全国青少年机器人技术等级考试标准

--全国青少年机器人技等级考试标准V2.5（月第三修订）中国电子学会普及工员会中国电子学会标准认与应用推广中心全国少年电子信科普新联盟国家教育信息化产业术创新战略联盟2016年11月-----说

明本标准由中国电子学标准认证与应用推广中心制定。V1版本由中国电子学会训认证科普部开发；本由全国青少年电子信息科普创新盟标准工作组开发，由中国电子学会普及工作委员会审核通，适用于由中国电子学会举办的全国青少年机器人技术等级试，由经授权的全国青少年电子信息科普创新教育基地、全青少年机器人技术等级考试中心承担招生和考试服务工作。本标准旨在激发和培青少年学习现代机器人技术的热情和兴趣，充分适应我青少年的认知心理和水平，从力学、机械原理、电子信息和件技术的入门实践出发，引导青少年建立工程化、系统化的辑思维，使青少年机器人技术等级考试更具科普性、趣味性实践性。本标准不以评价教学目的，考核内容不是按照学校要求设定，而是从制作机人所需要的技能和知识，以及国内机器人教育的普及情况而定，主要以实践应用能力为主。本标准由低到高分为级至六级。六级及以上与中国电子学会全国电子信息专技术资格认证（QCEIT）衔接，进入电子信息工程师序列。所有相关本标准的解权属于中国电子学会。-----标准工作组成员组长：杨晋副组长：晨、吴艳光工作专家（按拼音排明、蔡志伟、曹盛宏、陈

炜、陈愈容、范瑞峰、方

明、李

庚、李

曦、李作林、鲁润泽、罗泰然、施伟、王建军、王

俊、王海涛、王鹏军、王志军、尤立、余

翀、余文科外方专家（按字母排HermanYu,JesseFlot,PaulCopioli参与单位：北京大学（信息科学术学院）北京交通大学（电子息工程学院）北京航空航天大学（子信息工程学院）清华大学（电子工程）VEX创首国际Arduino龙湛（上海信息科技有限公司ARM安谋电子科技（海）有限公司Microsoft微软（中）有限公司北京泺喜教育科技有公司北京童喜同心教育科有限公司西安乐博士机器人有公司美科科技（北京）有公司中科直线（北京）科传播有限责任公司深圳盛思科教文化有公司-----一级标准科目：机器人搭建、器人常用知识形式：机器人搭建采实际操作的形式，机器人常用知识采用上机考试形式器材：结构件：能够足考试要求的结构件均可考核内容：(一实践基本结构认知知道六种简单机械原（杠杆，轮轴，滑轮，斜面，楔，螺旋）齿轮和齿轮比传动链机器人常用底盘(二知识了解主流的机器人影作品及机器人形象会分辨稳定结构和不定结构会计算齿轮组的变速例能够区分省力杠杆和力杠杆能够区分那种滑轮会力-----二级标准科目：机器人搭建、器人常用知识形式：机器人搭建采实际操作的形式，机器人常用知识采用上机考试形式器材：结构件：能够满足考要求的结构件均可电子部分：包含可控电源通断的电池盒及电机既可考核内容：(一实践使用电池盒类型的遥器控制电机运转能够连接独立的电池、开关以及电机完成凸轮、滑杆、棘、曲柄、连杆等特殊结构模型制作驱动电机完成一定任(二知识了解中国及世界机器领域的重要历史事件知道机器人领域重要科学家知道重要的机器人理及相关人物知道凸轮、滑杆、棘、曲柄等特殊结构在生活中的应用-----三级标准科目：机器人搭建（务式，编程语言和方式不限器人常用知识、电子电基础形式：机器人搭建和子电路基础采用实际操作的形式，机器人常用知识采用机考试形式器材及软件：结构件：能够满足考要求的结构件均可核心控制板：开源硬控制板，包含硬件的原理图、引导程序（如果含作系（如果含源的开发环境及源码。目前支持的控制板种及型号，请至官方网站查询。电子部分：与核心控板配套的电子元件或模块开发软件：能够完成源硬件控制板程序开发的免费软件即可。目前支持的软种类及版本，请至官方网站查询。考核内容：(一电子电路基础这部分实践操作主要面包板上完成能够完成简单的串联并联电路能够搭建简单的环境态检测感应器-----3.能够通过可调电阻制LED的亮度变化或控制电机速度变化(二语言程序设计能够编写简单的顺序构程序完成简单的选择结构有一个if或一个if/else）3.能够进行数学运算比较能够简单应用图形化程软件实现数字量输入、输实现模拟量输入、输(三机器人搭建这部分实践操作主要搭建能够完成指定任务的机构，与语言程序设计中的内有部分交叉基本传感器应用能够进行数学运算和较灵活应用控制器IO实现数字量输出控制机器人平台移动实现简单的自律型机人制作（比如简单避障、单线条巡线）能够编写简单的顺序构程序完成简单的选择结构有一个if或一个if/else）(四知识1.知道电力、电流、压、电阻、导体、半导体等概念-----知道串联、并联的概知道模拟量、数字量IO口入输出等概念4.了解自律型机器人行动方式知道细分领域的机器理论及相关人物知道LED这种半导体件是单向导电的7、了解气动原理和关器件-----四级标准科目：机器人搭建（务式，编程语言和方式不限器人常用知识形式：机器人搭建采实际操作的形式，机器人常用知识采用上机考试形式器材及软件：结构件：能够满足考要求的结构件均可核心控制板：开源硬控制板，包含硬件的原理图、引导程序（如果含作系（如果含源的开发环境及源码。目前支持的控制板种及型号，请至官方网站查询。电子部分：与核心控板配套的电子元件或模块开发软件：能够完成源硬件控制板程序开发的免费软件即可。目前支持的软种类及版本，请至官方网站查询。考核内容：(一机器人搭建高级传感器认知和应能够通过总线或串行并行接口获取传感器的采集值-----能够将数据保存在掉后也不丢失的位置能够完成十字路口的线动作能够完成走迷宫操作会使用智能电机、步电机、伺服电机等器件完成特定的功能。能够使用高端遥控器制模型。(二语言程序设计实现伺服电机控制for循环while、do-while环switch选择UART串行通信IIC串行通信数组(三知识1.了解中国及世界机人领域的知名产品重大工程项目。2.了解高级传感器的现原理了解计算机组成部分知道ROMRAMFlashEEPROM种存储器之间的不同。5.知道不同串行通信议之间的区别-----五级标准科目：机器人搭建（务式，编程语言和方式不限器人常用知识形式：机器人搭建采实际操作的形式，机器人常用知识采用上机考试形式器材及软件：结构件：能够满足考要求的结构件均可核心控制板：开源硬控制板，包含硬件的原理图、引导程序（如果含作系（如果含源的开发环境及源码。目前支持的控制板种及型号，请至官方网站查询。电子部分：与核心控板配套的电子元件或模块，包含无线通信模块开发软件：能够完成源硬件控制板程序开发的开源软件即可。目前支持的软种类及版本，请至官方网站查询。考核内容：(一机器人搭建1.组网通信应用，能通过无线通信模块ZigBee、蓝牙、WiFi等）将多个分散主体统一规划完成一定特殊任务。-----2.能够利用广域网络现智能家居及远程遥控等基于物联网的机器人应用。(二语言程序设计二维数组SPI通信函数类库导入对象(三知识了解不同处理器之间差别知道不同无线传输方的差别了解短波、中波、长通信知道C++言的特点结构材料中强度和稳的概念功率计算、电源容量算-----六级标准科目：机器人搭建（务式，编程语言和方式不限器人常用知识、语言程设计（Arduino、Python、C++三选一）形式：机器人搭建采实际操作的形式，机器人常用知识和语言程序设计采用机考试形式器材及软件：结构件：能够满足考要求的结构件均可核心控制板：开源硬控制板，包含硬件的原理图、引导程序（如果含作系（如果含源的开发环境及源码。目前支持的控制板种及型号，请至官方网站查询。电子部分：与核心控板配套的电子元件或模块，包含无线通信模块开发软件：能够完成源硬件控制板程序开发的开源软件即可。目前支持的软种类及版本，请至官方网站查询。考核内容：(一机器人搭建大型复杂机器人，注人工智能通过视觉识别、机器习、动态平衡算法等技能实现复-----杂、智能、动态型机人创新作品(二语言程序设计类库设计继承多态(三知识1.了解不同的拓扑结以及一些常用的信号处理方式2.了解多种编程语言形式和特点嵌入式系统的概念常用嵌入式处理器常用嵌入式系统软件操作系统原理知道进行语音处理的要公司了解常见的机器人操系统控制理论和PID控制全国青少年机器人技等级考试官方网站（）全国青少年机器人技等级考试服务网站-----全国青少年机器人技等级考试试卷（二级）一、实操模型样例（分）评分标准：（1）

模型框架（15分a.框架零件的位置分）b.螺丝的固定程度分）c.框架整体协调性分）（2）

动力传递和表现形式分减小摩擦力的装置（）传动部件和表现部件位置（5分）c.传递和表现的准性（分）（3）

模型整体（20分模型整体完整性（）外形美观（分）模型整体动作顺利流（5）（4）

时间a.在规定时间内完分扣-----分）二、简答题（30分）1.请在下面写出该模的用途（分答案：该模型叫做舂机，它的作用是将稻谷的外壳去掉。2.请下面写出该模型蕴含的知识点（请同学分条作答，20）答案：皮带传递动力：皮带以远距离传递动力；在传递动力过程中会有能量的失轮相比传递动力不够精准）减速装置：电机上的滑轮与轴上的大滑轮通过皮带连接构成了一个减速置，减速装置可以获得更大的动力分）凸轮装置：由两个大轮和一个长螺丝构成了一个凸轮装置，它的作用是得舂米机的舂头可以上下移动）全国青少年机器人等考试一二级内容概述-----一、力的认知.......................................181.1力的介绍....................................181.2重力........................................1.3摩擦力......................................181.4.惯性........................................二、简单机械.......................................192.1杠杆........................................2.2滑轮........................................2.3功和功率....................................三、特殊的结构.....................................3.1凸轮装置....................................3.1.1定义...................................3.1.2组成...................................3.1.3分类...................................3.1.4运动规律...............................3.1.5从动件常见运..........................3.1.6.特点...................................3.2曲柄........................................3.3棘轮.........................................3.3.1定义....................................3.3.2组成....................................3.3.3工作原理...............................3.3.4分类....................................3.3.5作用....................................3.4滑杆........................................3.5连杆装置....................................四、机器人通识.....................................4.1机器人的发展................................4.2机器人现代发展..............................4.3机器人基本组成..............................4.4工业机器人特点..............................4.5机器人相关电影..............................

21212121272729303033343636-----一、力的认知1.1力的介绍符号：单位：牛顿N力的效果：可以改变体的运动状态或改变物体的形态。力的三要素：大小、向以及作用点1.2重力定义：重力是我们生中无时无刻都存在的一种力，是由于地球的吸引而受到力符号：重心：地球吸引物体每一个部分，但是对于整个物体，重力作用的表现就好它作用在物体的一个点上，这个点就是物体的重心。质地均外形规则的物体的中心，很容易确定大小：G=mg重力量重力加速度g=9.8N/Kg1.3摩擦力定义：两个相互接触物体，当它们发生相对运动或者具有相对运动趋势时在接面上会产生一种阻碍相对运动的力，这种力叫做摩擦力。影响因素：接触面所的压力，接触面的粗糙程度。方向：阻碍相对运动者相对运动趋势。分类：静摩擦，滑动擦，滚动摩擦静摩擦力

三种摩擦力的区别滑动摩擦力

滚动摩擦力力产生的

1.两物体进行直接接触、挤压2.接触面粗糙3.两物体相对静止

两物体进行直接接触、挤压产生相对运动

1.物体在平面上进行滚动（每个点都与平面接触质是静-----条4.相对运动趋件（平行施力又有让物体真正动起来）摩擦力总是相反于

摩擦只因物体的几何属性是球体表面力的方

运动趋势用平衡法来判断以是阻擦力相反于运动趋擦力相反于运力，也可以是动力。势动趋势向（走路是利用静擦力）力的大小

重力与表面的粗糙程度F=u·N利用受力平衡计算F是摩擦力u是摩擦因素N是压力

滑动摩擦力的1/60～1/401.4.惯性定义：物体保持静状态或匀速直线运动状态的性质，称为惯性。惯性是物体一种固有属性二、简单机械2.1杠杆定义：能绕某一固定转动的杆杠杆原理公式是由阿米德总结的。阿基米德曾经说过，我一个支点，我能翘起整个地球。利用的就是杠杆原理（结合力的三要素扩）三要素：动力点，支，阻力点。平衡条件力阻力=动力动力臂FL（为动力）1122L

L---板板--F

1

L

1

L

2

F2分类条件矩

活动距离(红线部分)

生活实例省力杠杆

LF费距离1212

瓶起螺丝子刀费力杠杆等臂杠杆

LF省距离鱼竿筷子1212跷跷LF不费不省天平1212生活中的杠杆看需求有时使用费力杠杆，为了省距离。2.2滑轮定滑轮：轴的位置固不变的滑轮动滑轮：轴的位置随被拉物体一起运动的滑轮。滑轮分类

力大小

方向

距离

本质-----定滑轮

不变

改变

距离不变

等臂杠杆力减小一费距离二动滑轮不半倍

省力杠杆滑轮组：由多个动滑和定滑轮组成的机构。2.3功和功率功的定义：一个力作在物体上，物体在这个力的方向移动了一段距离，这力的作用就显示出成效，力学里就说这个力做了功。功包含两个必要因素一个是作用在物体上的力，一个是物体在这个力的方向移动的距离。大小：功=力力的方上移动的距离W=Fs单位：焦耳符号：1J=1N*m三、特殊的结构3.1凸轮装置3.1.1定义凸轮机构是由凸轮，动件和机架三个基本构件组成的高副机构注1：高副机构（简高副机械工程中，指的是机构的两构件通过点或线接触而构成的运动副。例如齿轮副和凸轮副注2：低副机构（低）：通过面的接触而构成的运动副3.1.2组成凸轮个具有曲线轮廓或凹槽的构件一般为主动件。等速回转运动（匀速圆周运动）从动件-----凸轮从动件：传递动力和现预定的运动规律的构件，一般作连续或间歇性的往复直运动或摆动。从动件上升的最大距离叫做升程。机架：框架结构。3.1.3分类（）按凸轮不同：盘形凸轮：最基本的式，结构简单，应用最为广泛。移动凸轮：凸轮相对架做直线移动。圆柱凸轮：属于空间轮机构。（）按从动件不同a.形状不同：尖顶从动件：基本形优点：能与任意复杂凸轮轮廓保持接触，从而使从动件实现任意的运动规律。缺点：尖端处极易磨，适用：传力不大的低机构。滚子从动件：-----优点：凸轮与从动件间为滚动摩擦，因此摩擦磨损较小，用于传递较大的动力应用较广。适用：中、低速机构平底从动件：优点：从动件与凸轮间易形成油膜，润滑状况好，受力平稳，传动效率高。缺点:与之相配合的轮轮廓须全部外凸。适用：高速场合。b.根据运动形式的不：直动从动件：从动件往复移动，其尖端的运动轨迹为一段直线。直动从动件又为两种。对心直动从动件：尖或滚子中心的轨迹通过凸轮的轴心。偏置直动从动件：尖或滚子中心的轨迹不通过凸轮的轴-----心。摆动从动件：从动件往复摆动，其尖端的运动轨迹为一段圆弧。（）按高副接触方不同a、力锁合：重力锁合依重力从动件恢复原来的状态的锁合方式。-----弹力锁合依靠弹力从动件恢复原来的状态的锁合方式。几何锁合1．槽凸轮机构：槽侧面的法向距离等于滚子直径。-----主回凸轮机构(共轭轮机构一个凸轮推动从动件完等径凸轮机构：两滚中心间的距离始终保持不变。4.等宽凸轮机构：凸廓线上任意两条平行切线间的距离都等于框架内侧的宽。-----3.1.4运动规律凸轮的转速决定从动运动的快慢。凸轮的外廓形状决定动件的运动规律。（凸轮的外廓形状取于从动件的运动规律，只要根据从动件的运动规律来设凸轮的轮廓曲线就可以了3.只要做出适当的凸轮廓，就能使从动杆得到任意预定的运动规律。3.1.5从动件常见运(1)速运动：特点：行程始末速度突变，加速度理论上由零变为无穷大，从而使从动件产巨大的惯性力，机构受到强烈冲击，存在刚性冲击。适应场合：低速轻载-----(2)加等减速运动特点：行程始末和中，加速度突变，存在柔性冲击。适应场合：用于中速载。(3)弦加速运动（谐运动）适应场合：用于中、速轻载。当从动件作无停歇连续运动时，可用于高速。-----(4)弦加速运动（线运动）特点：无刚、柔性冲适用场合：用于高速3.1.6.特点（）优点：结构简、紧凑、设计方便；可以实现任意预定的动规律；动作准确可靠。（缺点：高副接（点或线）压力较大，点、线接触易磨损；维修困难；凸轮轮廓加工困难，用较高；行程较短3.2曲柄曲柄滑块结构-----2.曲柄连杆机构组成:机体组、活塞杆组和曲轴飞轮组作用：将圆周回转运变为往复摆动，或者将往复摆动变为圆周回转运动。应用：发动机，自行，飞剪。3.3棘轮3.3.1定义由棘轮和棘爪组成的种单向间歇运动机构3.3.2组成棘轮摆杆止回棘爪：静止可靠防止棘轮反转驱动棘爪（主动棘爪3.3.3工作原理主动件空套在与棘轮连的从动轴上与驱动棘爪用转动副相联。当主动件时针方向摆动时，驱动棘爪便插入棘轮的齿槽中，使棘轮跟转过一定角度，此时，止回棘爪在棘轮的齿背上滑动。当主件逆时针方向转动时，止回棘爪阻止棘轮发生逆时针方向转而动棘爪却能够在棘轮齿背上滑过，所以，这时棘轮静止动。因此，当主动件作连续的往复摆动时，-----3.3.4分类按结构形式：齿式棘轮机构：优点：结构简单，制方便；动与停的时间比可通过选择合适的驱动机构实现缺点：动程只能作有调节；噪音、冲击和磨损较大，故不宜用于高速。摩擦式棘轮机构：优点：用偏心扇形楔代替齿式棘轮机构中的棘爪，以无齿摩擦代替棘轮。特是传动平稳、无噪音；动程可无级调节。缺点：靠摩擦力传动会出现打滑现象，虽然可起到安全保护作用，但是传动度不高。适用于低速轻载的场合。按啮合方式外啮合棘轮机构特点：加工、安装和修方便，应用较广。内啮合棘轮机构-----特点是结构紧凑，外尺寸小。按从动件运动形式。单动式棘轮机构：当动件按某一个方向摆动时，才能推动棘轮转动。双动式棘轮机构：在动摇杆向两个方向往复摆动的过程中，分别带动两个棘，两次推动棘轮转动。双动式棘轮机构常用载荷较大，棘轮尺寸受限，齿数较少，而主动摆杆的摆小于棘轮齿距的场合。以上介绍的棘轮机构只按一个方向作单向间歇运动。双向式棘轮机构：可过改变棘爪的摆动方向，实现棘轮两个方向的转动。图为两种双向式棘轮机构的形式，双向式棘轮机构必须采用对齿形。-----3.3.5作用棘轮机构将连续转动往复运动转换成单向步进运动。常应用于千斤顶，腰，自行车当中3.4滑杆运动方式为回转体作转运动，滑块从动，滑杆绕固定轴-----转动，并始终保持与块的共轴关系。应用：古代花轿，缝机，3.5连杆装置定义：由若干有确定对运动的构件用低副联接组成的机构。应用：足式机器人等四、机器人通识4.1机器人的发展机器人Robot）是动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产、建筑业，或是危险的工作。联合国标准化组织采了美国机器人协会给机器人下的定义可编程和功能的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可用电脑改变可编程动作的专门系统1910年捷克斯洛伐卡尔·恰佩克幻小说创造出“Robot”这个。1911年美国西屋气公司家用机器人它由电缆控制，可以行走，会说个，甚至可以抽烟，不过离真正干家务活还差得远但它人们对家用机器人的憧憬变得更加具体。1912年美国阿莫夫科幻小说提出“机器人三定律来成为学术默认的研发原则。1954年美国乔·德沃尔界上第一台可编程的机器人尤尼梅（即世界上第一台真正的机器人）1959年德沃尔和瑟夫·英格伯格第一台工业机器人世界上第一家机器制造工厂——Unimation公司于英格伯格对工业机器人的发和宣传，他也被称为“工业机器人之父“机器人三原则机器人不应伤害人类机器人应遵守人类的令，与第一条违背的命令除外；3.机器人应能保护自，与第一条相抵触者除外。-----这是给机器人赋予的理性纲领。机器人学术界一直将这三原则作为机器人开的准则。1966年斯坦福大人工智能研究中心谢克机器人（ShakeTheRobot）第一台移动机器人它被赋予了有限的观察和环境建模能力控制它的计算机要填满整个房间。1969年日机人专家森昌弘“恐怖谷理论”：形玩具或机器人的仿真度越高，超过95%人们越有好感，当超过一个临界点时，这种好感度会突然降低，越像人越反感惧，直至谷底，称之为恐怖谷。也许正因为如此，许机器人专家在制造机器人时，都尽量避免“机器人”外太过人格化，以求避免跌入“恐怖谷陷阱4.2机器人现代发展1.国际上的机器人球比赛分为两大系列RoboCUP机器人世界杯）和FIRA（型机器人世界杯足球比赛）（）机器人世界杯RoboCup）1992