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2025年机器人三级试题及答案

一、理论知识题（共40分）

（一）单项选择题（每题2分，共10题，20分）

1.以下哪种传感器常用于检测机器人与障碍物之间的精确距离？

A.光敏电阻

B.红外避障传感器

C.超声波传感器

D.温度传感器

2.步进电机与伺服电机的主要区别在于：

A.步进电机无反馈，伺服电机有反馈

B.步进电机功率更大

C.伺服电机只能单向旋转

D.步进电机响应速度更快

3.在机器人路径规划中，A算法的核心是：

A.优先探索距离起点近的节点

B.结合启发式函数估计目标距离

C.仅依赖全局地图信息

D.适用于动态障碍物环境

4.以下哪种通信协议常用于机器人内部传感器与主控板的短距离高速数据传输？

A.RS-232

B.I2C

C.蓝牙

D.4G

5.机器人关节自由度指的是：

A.关节可旋转的最大角度

B.关节能实现的独立运动方向数量

C.关节的最大负载能力

D.关节的驱动电机类型

6.若需要机器人识别红色物体，应优先选择以下哪种传感器组合？

A.超声波传感器+温湿度传感器

B.颜色传感器+摄像头

C.陀螺仪+加速度计

D.激光雷达+红外测距仪

7.以下关于PID控制的描述，错误的是：

A.P（比例）环节用于减少稳态误差

B.I（积分）环节用于消除稳态误差

C.D（微分）环节用于抑制超调

D.PID参数需根据实际系统调试优化

8.轮式机器人的差速转向是通过控制：

A.左右轮转速差实现转向

B.前轮转向角度

C.后轮驱动方向

D.四轮同时反向旋转

9.以下哪种执行器适合需要高精度位置控制的机器人关节？

A.直流电机

B.舵机

C.步进电机

D.液压推杆

10.机器人坐标系中，基坐标系通常固定在：

A.机器人末端执行器

B.机器人底座

C.环境中的固定物体

D.移动平台的重心

（二）判断题（每题1分，共10题，10分）

1.激光雷达（LiDAR）通过发射并接收激光脉冲来构建环境地图。（）

2.机器人的自由度越多，其运动灵活性一定越强。（）

3.红外传感器易受环境光干扰，超声波传感器不受光线影响。（）

4.蓝牙通信的传输距离比Wi-Fi更远。（）

5.伺服电机的闭环控制依赖编码器反馈位置信息。（）

6.机器人路径规划中的“避障”仅需考虑静态障碍物。（）

7.舵机的控制信号通常为PWM（脉冲宽度调制）信号。（）

8.惯性测量单元（IMU）可同时检测加速度和角速度。（）

9.机器人的“正运动学”是根据关节角度计算末端位置，“逆运动学”是根据末端位置求解关节角度。（）

10.为降低机器人能耗，应尽可能选择高功率密度的驱动电机。（）

（三）简答题（每题5分，共2题，10分）

1.简述机器人使用多传感器融合的意义，并举例说明两种常用融合方法。

2.说明轮式机器人“打滑”对定位精度的影响，并提出两种解决方案。

二、编程操作题（共30分）

任务描述：设计一个基于Arduino的巡线避障机器人，要求实现以下功能：

（1）沿黑色引导线（宽度3cm，铺设在白色地面）直线行驶；

（2）当检测到前方50cm内有障碍物时，停止并发出蜂鸣器警报；

（3）障碍物移除后，继续巡线行驶。

硬件配置：ArduinoUNO主板、L298N电机驱动模块、双轮直流电机（带编码器）、TCRT5000红外巡线传感器（2个，左右对称安装）、HC-SR04超声波传感器（1个，前方安装）、有源蜂鸣器（1个）。

要求：写出完整的Arduino代码（需包含注释），并说明关键模块的参数设置逻辑。

三、综合应用题（共30分）

任务背景：某社区需设计一款智能垃圾分类机器人，用于小区公共区域的垃圾自动分类投放。机器人需完成以下流程：

（1）自主移动至垃圾桶区域（垃圾桶分为可回收、厨余、有害、其他四类，位置固定）；

（2）识别用户投放的垃圾类型（支持塑料瓶、果皮、电池、纸巾四类）；

（3）将垃圾投放至对应垃圾桶；

（4）具备低电量自动返回充电桩充电功能。

设计要求：

（1）机械结构：需包含移动平台、垃圾抓取装置、垃圾暂存仓；

（2）传感器系统：需覆盖定位、环境感知、目标识别；

（3）控制逻辑：需包含路径规划、目标检测、动作执行、电量管理；

（4）写出具体设计方案（包含硬件选型、软件流程、关键技术点）。

答案

一