全国青少年机器人技术等级考试(三级上机考试)模拟试题含答案

全国青少年机器人技术等级考试(三级上机考试)模拟试题含答案一、单项选择题（共10题，每题2分，共20分）1.以下哪种机械结构常用于将旋转运动转换为直线运动？A.齿轮传动B.蜗轮蜗杆C.丝杠螺母D.链传动答案：C解析：丝杠螺母机构通过螺杆的旋转带动螺母做直线运动，是典型的旋转转直线结构。2.某齿轮组中，主动轮齿数为20，从动轮齿数为60，传动比为？A.1:3B.3:1C.1:2D.2:1答案：A解析：传动比=从动轮齿数/主动轮齿数=60/20=3，通常表示为主动轮与从动轮的转速比，即1:3。3.红外测距传感器的工作原理基于以下哪种物理现象？A.光的反射B.电磁感应C.热辐射D.超声波反射答案：A解析：红外测距通过发射红外光并接收反射光的强度或时间差计算距离。4.舵机控制信号的标准周期为？A.20msB.10msC.50msD.100ms答案：A解析：舵机PWM控制信号周期通常为20ms，脉宽在1ms~2ms对应0°~180°转角。5.以下哪种传感器无法直接检测环境亮度？A.光敏电阻B.光电二极管C.超声波传感器D.环境光传感器（ALS）答案：C解析：超声波传感器通过声波测距，不涉及光强检测。6.编程中，“while条件:循环体”属于哪种结构？A.顺序结构B.分支结构C.循环结构D.函数结构答案：C解析：while语句是典型的循环控制结构，当条件满足时重复执行循环体。7.要让机器人在检测到障碍物（距离＜20cm）时停止，应优先使用哪种传感器组合？A.温度传感器+舵机B.超声波传感器+电机C.陀螺仪+LEDD.湿度传感器+蜂鸣器答案：B解析：超声波传感器用于测距，电机用于控制运动，符合避障需求。8.连杆机构中，“急回特性”指的是？A.主动件匀速转动时，从动件往返速度不同B.所有构件运动速度相同C.从动件只能单向运动D.主动件必须高速转动答案：A解析：急回特性是指当原动件匀速转动时，从动件往返行程的平均速度不同，返回速度更快。9.以下哪种编程错误会导致机器人持续向一个方向旋转无法停止？A.传感器读数未更新B.循环中缺少退出条件C.变量初始化错误D.电机正反转指令写反答案：B解析：若循环（如whileTrue）中无退出条件，程序会无限执行，导致电机持续运转。10.制作一个可上下升降的机械臂，最适合的传动方式是？A.皮带传动B.齿轮齿条C.链传动D.圆锥齿轮传动答案：B解析：齿轮齿条可将旋转运动转换为直线升降运动，适合机械臂垂直方向的升降需求。二、多项选择题（共5题，每题3分，共15分。多选、错选不得分，少选得1分）1.机器人系统的基本组成包括以下哪些部分？A.机械结构B.传感器C.执行器D.控制系统答案：ABCD解析：机器人由机械结构（支撑）、传感器（感知环境）、执行器（动作输出）、控制系统（决策）四部分组成。2.以下哪些属于数字传感器？A.红外避障传感器（输出0/1）B.温度传感器（输出模拟电压）C.编码器（输出脉冲信号）D.光敏电阻（输出电阻值变化）答案：AC解析：数字传感器输出离散的数字信号（如0/1、脉冲），模拟传感器输出连续电压/电流信号。3.编程调试时，常见的错误类型包括？A.语法错误（如缺少冒号）B.逻辑错误（如条件判断错误）C.运行时错误（如传感器未连接）D.注释过多答案：ABC解析：注释过多不影响程序运行，不属于错误类型。4.齿轮传动的优点包括？A.传动效率高（可达98%以上）B.可实现大距离传动C.传动比准确D.无需润滑答案：AC解析：齿轮传动适合短距离传动，需润滑以减少磨损。5.超声波传感器测距时，可能影响精度的因素有？A.环境温度（影响声速）B.被测物体表面材质（反射率）C.传感器安装角度（非垂直入射）D.光线强度答案：ABC解析：超声波传播与光强无关，温度影响声速（v=331+0.6T），材质和角度影响反射信号强度。三、填空题（共10题，每空2分，共20分）1.机械传动中，________是指两齿轮在分度圆上的齿距与π的比值，是设计齿轮尺寸的关键参数。答案：模数2.舵机的控制信号是________（填“模拟”或“数字”）信号，通过调整________（填“频率”或“脉宽”）控制转角。答案：数字；脉宽3.超声波传感器测距公式为：距离=________×时间÷2（声速取340m/s）。答案：声速4.编程中，“if条件1:...elif条件2:...else:...”属于________结构。答案：多分支（或条件判断）5.连杆机构中，能实现“整周转动→往复摆动”的典型机构是________。答案：曲柄摇杆机构6.编码器的作用是测量电机的________（填“转速”或“温度”）和________（填“转向”或“湿度”）。答案：转速；转向7.光敏电阻的阻值随光照强度增加而________（填“增大”或“减小”）。答案：减小8.PID控制中的“P”代表________，“I”代表积分控制，“D”代表微分控制。答案：比例控制9.要让机器人沿直线行驶，需通过________（填“陀螺仪”或“温度传感器”）检测偏转角度并调整电机转速。答案：陀螺仪10.皮带传动的主要缺点是________（写出一点即可）。答案：传动比不准确（或易打滑、效率较低）四、简答题（共5题，第13题每题6分，第45题每题8分，共34分）1.（封闭型）什么是“死点位置”？连杆机构中如何避免死点？答案：死点位置是指连杆机构中，从动件与连杆共线时，主动件无法推动从动件运动的位置（2分）。避免方法：①在从动件上安装飞轮利用惯性通过死点（2分）；②采用多组机构错位排列（2分）。2.（封闭型）简述超声波传感器的工作流程。答案：①发射端发出超声波脉冲（2分）；②超声波遇到障碍物反射（2分）；③接收端检测反射波（1分）；④根据发射与接收的时间差计算距离（1分）。3.（封闭型）编程中“变量”的作用是什么？举例说明（如用Scratch或Python）。答案：变量用于存储程序运行过程中的临时数据（2分）。例如：用Python编写避障程序时，可定义变量distance存储超声波传感器的测距值（2分），后续通过ifdistance<20:语句判断是否停止（2分）。4.（开放型）设计一个自动循迹机器人（沿黑色引导线行驶），需要哪些硬件组件？说明各组件的作用。答案：硬件组件及作用：①机械底盘（1分）：支撑所有部件；②直流电机+轮组（1分）：提供驱动力；③灰度传感器（或红外对管）（2分）：检测地面颜色（黑色/白色），输出模拟或数字信号；④控制器（如Arduino）（2分）：接收传感器信号，计算并输出电机控制指令；⑤电源（如电池）（1分）：为所有组件供电；⑥电机驱动模块（如L298N）（1分）：放大控制器输出的弱电信号，驱动电机运转。5.（开放型）机器人执行“前进1米后左转90°”任务时，可能出现偏差（如未转够角度），分析可能原因及解决方法。答案：可能原因及解决方法：①电机转速不一致（1分）：校准左右电机转速（如通过编码器反馈调整PWM值）（2分）；②地面摩擦力不均（1分）：清洁地面或增加轮胎纹路增大摩擦（2分）；③陀螺仪精度不足（1分）：更换高精度陀螺仪或通过多次测量取平均（2分）；④程序中转向时间/角度计算错误（1分）：重新测试并调整转向时间或角度参数（2分）。（注：需答出至少3个原因及对应方法，总分不超过8分）五、应用题（共3题，第1题8分，第2题10分，第3题13分，共31分）1.（计算类）某齿轮组由主动轮（Z1=24齿）、中间轮（Z2=36齿）、从动轮（Z3=48齿）组成，主动轮转速为300r/min。（1）计算主动轮与从动轮的传动比；（2）求从动轮的转速。答案：（1）传动比i=Z3/Z1=48/24=2（3分）；（2）从动轮转速n3=n1/i=300/2=150r/min（5分）。2.（分析类）某机器人使用超声波传感器（最大测距4米，精度±3cm）检测前方障碍物，编程逻辑如下（Python伪代码）：```pythonwhileTrue:distance=read_ultrasonic()ifdistance<10:motor_stop()elif10≤distance<50:motor_speed(30)低速前进else:motor_speed(80)高速前进```（1）分析该程序可能存在的问题；（2）提出改进建议。答案：（1）问题分析：①当distance=10cm时，同时满足“distance<10”和“10≤distance<50”，导致条件冲突（3分）；②未处理传感器无效值（如超过4米时返回0或异常值），可能误判（2分）；③急停距离（10cm）过近，机器人可能来不及刹车（2分）。（2）改进建议：①修改条件为“ifdistance<10:...elif10<=distance<50:...”（避免重叠）（2分）；②增加无效值判断（如ifdistance>400ordistance<=0:跳过本次循环）（2分）；③提高急停距离（如改为20cm），预留刹车时间（1分）。3.（综合类）设计一个“自动浇花机器人”，要求：检测土壤湿度（干燥时需浇水）；缺水时通过蜂鸣器报警；浇水后记录时间（用RTC模块）；可通过蓝牙远程查询状态。（1）画出硬件连接示意图（文字描述即可）；（2）编写核心控制程序（Scratch或Python，关键步骤需注释）。答案：（1）硬件连接示意图（文字描述）：控制器（Arduino/ESP32）→土壤湿度传感器（模拟口A0）（1分）；→继电器（控制水泵，数字口D2）（1分）；→蜂鸣器（数字口D3）（1分）；→RTC模块（I2C接口SDA/SCL）（1分）；→蓝牙模块（UART接口TX/RX）（1分）；→水泵（接继电器输出端）（1分）；→电池（5V供电）（1分）。（2）Python（MicroPython）核心程序示例：```pythonfrommachineimportPin,I2C,ADC,UARTimportdht,utime,ds3231导入RTC库硬件初始化soil_sensor=ADC(Pin(34))土壤湿度传感器（模拟输入）relay=Pin(2,Pin.OUT)继电器控制水泵buzzer=Pin(3,Pin.OUT)蜂鸣器i2c=I2C(0,scl=Pin(18),sda=Pin(19))I2C总线rtc=ds3231.DS3231(i2c)RTC模块初始化uart=UART(1,baudrate=9600,tx=Pin(4),rx=Pin(5))蓝牙模块defget_soil_moisture():土壤湿度值（04095，数值越小越干燥）returnsoil_sensor.read()defsend_bluetooth(msg):uart.write(msg+"\n")whileTrue:moisture=get_soil_moisture()干燥阈值（假设3000为干燥）ifmoisture>3000:buzzer.value(1)蜂鸣器报警relay.value(1)启动水泵浇水记录浇水时间year,month,day,hour,minute,second=rtc.datetime()log_time=f"浇水时间：{year}{month}{day}{hour}:{min