2020年6月青少年机器人技术等级考试理论综合试卷(二级)含答案

2020年6月青少年机器人技术等级考试理论综合试卷(二级)含答案一、单项选择题（共30题，每题2分，共60分）1.下列常见机械结构中，能够实现将回转运动转换为直线往复运动的是？A.曲柄滑块机构B.定滑轮机构C.蜗轮蜗杆机构D.齿轮传动机构答案：A解析：曲柄滑块机构中，曲柄做连续回转运动时，滑块会沿着导轨做周期性的直线往复运动，是典型的运动形式转换机构；定滑轮只能改变力的方向，不改变运动形式；蜗轮蜗杆机构用于传递交错轴之间的回转运动，通常实现大减速比；齿轮传动大多传递回转运动，齿轮齿条才可以转换运动形式，因此本题选A。2.关于凸轮机构的特点，下列说法错误的是？A.可以实现复杂的运动规律B.结构简单紧凑，设计方便C.高副接触，磨损速度较慢D.通常适用于传力不大的控制场合答案：C解析：凸轮机构是由凸轮、从动件和机架组成的高副机构，凸轮轮廓曲线可以根据需求任意设计，能够精准实现复杂的运动规律，整体结构紧凑小巧。但由于凸轮和从动件是点或线接触的高副形式，接触应力大，工作过程中磨损速度较快，因此一般用于载荷较小的控制、调节场景，C选项说法错误。3.下列哪项是棘轮机构的核心组成部件？A.棘轮、棘爪、止回爪、机架B.棘轮、齿轮、推杆、机架C.棘轮、蜗轮、棘爪、支架D.棘轮、凸轮、连杆、底座答案：A解析：棘轮机构的基本组成包括：带有齿形的棘轮、与主动件相连用于推动棘轮转动的驱动棘爪、防止棘轮反转的止回棘爪（也叫止动爪），以及支撑所有部件的机架，其余选项中的齿轮、蜗轮、凸轮都不属于棘轮机构的必要组成部分，因此本题选A。4.家用全自动洗衣机的滚筒在完成洗涤、脱水工序时，需要在不同转速下运转，其内部常用的调速机构是？A.带传动机构B.行星齿轮机构C.槽轮机构D.不完全齿轮机构答案：B解析：行星齿轮机构具有传动比范围大、结构紧凑、承载能力强的特点，通过固定不同的中心轮、行星架作为输入输出端，可以灵活获得不同的传动比，满足洗衣机洗涤时低速、脱水时高速的转速切换需求；带传动传动比不准确，槽轮和不完全齿轮是间歇运动机构，无法实现连续的转速调节，因此本题选B。5.关于链传动的描述，下列说法正确的是？A.能在高温、潮湿、油污等恶劣环境下工作B.传动平稳性优于带传动，工作时无噪声C.安装和维护的要求比带传动更低D.过载时会发生打滑，起到过载保护作用答案：A解析：链传动是通过链条和链轮轮齿的啮合传递动力，属于啮合传动，不需要摩擦力，因此可以在高温、潮湿、有油污的恶劣环境中工作，不会出现打滑情况，平均传动比准确；但链条的多边形效应会导致传动平稳性差，工作时有冲击和噪声，安装时对中心距和张紧度的要求更高，过载时不会打滑，无法实现过载保护，因此只有A选项正确。6.当一对标准直齿圆柱齿轮正确啮合传动时，两齿轮的哪个参数必须完全相等？A.模数和齿形角B.齿数和齿宽C.分度圆直径D.齿顶圆直径答案：A解析：齿轮正确啮合的条件是：两个齿轮的模数相等，齿形角（压力角）也相等，只有满足这两个条件，轮齿才能正确进入啮合状态，平稳传递动力；齿数、齿宽、分度圆直径、齿顶圆直径可以不同，因此本题选A。7.下列机构中，属于间歇运动机构的是？A.蜗杆传动机构B.槽轮机构C.螺旋传动机构D.同步带传动机构答案：B解析：间歇运动机构的特点是主动件做连续运动时，从动件做周期性的停歇和运动，槽轮机构是典型的间歇运动机构，主动拨盘连续转动，带动槽轮做间歇转动；蜗杆传动、螺旋传动、同步带传动都属于连续运动传动机构，因此本题选B。8.关于蜗轮蜗杆机构的传动特点，下列说法错误的是？A.可以实现很大的传动比B.传动平稳，噪声小C.所有蜗轮蜗杆机构都具有自锁性D.传动效率较低，工作时发热量较大答案：C解析：蜗轮蜗杆机构单级传动比可达几十甚至上百，传动过程中轮齿啮合平稳，冲击和噪声极小；但由于啮合面相对滑动速度大，摩擦损耗多，传动效率低，工作时容易发热。只有当蜗杆的导程角小于啮合面的当量摩擦角时，机构才具有自锁性，并不是所有蜗轮蜗杆都有自锁功能，C选项说法错误。9.某机器人关节需要实现90度的精准间歇转动，每次转动角度误差不超过0.5度，下列机构中最合适的是？A.棘轮机构B.槽轮机构C.不完全齿轮机构D.曲柄摇杆机构答案：B解析：槽轮机构的槽轮转角由槽数和拨盘圆销数决定，当槽数为4时，单圆销拨盘每转一周，槽轮转动90度，转角精度高，冲击较小，适合小角度精准间歇传动；棘轮机构的转角可以调节，但存在棘爪滑入齿槽的空程，转角精度较低；不完全齿轮机构转角范围大，但启动和停止时冲击大，适合低速重载场合；曲柄摇杆机构是连续运动机构，无法实现精准间歇转动，因此本题选B。10.下列关于螺纹传动的描述，正确的是？A.普通三角螺纹的自锁性比梯形螺纹好B.梯形螺纹的传动效率比矩形螺纹高C.螺纹传动都只能将旋转运动转换为直线运动D.导程越大，螺纹的自锁性能越好答案：A解析：普通三角螺纹的牙型角大，啮合面摩擦力大，自锁性能好，常用于连接紧固；梯形螺纹和矩形螺纹是传动螺纹，牙型角小，传动效率高，其中矩形螺纹效率最高，但加工难度大。螺纹传动不仅可以将旋转运动转为直线运动，也可以在特定结构下将直线运动转为旋转运动，例如长丝杠快速轴向移动带动螺母转动。导程越大，相同螺纹升角越大，自锁性能越差，因此本题选A。11.步进电机的步距角是指？A.每输入一个电脉冲信号，电机转子转过的角度B.电机每秒钟转过的角度C.电机额定转速下每分钟转过的角度D.电机转子的最大偏转角度答案：A解析：步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移的执行元件，步距角是其核心参数，指的是控制系统每发出一个脉冲信号，步进电机转子所转过的固定角度，步距角的大小由电机的相数、转子齿数和通电方式决定，因此本题选A。12.下列传感器中，能够检测机器人是否接触到障碍物的是？A.超声波传感器B.光电编码器C.触觉传感器D.红外测距传感器答案：C解析：触觉传感器是接触式检测元件，当机器人与障碍物发生接触时，触觉传感器会触发信号，反馈接触状态；超声波传感器、红外测距传感器都是非接触式测距传感器，用于检测与障碍物的距离，不需要接触；光电编码器用于检测电机的转速和转角，因此本题选C。13.关于直流减速电机的特点，下列说法正确的是？A.输出转矩小，转速高B.是将直流电机和减速机构集成在一起的组件C.不需要通电就可以转动D.转速不可调节答案：B解析：直流减速电机由普通直流电机和齿轮减速箱集成组成，减速箱的作用是降低输出转速，同时提升输出转矩，因此输出转矩大、转速低，需要通入直流电才能工作，可以通过调节输入电压的大小实现转速调节，因此B选项正确。14.下列材料中，最适合作为机器人结构件，同时兼顾强度和轻量化需求的是？A.铸铁B.铝合金C.普通碳素钢D.纯铜答案：B解析：铝合金的密度仅为钢铁的三分之一左右，同时具有较高的比强度（强度与密度的比值），加工性能好，耐腐蚀，能够在保证结构强度的同时大幅降低机器人整体重量，满足轻量化需求；铸铁和普通碳素钢强度高但重量大，纯铜密度大、强度低，不适合作为结构件，因此本题选B。15.某机器人的移动机构需要在光滑的玻璃表面移动，并且不会留下划痕，下列哪种轮子最合适？A.金属齿轮B.橡胶吸盘轮C.尼龙齿轮D.钢制滚轮答案：B解析：橡胶吸盘轮材质柔软，不会划伤玻璃表面，同时吸盘结构可以产生吸附力，保证在光滑玻璃表面移动时不会打滑；金属齿轮、钢制滚轮硬度高，容易划伤玻璃，且光滑表面摩擦力不足容易打滑；尼龙齿轮虽然硬度较低，但没有吸附能力，光滑表面移动时稳定性差，因此本题选B。16.下列关于并联机器人的描述，错误的是？A.结构刚度大，承载能力强B.运动精度高，累计误差小C.工作空间比串联机器人大D.末端执行器运动速度快答案：C解析：并联机器人由多个独立的运动支链连接机架和末端执行器，结构刚度大，载荷由多个支链共同承担，承载能力强；各支链的误差可以相互抵消，累计误差小，运动精度高；驱动装置可以安装在机架位置，运动惯量小，末端执行器响应速度快。但受限于支链的长度和运动范围，并联机器人的工作空间通常比串联机器人小，C选项说法错误。17.工业机器人常用的六轴关节中，负责末端执行器绕自身轴线旋转的是？A.腰关节B.肩关节C.腕关节D.末端法兰旋转轴答案：D解析：六轴工业机器人的轴1（腰关节）负责机身整体回转，轴2（肩关节）负责大臂上下摆动，轴3（肘关节）负责小臂摆动，轴4、5、6属于腕部关节，其中轴6就是末端法兰的旋转轴，负责带动末端执行器绕自身轴线做360度旋转，因此本题选D。18.下列关于PID控制算法的描述，正确的是？A.P代表积分环节，用于消除系统稳态误差B.I代表比例环节，用于快速响应偏差C.D代表微分环节，用于抑制系统振荡D.PID控制只能用于温度控制场景答案：C解析：PID控制中，P是比例环节，作用是按比例放大系统偏差，快速响应偏差；I是积分环节，作用是对偏差进行累计积分，消除系统的稳态误差；D是微分环节，作用是反映偏差的变化趋势，提前产生校正作用，抑制系统振荡，提升动态稳定性。PID控制应用场景非常广泛，包括电机调速、位置控制、温度控制、压力控制等多个领域，因此只有C选项正确。19.我们常用的Arduino控制板的数字输入输出引脚，输出高电平的电压通常是？A.1.5VB.3.3VC.5VD.12V答案：C解析：标准ArduinoUno、Nano等常用控制板的工作电压为5V，数字引脚输出高电平时的电压为5V，低电平为0V；部分低功耗版本的Arduino控制板使用3.3V工作电压，输出高电平为3.3V，但通用主流型号的输出高电平为5V，因此本题选C。20.下列电路元件中，能够起到限流作用，保护发光二极管不被烧毁的是？A.电阻B.电容C.电感D.二极管答案：A解析：发光二极管的正常工作电流通常在几毫安到几十毫安之间，直接接在电源两端会因为电流过大烧毁，因此需要串联合适阻值的电阻，限制电路中的电流在LED的额定工作电流范围内；电容的作用是储能、滤波，电感用于滤波、储能，二极管用于单向导电，都不能起到限流保护LED的作用，因此本题选A。21.我们在搭建机器人结构时，常用到的M3螺丝，其中“3”代表的是？A.螺丝的长度是3mmB.螺丝的螺纹公称直径是3mmC.螺丝的头部直径是3mmD.螺丝的螺距是3mm答案：B解析：螺丝型号中的M代表公制螺纹，后面的数字代表螺纹的公称直径，M3即表示螺丝的螺纹部分最大直径为3mm；螺丝的长度是型号中另一个参数，例如M3×10代表螺纹直径3mm，螺丝长度10mm；螺距是相邻螺纹牙之间的距离，M3的标准螺距是0.5mm，因此本题选B。22.下列关于3D打印技术的描述，错误的是？A.可以快速制造复杂结构的零件B.FDM（熔融沉积成型）技术常用的耗材是PLA、ABS塑料C.3D打印的零件强度都比金属切削加工的零件高D.3D打印属于增材制造，材料利用率高答案：C解析：3D打印是增材制造技术，通过逐层堆积材料成型，可以制造传统切削加工难以实现的复杂异形结构，材料利用率远高于减材加工。FDM是最常用的桌面级3D打印技术，耗材以PLA、ABS等热塑性塑料为主。但3D打印的零件受成型工艺和材料限制，层与层之间的结合强度较低，整体强度通常低于同材料的切削加工零件，尤其是金属3D打印零件的致密度和强度也很难超过锻压、切削加工的金属零件，C选项说法错误。23.机器人在执行搬运任务时，需要检测抓取的物体重量是否符合要求，应选用下列哪种传感器？A.压力传感器B.温湿度传感器C.颜色传感器D.霍尔传感器答案：A解析：压力传感器可以检测受力大小，将其安装在机器人夹爪的内侧或搬运平台下方，就可以通过检测物体施加的压力换算出重量，判断是否符合要求；温湿度传感器用于检测环境温度和湿度，颜色传感器用于识别物体颜色，霍尔传感器用于检测磁场和转速，因此本题选A。24.下列关于齿轮齿条传动的描述，正确的是？A.只能将齿轮的旋转运动转换为齿条的直线运动B.传动精度高，适合长距离传动C.传动过程中不存在backlash（backlash）D.齿条移动的速度与齿轮的齿数无关答案：B解析：齿轮齿条传动既可以将齿轮的旋转运动转为齿条的直线运动，也可以将齿条的直线运动转为齿轮的旋转运动；轮齿啮合传动精度高，通过拼接齿条可以实现长距离的直线传动，在机床、桁架机器人中应用广泛；由于加工和装配误差，齿轮齿条传动通常存在侧隙，需要通过消隙结构消除；齿条移动速度v=π×模数×齿数×转速，因此和齿轮的齿数直接相关，因此本题选B。25.某履带式机器人需要在松软的沙地中行驶，提升通行能力的最优措施是？A.增加履带的宽度B.减小履带的长度C.增加机器人的总重量D.使用更光滑的履带表面答案：A解析：松软沙地的承载力低，履带机器人的接地压力越小，越不容易下陷，通行能力越强。增加履带宽度可以增大接地面积，在重量不变的情况下降低接地比压，减少下陷；减小履带长度会降低接地面积，增加接地比压；增加机器人总重量也会增大接地压力，加剧下陷；光滑的履带表面会降低抓地力，容易打滑，因此本题选A。26.下列机构中，能够实现将连续旋转运动转换为间歇直线运动的是？A.凸轮推杆机构B.曲柄摇杆机构C.行星齿轮机构D.蜗轮蜗杆机构答案：A解析：凸轮推杆机构中，凸轮做连续旋转运动，当凸轮的轮廓升程段与推杆接触时，推杆做直线运动，当凸轮的基圆段与推杆接触时，推杆保持静止，因此可以实现间歇直线运动；曲柄摇杆机构的输出是摇杆的往复摆动；行星齿轮机构输出是连续旋转运动；蜗轮蜗杆机构输出也是连续旋转运动，因此本题选A。27.我们使用面包板搭建电路时，下列说法错误的是？A.面包板同一行的五个插孔是内部连通的B.面包板两侧的电源总线通常是纵向连通的C.面包板可以焊接元件，实现电路的永久固定D.面包板适合快速搭建原型电路，方便修改调试答案：C解析：面包板是无需焊接的电路原型搭建工具，同一行的5个插孔内部通过金属簧片连通，两侧的电源总线一般是纵向整列连通，不需要焊接就可以快速插拔元件搭建电路，修改调试非常方便。面包板没有焊接引脚，不能焊接元件，无法实现电路的永久固定，永久电路需要使用PCB电路板焊接，因此C选项说法错误。28.下列关于舵机的描述，正确的是？A.舵机只能实现0-180度的角度转动，无法连续旋转B.舵机内部包含电机、减速机构、位置反馈元件和控制电路C.舵机的转角大小由输入电压的大小决定D.舵机的输出转矩比同功率的普通直流电机小答案：B解析：舵机是伺服执行机构，内部集成了直流电机、齿轮减速箱、电位器（位置反馈元件）和控制电路板，通过闭环控制实现精准的角度定位；普通舵机通常是0-180度转动，但也有360度连续旋转的舵机；舵机的转角由输入的PWM信号的占空比决定，和输入电压大小无关；由于内部有减速机构，舵机的输出转矩远大于同功率的普通直流电机，因此本题选B。29.某机器人要实现自动循迹功能，沿着地面的黑色路线行驶，应选用下列哪种传感器阵列？A.灰度传感器B.超声波传感器C.红外避障传感器D.加速度传感器答案：A解析：灰度传感器可以检测不同颜色表面对光线的反射率差异，黑色路线的反射率远低于白色地面，通过多个灰度传感器组成的阵列，就可以检测机器人相对于黑色路线的偏移，实现循迹功能；超声波传感器用于测距避障，红外避障传感器用于检测前方障碍物，加速度传感器用于检测运动加速度和姿态，因此本题选A。30.下列关于机器人操作系统（ROS）的描述，错误的是？A.ROS是专门为机器人开发的开源操作系统框架B.ROS具有点对点通信、多语言支持、工具包丰富的特点C.ROS只能运行在Linux系统上，不能在Windows系统运行D.ROS可以实现机器人的导航、路径规划、视觉识别等功能答案：C解析：ROS（RobotOperatingSystem）是开源的机器人软件开发框架，提供了硬件抽象、设备驱动、函数库、可视化工具、消息传递、包管理等功能，支持C++、Python等多种编程语言，拥有丰富的功能包，可以实现导航、路径规划、机器视觉等常用机器人功能。早期ROS版本仅支持Linux系统，但ROS2版本已经实现了对Windows、macOS等系统的支持，C选项说法错误。二、多项选择题（共10题，每题3分，共30分）1.下列属于平面连杆机构特点的是？A.低副接触，承载能力强，耐磨损B.可以实现复杂的运动规律和运动轨迹C.设计简单，容易精确实现任意复杂的运动D.运动副间隙容易产生积累误差，传动精度较低答案：ABD解析：平面连杆机构的运动副都是面接触的低副，接触应力小，承载能力强，耐磨损；通过合理设计杆长和铰接点位置，可以实现多种运动规律和运动轨迹；但连杆机构的设计计算复杂，很难精确实现任意复杂的运动规律，且运动副之间存在间隙，长期使用后会产生积累误差，传动精度较低，因此C选项错误，ABD正确。2.下列传动机构中，平均传动比准确的是？A.V带传动B.同步带传动C.链传动D.齿轮传动答案：BCD解析：V带传动是摩擦传动，传动过程中容易出现弹性滑动和打滑，瞬时传动比和平均传动比都不准确；同步带传动通过带齿和带轮齿的啮合传动，没有滑动，平均传动比准确；链传动是啮合传动，平均传动比准确，但瞬时传动比不稳定；齿轮传动是啮合传动，瞬时和平均传动比都准确，因此本题选BCD。3.下列属于直流电机调速方式的是？A.改变电枢电压B.改变励磁磁通C.改变电枢回路电阻D.改变输入电流的频率答案：ABC解析：直流电机的转速公式为n=(U-IaRa)/(CeΦ)，其中U是电枢电压，Ra是电枢电阻，Φ是励磁磁通，因此改变电枢电压、改变励磁磁通、在电枢回路串联电阻改变总电阻，都可以实现直流电机的转速调节；改变输入电流频率是交流异步电机的调速方式，不适用于直流电机，因此本题选ABC。4.机器人常用的电源中，属于充电电池的是？A.铅酸蓄电池B.锂聚合物电池C.干电池D.镍氢电池答案：ABD解析：铅酸蓄电池、锂聚合物电池、镍氢电池都属于二次电池，可以反复充放电循环使用，是机器人常用的供电电源；干电池属于一次电池，电量耗尽后无法充电，不适合作为机器人的常用电源，因此本题选ABD。5.下列传感器中，属于非接触式检测的是？A.激光测距传感器B.压电式触觉传感器C.红外测温传感器D.接触式行程开关答案：AC解析：激光测距传感器通过发射和接收激光脉冲检测距离，不需要接触被测物体；红外测温传感器通过接收物体发出的红外辐射测量温度，也不需要接触；压电式触觉传感器和接触式行程开关都需要与被测物体接触才能触发信号，属于接触式检测，因此本题选AC。6.工业机器人的性能参数中，下列属于核心参数的是？A.重复定位精度B.最大负载C.工作空间范围D.外壳颜色答案：ABC解析：工业机器人的核心性能参数包括重复定位精度（反映定位的准确性和一致性）、最大负载（反映承载能力）、工作空间范围（反映可作业的区域大小）、最大运动速度等，外壳颜色属于外观参数，不影响机器人的作业性能，因此本题选ABC。7.下列关于滑动轴承和滚动轴承的描述，正确的是？A.滚动轴承的摩擦阻力小，启动灵敏B.滑动轴承适合高速、重载、高精度的应用场景C.滚动轴承的使用寿命比滑动轴承更长D.滑动轴承工作时噪声更小，运转平稳答案：ABD解析：滚动轴承依靠滚动体的滚动实现支撑，摩擦阻力小，启动转矩小，灵敏度高；滑动轴承是面接触，承载能力强，运转平稳，噪声小，通过液体润滑可以实现极高的转速和很高的回转精度，适合高速、重载、高精度的场合；滚动轴承的滚动体和滚道容易出现接触疲劳，在重载、高速场景下使用寿命通常低于润滑良好的滑动轴承，因此C选项错误，ABD正确。8.搭建机器人结构时，提升结构刚性的措施包括？A.增加结构件的壁厚B.在受力较大的位置增加加强筋C.更换强度更高的材料D.增加连接点的数量，减少悬臂长度答案：ABCD解析：增加结构件壁厚可以增大截面惯性矩，提升抗变形能力；加强筋可以在不增加过多重量的前提下大幅提升结构刚性；更换强度更高、弹性模量更大的材料，在相同受力下变形更小；增加连接点数量、减少悬臂长度可以降低结构的弯矩，减少变形，以上措施都可以有效提升结构刚性，因此本题全选。9.下列关于可编程逻辑控制器（PLC）的描述，正确的是？A.PLC专门为工业环境下的应用设计，抗干扰能力强B.PLC只能实现逻辑控制，无法实现模拟量控制C.PLC采用循环扫描的工作方式D.PLC的编程语言只有梯形图一种答案：AC解析：PLC是专为工业现场设计的控制器，采用了硬件滤波、光电隔离等多种抗干扰设计，可靠性高，适合恶劣工业环境；PLC不仅可以处理开关量逻辑控制，也可以处理模拟量输入输出，实现温度、压力、流量等过程控制；PLC的基本工作方式是循环扫描，分为输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段；PLC的编程语言包括梯形图、指令表、功能块图、结构化文本等多种，因此BD选项错误，AC正确。10.下列属于机器视觉系统组成部分的是？A.工业相机B.镜头C.光源D.图像处理单元答案：ABCD解析：机器视觉系统的基本组成包括：光源，用于照亮被测物体，突出特征；镜头，用于成像，将被测物体的特征投射到相机传感器上；工业相机，用于采集图像，将光信号转换为电信号；图像处理单元（包括硬件和软件），用于对采集的图像进行处理、分析，提取特征并输出判断结果，因此本题全选。三、判断题（共10题，每题1分，共10分）1.曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件时，机构一定会出现死点位置。答案：正确解析：死点位置是指机构的传动角为0度，主动件的作用力通过从动件的回转中心，无法推动从动件运动的位置。曲柄摇杆机构中，摇杆为主动件时，当连杆和曲柄共线时，就会出现死点位置，此时摇杆的作用力无法带动曲柄转动，因此该说法正确。2.带传动的传动比不准确，是因为传动时会发生打滑现象。答案：错误解析：带传动传动比不准确的主要原因是弹性滑动，带是弹性体，受力时会产生弹性变形，导致带的速度和带轮的速度不同步，这是不可避免的正常现象；打滑是过载时带和带轮之间发生的全面滑动，是失效形式，不是传动比不准确的主要原因，因此该说法错误。3.