2026年12月青少年机器人技术等级考试理论综合试卷(三级)含答案

2026年12月青少年机器人技术等级考试理论综合试卷(三级)含答案一、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ArduinoUNO中，若将数字引脚3配置为PWM输出，则该引脚对应的定时器为A.Timer0  B.Timer1  C.Timer2  D.Timer3答案：C解析：ArduinoUNO的PWM引脚3、11由Timer2产生，引脚5、6由Timer0产生，引脚9、10由Timer1产生。2.某直流减速电机额定电压12V，空载电流200mA，堵转电流2A。若使用L298N驱动，且一片L298N同时驱动两台同型号电机，则电源至少应提供的持续电流为A.0.4A  B.2A  C.4A  D.0.2A答案：B解析：堵转电流为极端情况，但题目问“持续电流”，按两台电机同时空载计算：0.2A×2=0.4A；然而L298N自身约需30mA，且需留裕量，标准答案取2A为安全余量设计值。3.在MicroPython中，执行下列代码后，板载LED（假设为Pin(25))的亮度约为```pythonfrommachineimportPin,PWMled=PWM(Pin(25))led.freq(1000)led.duty_u16(32768)```A.0%  B.25%  C.50%  D.75%答案：C解析：duty_u16范围0～65535，32768/65535≈0.5，即50%占空比。4.某红外循迹传感器TCRT5000输出为数字量，安装高度为3mm时，检测到黑线输出0，白线输出1。若将传感器抬高至15mm，则A.输出始终为0  B.输出始终为1  C.可能跳变不稳定  D.与高度无关答案：C解析：TCRT5000最佳工作高度为2～10mm，超过后反射强度衰减，信噪比下降，输出可能随机跳变。5.在ROS2中，下列哪条命令可查看当前活跃节点A.ros2nodelist  B.ros2topiclist  C.ros2servicelist  D.ros2paramlist答案：A解析：ros2nodelist用于列出所有活跃节点，其余命令分别用于话题、服务、参数。6.某步进电机步距角1.8°，驱动器设置为16细分，控制器发送6400个脉冲，则电机轴旋转角度为A.360°  B.720°  C.180°  D.90°答案：B解析：1.8°/16=0.1125°/脉冲；6400×0.1125°=720°。7.在ESP32CAM中，若使用OV2640传感器，最大分辨率为A.640×480  B.1600×1200  C.1920×1080  D.160×120答案：B解析：OV2640数据手册标明UXGA1600×1200为最大有效分辨率。8.下列关于PID参数整定的说法正确的是A.仅增大Kp可消除稳态误差  B.增大Kd可抑制超调  C.增大Ki会降低系统稳定性  D.Kp、Ki、Kd必须同时增大答案：B解析：微分项Kd对变化率敏感，可提前抑制偏差变化，从而减小超调；A项需积分项消除稳态误差；C项Ki过大导致积分饱和，但“降低稳定性”表述不严谨；D项错误。9.在I²C通信中，若从机地址为0x68，左移一位后的写地址为A.0x68  B.0xD0  C.0x69  D.0x6A答案：B解析：0x68<<1=0xD0，最低位0表示写。10.某机器人底盘使用全向轮（OmniWheel）三轮120°对称布局，若希望机器人沿30°方向平移，则三个轮子的速度关系应满足A.v1=v2=v3  B.v1+v2+v3=0  C.v1=2v2=2v3  D.特定三角函数比例答案：D解析：全向底盘速度解算需满足速度矢量合成，具体比例由逆运动学矩阵确定，呈三角函数关系。11.在OpenCVPython中，将BGR图像img转为灰度图的函数为A.cv2.cvtColor(img,cv2.COLOR_GRAY2BGR)  B.cv2.cvtColor(img,cv2.COLOR_BGR2GRAY)C.cv2.imread(img,0)  D.cv2.split(img)答案：B解析：cv2.COLOR_BGR2GRAY为BGR→灰度。12.某超声波模块HCSR04测得回波时间echo=11760μs，声速取343m/s，则距离为A.2m  B.1m  C.4m  D.0.5m答案：A解析：距离=(343×11760×10⁻⁶)/2≈2.02m，取整2m。13.在STM32CubeMX中，将系统时钟配置为72MHz，若APB1预分频为2，则TIM2时钟为A.36MHz  B.72MHz  C.144MHz  D.18MHz答案：A解析：APB1预分频为2时，TIM2时钟=72MHz/2=36MHz（当预分频≠1时定时器时钟×1）。14.下列关于LiDARSLAM的说法错误的是A.Gmapping基于粒子滤波  B.Cartographer采用子图优化  C.LOAM无需IMU  D.HectorSLAM依赖扫描匹配答案：C解析：LOAM（LidarOdometryandMapping）通常结合IMU提高精度，C项表述“无需”过于绝对。15.在Python中，使用pyserial打开串口，设置波特率115200，超时1s，正确语句为A.serial.Serial('COM3',115200,timeout=1)B.serial.open('COM3',115200,timeout=1)C.Serial('COM3',baud=115200,timeout=1)D.serial.Serial(port='COM3',baud=115200,timeout=1)答案：D解析：pyserial构造函数需关键字参数port、baudrate、timeout，D项完整正确。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.关于锂电池安全使用，下列做法正确的是A.使用专用平衡充  B.单体电压低于2.5V立即停止使用  C.满电长期存放  D.充电电流不超过1C答案：A、B、D解析：满电长期存放会加速容量衰减，应半电存放。17.下列传感器可直接输出数字量的是A.MPU6050  B.DHT11  C.HCSR04  D.TCS3200答案：B、D解析：DHT11单总线数字输出；TCS3200频率输出可视为数字；MPU6050需I²C读取寄存器；HCSR04为脉冲宽度模拟量。18.在RobotOperatingSystem2中，下列属于ROS2核心中间件层功能的是A.DDS抽象  B.名称服务  C.节点生命周期管理  D.话题通信答案：A、B、C、D解析：ROS2全部基于DDS，名称服务、生命周期、话题皆为核心。19.关于编码器测速，下列说法正确的是A.增量式编码器需初始零点  B.绝对式编码器断电可记忆位置  C.M法测速适合高速  D.T法测速适合低速答案：B、C、D解析：增量式无需绝对零点，但需参考；M法（单位时间脉冲数）高速分辨率高；T法（测周期）低速更准。20.在Python多线程编程中，下列关于GIL的说法正确的是A.GIL限制多核并行  B.I/O密集型任务可受益  C.计算密集型任务应使用多进程  D.GIL在PyPy解释器中被移除答案：A、B、C解析：PyPy仍保留GIL，仅无GIL实现如Jython、IronPython。三、判断题（每题1分，共10分。正确打“√”，错误打“×”）21.直流电机PWM频率越高，电机发热一定越小。答案：×解析：频率过高导致开关损耗增加，驱动管发热上升。22.在I²C总线中，时钟拉伸由主机完成。答案：×解析：时钟拉伸由从机拉低SCL实现。23.使用MPU6050内置DLPF可有效抑制高频振动噪声。答案：√解析：数字低通滤波器DLPF专为降噪设计。24.在ROS2中，Launch文件只能使用Python编写。答案：×解析：ROS2Launch支持Python、XML、YAML三种格式。25.对于相同减速比的行星减速箱，级数越多回程间隙越大。答案：√解析：每级累积齿侧间隙。26.OpenCV的HoughLines函数可直接得到线段端点。答案：×解析：HoughLines返回极坐标(ρ,θ)，需额外计算端点；HoughLinesP才返回线段端点。27.在ESP32中，使用FreeRTOS创建任务时，任务优先级数值越大表示优先级越高。答案：√解析：FreeRTOS默认数值大者优先。28.超声波测距时，温度升高会导致测量值偏大。答案：×解析：声速随温度升高而增大，相同时间对应距离变大，实际距离不变，故测量值偏大，即“显示值”偏大。29.使用全向轮底盘可实现原地旋转而不产生任何侧滑。答案：×解析：全向轮仍存在辊子滑动，理论上为“可控滑移”。30.在Python中，使用NumPy数组比原生列表进行矩阵运算速度更快。答案：√解析：NumPy底层为C实现，向量化加速。四、填空题（每空2分，共20分）31.在ArduinoUNO中，使用analogWrite(9,127)产生的PWM频率默认为________Hz，占空比为________%。答案：490，50解析：引脚9、10共用Timer1，默认Prescaler=64，频率约490Hz；127/255≈50%。32.某机器人使用STM32F103，定时器时钟72MHz，如需产生50HzPWM，自动重装载寄存器ARR应设为________，若占空比20%，则捕获比较寄存器CCR=________。答案：1440，288解析：72MHz/(50Hz)=1440000；需分频50Hz→72MHz/50=1440000，设PSC=0，则ARR=1440000/100=14400？更正：ARR=1440000/100=14400过大。正确：72MHz/(50×1000)=1440，取PSC=99，则计数频率720kHz，ARR=720kHz/50=14400；但题目直接问ARR，默认PSC=0，则ARR=72M/50=1440000；实际填空题常忽略PSC，直接ARR=1440000；但标准教学题取PSC=0，ARR=1440000；占空比20%→CCR=1440000×0.2=288000。因篇幅，标准答案简写：ARR=1440000，CCR=288000。33.在Python中，使用pybluez扫描蓝牙设备的函数名为________。答案：discover_devices34.在ROS2中，工作空间编译命令为________，软件包创建指令为________。答案：colconbuild，ros2pkgcreate35.某陀螺仪零偏为0.3°/s，若采用一阶互补滤波，融合系数α=0.98，则加速度计修正权重为________。答案：0.02解析：互补滤波姿态角=α×(陀螺积分)+(1−α)×加速度计角度。36.在OpenCV中，使用cv2.rectangle(img,(50,50),(150,100),(0,255,0),2)绘制矩形，线宽为________px，颜色为________。答案：2，绿色37.在I²C协议中，起始条件定义为________线由高变低，同时________保持高电平。答案：SDA，SCL五、图形分析题（共10分）38.下图为一台差速驱动机器人顶层视图，两轮间距L=200mm，轮径D=80mm，右轮速度VR=200mm/s，左轮速度VL=100mm/s。（1）计算机器人角速度ω（rad/s）；（3分）（2）计算瞬时转弯半径R（mm）；（3分）（3）若希望机器人直线后退，应如何调整轮速？（2分）（4）若增加第三轮为万向支撑，对（2）结果有何影响？（2分）答案与解析：（1）ω=(VR−VL)/L=(200−100)/200=0.5rad/s（2）R=(L/2)×(VR+VL)/(VR−VL)=100×300/100=300mm（3）令VL=VR且均为负值，如VL=VR=−150mm/s（4）万向轮仅提供支撑，不施加约束，运动学模型不变，R不变。六、程序阅读题（共15分）39.阅读下列Arduino代码，回答后面问题。```cppinclude<Wire.h>constintMPU=0x68;int16_tAcX,AcY,AcZ,Tmp,GyX,GyY,GyZ;floatangleX,angleY;unsignedlongprevTime=0;voidsetup(){Wire.begin();Wire.beginTransmission(MPU);Wire.write(0x6B);Wire.write(0);Wire.endTransmission(true);Serial.begin(115200);}voidloop(){Wire.beginTransmission(MPU);Wire.write(0x3B);Wire.endTransmission(false);Wire.requestFrom(MPU,14,true);AcX=Wire.read()<<8|Wire.read();AcY=Wire.read()<<8|Wire.read();AcZ=Wire.read()<<8|Wire.read();Tmp=Wire.read()<<8|Wire.read();GyX=Wire.read()<<8|Wire.read();GyY=Wire.read()<<8|Wire.read();GyZ=Wire.read()<<8|Wire.read();floataccAngleX=atan(AcY/sqrt(pow(AcX,2)+pow(AcZ,2)))180/PI;floataccAngleY=atan(AcX/sqrt(pow(AcY,2)+pow(AcZ,2)))180/PI;unsignedlongcurrTime=millis();floatdt=(currTimeprevTime)/1000.0;prevTime=currTime;angleX=0.98(angleX+GyXdt)+0.02accAngleX;angleY=0.98(angleY+GyYdt)+0.02accAngleY;Serial.print("AngleX:");Serial.println(angleX);delay(10);}```问题：（1）MPU6050的I²C地址为________（十六进制）。（2分）（2）变量accAngleX计算的是绕________轴的倾角。（2分）（3）若将融合系数0.98改为0.90，系统对加速度计噪声的敏感度将________（升高/降低）。（2分）（4）若传感器静止水平放置，理论上AcZ读数应为________（正/负）值。（2分）（5）指出代码中一处潜在溢出风险，并给出修改建议。（7分）答案：（1）0x68（2）X（3）升高（4）正（5）Wire.read()返回int，但为8位，左移8位后与第二字节或运算，若高字节符号扩展可能出错；建议：```cppint16_tval=((int16_t)Wire.read()<<8)|Wire.read();```强制转换首字节为int16_t避免符号位丢失。七、综合设计题（共30分）40.某救援机器人需在黑暗管道内自主行进，管道直径600mm，地面平坦，机器人尺寸限制长300mm、宽200mm、高150mm。请完成：（1）列出三种适合本场景的传感器，并说明作用；（6分）（2）给出运动底盘方案，说明轮系布局及理由；（6分）（3）设计一种基于STM32的电源管理模块，实现12V锂电池输入，5V@3A、3.3V@1A、12V直通三路输出，画出原理框图，标明芯片型号；（8分）（4）编写Python伪代码，实现激光雷达数据读取并实时发布ROS2话题/scan；（5分）（5）制定安全故障表，至少包含5种故障现象、原因及应急措施。（5分）答案：（1）1.激光雷达RPLIDARA2：360°扫描，SLAM建图避障；2.红外摄像头NoIR：黑暗环境图像回传；3.毫米波雷达：检测烟雾中障碍物，弥补视觉失效。（2）采用双电机差速+前后万向轮（共4轮）布局，中间两轮驱动，前后各一被动万向轮，降低底盘高度，保证200mm宽度内通过，转弯半径小，结构简单。（3）框图：12V电池→保险丝→MP1584EN（buck，5V3A）→AMS11173.3（LDO，3.3V1A）；12V直通经MOSFET开关（AO3400）受STM32GPIO控制；STM32通过INA219监测电流