2024年青少年机器人技术等级考试理论综合-三级试题(真题及答案)

2024年青少年机器人技术等级考试理论综合三级试题(练习题及答案)一、单项选择题（共15题，每题2分，共30分）1.以下哪种机械结构能将旋转运动转换为直线运动？A.齿轮传动B.皮带传动C.丝杠螺母副D.链传动2.光敏电阻的阻值随光照强度变化的特性是：A.光照越强，阻值越大B.光照越强，阻值越小C.光照不影响阻值D.仅在特定波长下变化3.若两个标准直齿圆柱齿轮啮合，主动轮齿数Z1=20，从动轮齿数Z2=40，传动比i为：A.0.5B.2C.1D.44.超声波传感器测距时，若检测到障碍物反射的回波时间为0.01秒（声速取340m/s），则障碍物距离为：A.1.7米B.3.4米C.0.85米D.6.8米5.舵机控制信号通常采用哪种调制方式？A.PWM（脉宽调制）B.PAM（脉冲幅度调制）C.PPM（脉冲位置调制）D.PCM（脉冲编码调制）6.以下哪种传感器可用于检测机器人是否偏离直线轨道？A.温度传感器B.霍尔传感器C.灰度传感器D.湿度传感器7.多级齿轮传动中，总传动比等于各对齿轮传动比的：A.算术和B.算术差C.乘积D.商8.直流电机的转速与输入电压的关系是：A.电压越高，转速越低B.电压越高，转速越高C.电压不影响转速D.仅在额定电压下线性相关9.若程序中需要重复执行某段代码10次，应使用哪种结构？A.if条件判断B.for循环C.while循环D.switchcase分支10.连杆机构中，“死点”位置指的是：A.连杆与从动件共线时的位置B.连杆与主动件共线时的位置C.所有构件静止的位置D.驱动力无法使机构运动的位置11.以下哪种电路元件用于稳定电压？A.电阻B.电容C.二极管D.稳压二极管12.红外避障传感器的工作原理是：A.发射并接收超声波B.发射并接收红外线C.检测环境光强度D.测量磁场变化13.若舵机的控制信号周期为20ms，0度对应脉宽1ms，180度对应脉宽2ms，则90度对应的脉宽为：A.1.25msB.1.5msC.1.75msD.2ms14.以下哪种传动方式传动效率最高？A.皮带传动B.链传动C.齿轮传动D.蜗杆传动15.编写机器人循迹程序时，若左侧灰度传感器检测到黑线（低电平），右侧检测到白线（高电平），应控制机器人：A.左转B.右转C.直行D.停止二、多项选择题（共5题，每题3分，共15分，多选、错选不得分）16.以下属于传动机构的有：A.齿轮组B.连杆C.丝杠D.舵机17.超声波传感器使用时需注意：A.避免强电磁干扰B.检测距离有最大限制C.可用于液体测距D.温度会影响声速计算18.以下哪些编程结构可实现循环功能？A.forB.whileC.dowhileD.ifelse19.直流电机的调速方法包括：A.改变电源电压B.改变电枢回路电阻C.改变磁场强度D.改变齿轮传动比20.灰度传感器的应用场景包括：A.直线循迹B.颜色识别（限黑白）C.障碍物高度检测D.光照强度测量三、填空题（共10题，每题2分，共20分）21.齿轮的模数是指齿距与π的比值，单位为______。22.霍尔传感器可用于检测______的变化，常见于电机测速。23.编程中，“变量”的作用是______。24.连杆机构的基本形式是______机构（以四杆为例）。25.光敏电阻属于______传感器（按输出信号类型分类）。26.舵机的控制信号频率通常为______Hz（周期20ms）。27.超声波传感器的有效检测角度一般为______度左右（常见参数）。28.直流电机的“堵转”是指______时的状态。29.电阻的主要作用是限制电流或______。30.循迹机器人中，灰度传感器通常安装在机器人______位置（填写“底部”或“顶部”）。四、简答题（共5题，第3133题每题5分，第3435题每题7分，共29分）31.简述齿轮传动的优缺点（各答两点）。32.说明超声波传感器测距的基本步骤（用流程描述）。33.对比for循环与while循环的适用场景（各举一例）。34.设计一个“光控小夜灯”的简单电路方案，要求：当环境光暗时（光照强度低于阈值），LED灯亮起；光强时熄灭。需画出电路简图（可用文字描述），并说明关键元件的作用。35.分析机器人“走直线”时偏向一侧的可能原因（至少三点）。五、应用题（共1题，16分）36.某机器人需通过齿轮传动驱动车轮，已知：电机转速为300转/分钟（rpm），额定扭矩2N·m；一级齿轮：主动轮Z1=15，从动轮Z2=45；二级齿轮：主动轮Z3=20，从动轮Z4=60；车轮直径为10cm（π取3.14）。（1）计算总传动比；（4分）（2）计算车轮的最终转速（转/分钟）；（4分）（3）计算车轮的线速度（米/秒）；（4分）（4）若需要提高车轮转速，可采取哪些措施？（至少两点）（4分）答案及解析一、单项选择题1.C（丝杠螺母副通过旋转丝杠使螺母直线移动）2.B（光敏电阻是半导体元件，光照越强，载流子增多，阻值降低）3.B（传动比i=Z2/Z1=40/20=2）4.A（距离=声速×时间/2=340×0.01/2=1.7米）5.A（舵机通过PWM信号的脉宽控制角度）6.C（灰度传感器检测地面黑白差异，用于循迹）7.C（多级传动比为各对传动比的乘积）8.B（直流电机转速与电压近似成正比，电压越高转速越快）9.B（for循环适合已知循环次数的场景）10.D（死点位置时驱动力无法产生有效力矩，机构无法运动）11.D（稳压二极管用于稳定电压，如7805系列）12.B（红外避障传感器发射红外线，接收反射光判断障碍物）13.B（0度1ms，180度2ms，每度对应(21)/180=1/180ms/度，90度对应1+90×(1/180)=1.5ms）14.C（齿轮传动效率约95%98%，高于皮带、链、蜗杆传动）15.A（左侧检测到黑线，说明机器人偏右，需左转调整）二、多项选择题16.ABC（舵机是执行器，非传动机构）17.ABD（超声波在液体中衰减大，一般不用于液体测距）18.ABC（ifelse是分支结构，无循环功能）19.ABC（改变齿轮传动比是机械调速，非电机本身调速方法）20.AB（灰度传感器通过反射光强度检测黑白，无法测高度或光照强度）三、填空题21.毫米（mm）22.磁场（或磁信号）23.存储数据（或临时保存变量值）24.四杆（或曲柄摇杆、双曲柄等具体形式，但基础形式为四杆）25.模拟（输出连续电信号）26.50（20ms周期对应频率1/0.02=50Hz）27.30（常见超声波传感器检测角度约30度）28.电机转子被卡住无法转动（或负载过大导致停转）29.分压（或分配电压）30.底部（贴近地面检测轨道）四、简答题31.优点：传动比准确、效率高、结构紧凑；缺点：制造精度要求高、噪音较大、不适用于大中心距传动。（各两点，合理即可）32.步骤：①传感器发射超声波；②开始计时；③接收反射回波；④停止计时；⑤计算时间差；⑥距离=声速×时间差/2（需考虑温度对声速的修正）。33.for循环适用于已知循环次数的场景（如“循环10次点亮LED”）；while循环适用于未知次数但满足条件时循环的场景（如“当光线暗时持续报警”）。34.电路方案：电源（电池）→光敏电阻（与定值电阻串联分压）→比较器（如LM393）→LED。关键元件：光敏电阻随光强变化阻值，与定值电阻分压后输出模拟信号；比较器将模拟信号与阈值（由电位器调节）比较，输出高低电平控制LED通断。35.可能原因：①两侧电机转速不一致（如电压差异、齿轮磨损）；②车轮直径或摩擦力不同；③机械结构偏移（如车架变形、轮轴安装不平行）；④传感器检测误差（如循迹传感器位置不对称）。五、应用题36.（1）总传动比i=i1×i2=(Z2/Z1)×(Z4/Z3)