机器人等级考试(三级)2025模拟试题及答案

机器人等级考试(三级)2025模拟试题及答案一、单项选择题（共15题，每题2分，共30分）1.以下哪种传感器常用于机器人的非接触式距离测量？A.压敏电阻传感器B.超声波传感器C.温度传感器D.湿度传感器2.工业机器人的“自由度”指的是：A.机器人可移动的最大距离B.机器人关节能够独立运动的数目C.机器人承载的最大重量D.机器人可识别的最大障碍物数量3.在Arduino编程中，若要控制舵机旋转至90度，通常使用的函数是：A.`digitalWrite()`B.`analogRead()`C.`servo.write()`D.`map()`4.以下哪种编程范式更适合用于机器人路径规划？A.面向对象编程（OOP）B.函数式编程（FP）C.事件驱动编程（EDP）D.行为树编程（BT）5.轮式机器人的差速转向原理是：A.两侧轮子同方向同速转动B.两侧轮子同方向不同速转动C.一侧轮子正转，另一侧轮子反转D.仅单侧轮子转动，另一侧锁定6.红外避障传感器的工作原理基于：A.声波反射B.光的反射与接收C.电磁感应D.温度差检测7.在PID控制中，“I（积分）”环节的主要作用是：A.减少系统稳态误差B.加快系统响应速度C.抑制系统超调D.提高系统抗干扰能力8.以下哪种电机适合作为机器人的高精度定位执行器？A.直流电机（DCMotor）B.步进电机（StepperMotor）C.舵机（ServoMotor）D.无刷电机（BLDCMotor）9.机器人视觉系统中，“灰度图像”的每个像素点通常用多少位表示？A.1位B.8位C.24位D.32位10.以下哪种通信协议常用于机器人内部传感器与主控的短距离高速通信？A.RS232B.I2CC.蓝牙（Bluetooth）D.以太网（Ethernet）11.若机器人需要在黑暗环境中导航，最适合的传感器是：A.摄像头（可见光）B.激光雷达（LiDAR）C.光电编码器D.温湿度传感器12.舵机的控制信号通常是：A.模拟电压信号（05V）B.PWM信号（50Hz，占空比2.5%12.5%）C.数字开关信号（高/低电平）D.420mA电流信号13.以下哪种机器人属于“移动机器人”？A.机械臂（Manipulator）B.四足机器人（QuadrupedRobot）C.并联机器人（DeltaRobot）D.直角坐标机器人（CartesianRobot）14.机器人SLAM（同步定位与地图构建）技术的核心是：A.传感器数据融合B.电机控制精度C.电池续航能力D.人机交互界面设计15.在Python中，若要读取超声波传感器的测距数据（单位：厘米），正确的代码逻辑是：A.发送触发信号→等待高电平→计算高电平持续时间→距离=时间×声速B.发送触发信号→等待低电平→计算低电平持续时间→距离=时间×声速C.直接读取模拟引脚电压值→转换为距离D.读取数字引脚状态→根据高低电平判断是否有障碍物二、多项选择题（共5题，每题3分，共15分，错选、漏选均不得分）1.以下属于机器人感知层的组件有：A.激光雷达B.主控芯片（如STM32）C.超声波传感器D.直流电机2.工业机器人的安全规范包括：A.安装物理防护栏B.编程时使用急停按钮C.允许人员在机器人运行时进入工作区D.定期检查电机与传动部件的磨损3.以下关于编码器的描述正确的是：A.增量式编码器可检测位置变化，但无法确定绝对位置B.绝对式编码器可直接输出当前绝对位置C.编码器常用于电机转速与位置的闭环控制D.编码器的分辨率越高，测量精度越低4.机器人路径规划算法中，属于全局规划的有：A.A算法（AStar）B.人工势场法（ArtificialPotentialField）C.Dijkstra算法D.动态窗口法（DWA）5.以下哪些操作可能导致舵机损坏？A.长时间堵转（输出轴被固定）B.输入电压超过额定值（如6V舵机使用12V电源）C.控制信号频率稳定在50HzD.舵机输出轴承受超过额定扭矩的负载三、填空题（共10题，每题2分，共20分）1.机器人三定律由________提出，核心内容是保护人类、服从指令、保护自身。2.超声波在空气中的传播速度约为________m/s（取室温20℃时的近似值）。3.编码器的分辨率为1000线/圈，电机每转一圈，编码器输出________个脉冲。4.在PWM（脉宽调制）控制中，占空比为30%表示高电平时间占一个周期的________。5.舵机的标准控制信号周期通常为________ms（对应频率50Hz）。6.机器人坐标系中，基坐标系（BaseFrame）的原点通常定义为________。7.工业机器人常见的驱动方式包括液压驱动、气压驱动和________驱动。8.红外传感器的发射端通常使用________（填“可见光”或“不可见光”）。9.在PID控制中，若系统响应缓慢且存在较大稳态误差，应增大________环节的系数。10.轮式机器人的“阿克曼转向”主要用于________（填“差速转向”或“转向轮转向”）场景。四、简答题（共4题，第12题每题5分，第34题每题10分，共30分）1.（封闭型）简述光电编码器的工作原理。2.（封闭型）对比超声波传感器与激光雷达的优缺点（至少各列2点）。3.（开放型）设计一个基于Arduino的循迹机器人方案，需说明硬件选型（传感器、执行器、主控）、软件逻辑（如何实现循迹）及关键参数（如传感器安装高度、电机转速）。4.（分析型）某机器人在直线行驶时出现“走偏”现象，可能的原因有哪些？请从硬件和软件两方面分析（至少各列3点）。五、应用题（共1题，15分）某轮式机器人使用两个直流电机驱动（左、右轮各一个），电机通过减速箱连接车轮，参数如下：车轮直径：10cm（周长=π×直径≈31.4cm）减速比：1:50（电机转50圈，车轮转1圈）编码器分辨率：1000线/圈（电机轴每转一圈，编码器输出1000个脉冲）问题：（1）当机器人直线行驶时，左电机编码器在1秒内输出5000个脉冲，求左车轮的线速度（单位：cm/s）。（2）若机器人需要以15cm/s的速度直线行驶，计算电机应保持的转速（单位：转/分钟，rpm）。答案及解析一、单项选择题1.B（超声波传感器通过发射超声波并接收反射信号测量距离）2.B（自由度指机器人独立运动的关节数）3.C（`servo.write()`是舵机控制的标准函数）4.D（行为树编程适合处理机器人多任务决策与路径规划）5.B（差速转向通过两侧轮子速度差实现转向）6.B（红外避障利用红外光反射检测障碍物）7.A（积分环节消除稳态误差）8.B（步进电机可精确控制转角，适合定位）9.B（灰度图像通常用8位表示0255级灰度）10.B（I2C协议适合短距离、多设备通信）11.B（激光雷达不受可见光影响，适合黑暗环境）12.B（舵机控制信号为50HzPWM，占空比对应角度）13.B（四足机器人属于移动机器人，其他为固定或机械臂）14.A（SLAM核心是融合传感器数据实现定位与建图）15.A（超声波测距需触发信号→接收高电平→计算时间×声速/2）二、多项选择题1.AC（感知层负责环境信息采集，包括传感器；B为主控层，D为执行层）2.ABD（C违反安全规范，人员需在机器人停止时进入工作区）3.ABC（分辨率越高，精度越高，D错误）4.AC（全局规划需已知地图，A和Dijkstra属于此类；人工势场和DWA为局部规划）5.ABD（C为正常操作，不会损坏舵机）三、填空题1.艾萨克·阿西莫夫2.3403.1000（分辨率即每圈脉冲数）4.30%5.20（50Hz周期=1/50=0.02s=20ms）6.机器人基座的安装点7.电动（或“电机”）8.不可见光（红外光为不可见光）9.积分（I）10.转向轮转向（如汽车转向方式）四、简答题1.光电编码器由光源、码盘（带刻度的圆盘）、光电接收器组成。码盘随电机轴旋转时，遮挡或透过光线，光电接收器将光信号转换为电信号（方波脉冲），通过计数脉冲数可计算电机转速或位置变化（增量式），或直接读取码盘绝对位置（绝对式）。2.超声波传感器优点：成本低、抗干扰能力强（不受光线影响）；缺点：精度较低（±3cm）、测量角度大（易受多路径反射干扰）。激光雷达优点：精度高（±1cm）、测量范围大（可达100m以上）；缺点：成本高、易受雨雪天气影响（激光被散射）。3.硬件选型：传感器：25个红外对管（如TCRT5000），安装高度23cm（避免地面反光干扰）；执行器：两个直流电机+减速箱（转速50100rpm），配套车轮（直径68cm）；主控：ArduinoUno（支持PWM控制电机）。软件逻辑：读取红外传感器模拟值（黑线反射率低，电压低；白线反射率高，电压高）；设定阈值（如300）区分黑白；若左侧传感器检测到黑线（电压<阈值），右转（左电机加速，右电机减速）；若右侧检测到黑线，左转；若全在白区，直行（双电机同速）。关键参数：传感器安装高度2cm，电机PWM占空比50%（对应转速约60rpm）。4.硬件原因：车轮直径不一致（如磨损导致左右轮周长差异）；电机扭矩不均衡（左/右电机老化或供电电压差异）；传动系统间隙（齿轮或皮带松动导致动力传递不同步）。软件原因：PID参数设置不当（比例系数过大导致震荡，积分系数过小无法修正偏差）；编码器计数误差（如干扰导致脉冲丢失，左右轮计数不一致）；传感器校准错误（如红外传感器阈值设置偏差，误判路径