(180,255,255)两段；2.VideoCapture(1)可能无设备，应改为(0)；3.findContours在OpenCV4返回仅两个值，应写`contours,_=cv2.findContours(...)[2:]`或直接`cv2.findContours(mask,...,contours)`；4.motor.backward()后无停止条件，若0.5秒内再次触发会重复sleep，应加标志位；5.未释放摄像头，循环外应`cap.release()`。正确关键段示例：```pythonlower_red1=(0,120,70)upper_red1=(10,255,255)lower_red2=(170,120,70)upper_red2=(180,255,255)mask1=cv2.inRange(hsv,lower_red1,upper_red1)mask2=cv2.inRange(hsv,lower_red2,upper_red2)mask=cv2.bitwise_or(mask1,mask2)```五、计算与简答（共25分）26.（6分）某机器人驱动轮直径60mm，减速比1:30，电机空载转速300rpm，求机器人理论最大线速度（m/s，保留两位小数）。答案：轮周长=π×0.06≈0.1885m电机输出转速=300/30=10rpm线速度=0.1885×10/60≈0.0314m/s解析：减速比降低输出转速，但提高扭矩；计算时单位转换rpm→rps需除以60。27.（6分）在12V供电下，测得某直流电机工作电流0.8A，堵转电流3.6A，求电机电气时间常数τ（提示：R=U/I_stall，L通过τ=I_stall×R/K_t近似，假设K_t=0.01Nm/A，忽略负载）。答案：R=12/3.6=3.33Ωτ=L/R，需先求反电动势常数K_e≈K_t=0.01V/(rad/s)稳速时I=(UK_eω)/R，因空载I=0.8A，解得ω=(UIR)/K_e=(120.8×3.33)/0.01≈933rad/sL=τ×R，但题给τ待求，换思路：电气时间常数定义为L/R，无法直接求出，应说明“需实验测L或给定L”。修正：题目应补充“已知电感L=5.0mH”，则τ=0.005/3.33≈1.5ms。解析：电气时间常数反映电流响应速度，L越大τ越大，电流上升越慢。28.（6分）解释为什么FLL机器人使用“双光感PID巡线”时，将光感间距设为黑线宽度1.2倍可减小S型震荡。答案：当间距=1.2倍线宽时，两传感器同时压线的概率降低，误差曲线呈单调线性区扩大，PID可工作于高增益而不饱和，减少过冲与回摆，从而抑制S型震荡。解析：间距过小会导致误差信号在中心附近频繁过零，系统进入高频率震荡；过大则脱离线区，丢失信号。1.2倍为实验最优折中。29.（7分）阅读下列RaspberryPi4B与ArduinoNano的串口通信片段，简述为何波特率115200时会出现丢包，并提出两种硬件级解决方案。场景：Pi4USB→CH340→Nano，Python每秒发送200包，每包20字节。答案：CH340缓存仅64byte，Nano主循环每5ms处理一次，理论吞吐量=1000/5×64=12800byte/s，而实际负载=200×20=4000byte/s，看似足够，但USB调度与Linux内核tty缓冲延迟会导致突发堆积，CH340溢出丢包。解决方案：1.硬件流控：将CH340的RTS/CTS引脚引出，Pi端开启rtscts=True，实现硬件握手；2.降低波特率至57600，缩短位时间，提高抗干扰余量，配合Nano使用ISR方式接收，减少延迟。六、综合设计（30分）30.主题：2025“零碳校园”智能分拣机器人任务要求：机器人从启动区出发，沿蓝色引导线行驶至“回收岛”；利用视觉识别三种不同形状（圆、三角、方）的废旧电池模块；按形状分拣到对应回收仓，每正确分拣一块得15分，误投扣5分；完成三块分拣后，返回启动区并熄火，成功返回得20分；总时长3分钟，超时强制结束。提供材料清单：mBot2主控×1，180°舵机×3，摄像头×1，颜色形状标签贴纸，3D打印回收仓×3，循线地图一张。问题：（1）（8分）绘制系统结构框图，需包含感知、决策、执行三层次，并标注数据流向。（2）（7分）给出形状识别算法流程图，要求使用OpenCV，写关键函数名与参数。（3）（8分）设计分拣机构的机械简图，说明舵机摆角与电池模块下落轨迹的关系，计算最小摆角θ_min（假设仓口高差50mm，水平距80mm）。（4）（7分）制定比赛调试时间表，包含“静态校准→动态试跑→容错迭代”三阶段，每阶段给出关键KPI与通过标准。答案与解析：（1）结构框图：感知层：摄像头→USB→OpenCV→形状+颜色检测→置信度决策层：主控CPU→状态机（巡线→识别→分拣→回巢）→PID循线+PWM舵机执行层：电机驱动TB6612→直流减速电机+舵机摆臂数据流：摄像头30fps→ShapeEvent