全国青少年机器人技术等级考试标准

—1—全国青少年机器人技术等级考试标准V2.5（2016年11月第三次修订）中国电子学会普及工作委员会中国电子学会标准认证与应用推广中心全国青少年电子信息科普创新联盟国家教育信息化产业技术创新战略联盟2016年11月—2—说明本标准由中国电子学会标准认证与应用推广中心制定。V1版本由中国电子学会培训认证科普部开发；V2版本由全国青少年电子信息科普创新联盟标准工作组开发，由中国电子学会普及工作委员会审核通过，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考试，由经授权的全国青少年电子信息科普创新教育基地、全国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养青少年学习现代机器人技术的热情和兴趣，充分适应我国青少年的认知心理和水平，从力学、机械原理、电子信息和软件技术的入门实践出发，引导青少年建立工程化、系统化的逻辑思维，使青少年机器人技术等级考试更具科普性、趣味性和实践性。本标准不以评价教学为目的，考核内容不是按照学校要求设定，而是从制作机器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确定，主要以实践应用能力为主。本标准由低到高分为一级至六级。六级及以上与中国电子学会全国电子信息专业技术资格认证（QCEIT）衔接，进入电子信息工程师序列。所有相关本标准的解释权属于中国电子学会。—3—标准工作组成员组长：杨晋副组长：程晨、吴艳光工作专家（按拼音排序）：包明明、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、施宏伟、王建军、王俊、王海涛、王鹏军、王志军、尤单立、余翀、余文科外方专家（按字母排序）：HermanYu,JesseFlot,PaulCopioli参与单位：北京大学（信息科学技术学院）北京交通大学（电子信息工程学院）北京航空航天大学（电子信息工程学院）清华大学（电子工程系）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（上海）有限公司Microsoft微软（中国）有限公司北京泺喜教育科技有限公司北京童喜同心教育科技有限公司西安乐博士机器人有限公司美科科技（北京）有限公司中科直线（北京）科技传播有限责任公司深圳盛思科教文化有限公司—4—一级标准科目：机器人搭建、机器人常用知识形式：机器人搭建采用实际操作的形式，机器人常用知识采用上机考试形式器材：结构件：能够满足考试要求的结构件均可考核内容：(一)实践1.基本结构认知2.知道六种简单机械原理（杠杆，轮轴，滑轮，斜面，楔，螺旋）3.齿轮和齿轮比4.传动链5.机器人常用底盘(二)知识1.了解主流的机器人影视作品及机器人形象2.会分辨稳定结构和不稳定结构3.会计算齿轮组的变速比例4.能够区分省力杠杆和费力杠杆5.能够区分那种滑轮会省力—5—二级标准科目：机器人搭建、机器人常用知识形式：机器人搭建采用实际操作的形式，机器人常用知识采用上机考试形式器材：结构件：能够满足考试要求的结构件均可电子部分：包含可控制电源通断的电池盒及电机既可考核内容：(一)实践1.使用电池盒类型的遥控器控制电机运转2.能够连接独立的电池盒、开关以及电机3.完成凸轮、滑杆、棘轮、曲柄、连杆等特殊结构模型制作4.驱动电机完成一定任务(二)知识1.了解中国及世界机器人领域的重要历史事件2.知道机器人领域重要的科学家3.知道重要的机器人理论及相关人物4.知道凸轮、滑杆、棘轮、曲柄等特殊结构在生活中的应用—6—三级标准科目：机器人搭建（任务式，编程语言和方式不限）、机器人常用知识、电子电路基础形式：机器人搭建和电子电路基础采用实际操作的形式，机器人常用知识采用上机考试形式器材及软件：结构件：能够满足考试要求的结构件均可核心控制板：开源硬件控制板，包含硬件的原理图、引导程序（如果含）、操作系统（如果含）、开源的开发环境及源码。目前支持的控制板种类及型号，请至官方网站查询。电子部分：与核心控制板配套的电子元件或模块开发软件：能够完成开源硬件控制板程序开发的免费软件即可。目前支持的软件种类及版本，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在面包板上完成1.能够完成简单的串联、并联电路2.能够搭建简单的环境状态检测感应器3.能够通过可调电阻控制LED的亮度变化或控制电机速度变化—7—(二)语言程序设计1.能够编写简单的顺序结构程序2.完成简单的选择结构程序（只有一个if或一个if/else）3.能够进行数学运算和比较4.能够简单应用图形化编程软件5.实现数字量输入、输出6.实现模拟量输入、输出(三)机器人搭建这部分实践操作主要是搭建能够完成指定任务的机构，与语言程序设计中的内容有部分交叉1.基本传感器应用2.能够进行数学运算和比较3.灵活应用控制器IO口实现数字量输出4.控制机器人平台移动5.实现简单的自律型机器人制作（比如简单避障、单线条巡线）6.能够编写简单的顺序结构程序7.完成简单的选择结构程序（只有一个if或一个if/else）(四)知识1.知道电力、电流、电压、电阻、导体、半导体等概念2.知道串联、并联的概念3.知道模拟量、数字量、IO口输入输出等概念—8—4.了解自律型机器人的行动方式5.知道细分领域的机器人理论及相关人物6.知道LED这种半导体器件是单向导电的7、了解气动原理和相关器件—9—四级标准科目：机器人搭建（任务式，编程语言和方式不限）、机器人常用知识形式：机器人搭建采用实际操作的形式，机器人常用知识采用上机考试形式器材及软件：结构件：能够满足考试要求的结构件均可核心控制板：开源硬件控制板，包含硬件的原理图、引导程序（如果含）、操作系统（如果含）、开源的开发环境及源码。目前支持的控制板种类及型号，请至官方网站查询。电子部分：与核心控制板配套的电子元件或模块开发软件：能够完成开源硬件控制板程序开发的免费软件即可。目前支持的软件种类及版本，请至官方网站查询。考核内容：(一)机器人搭建1.高级传感器认知和应用2.能够通过总线或串行、并行接口获取传感器的采集值3.能够将数据保存在掉电后也不丢失的位置4.能够完成十字路口的巡线动作—10—5.能够完成走迷宫操作6.会使用智能电机、步进电机、伺服电机等器件完成特定的功能。7.能够使用高端遥控器控制模型。(二)语言程序设计1.实现伺服电机控制2.for循环3.while、do-while循环4.switch选择5.UART串行通信6.IIC串行通信7.数组(三)知识1.了解中国及世界机器人领域的知名产品，重大工程项目。2.了解高级传感器的实现原理3.了解计算机组成部分4.知道ROM、RAM、Flash、EEPROM多种存储器之间的不同。5.知道不同串行通信协议之间的区别—11—五级标准科目：机器人搭建（任务式，编程语言和方式不限）、机器人常用知识形式：机器人搭建采用实际操作的形式，机器人常用知识采用上机考试形式器材及软件：结构件：能够满足考试要求的结构件均可核心控制板：开源硬件控制板，包含硬件的原理图、引导程序（如果含）、操作系统（如果含）、开源的开发环境及源码。目前支持的控制板种类及型号，请至官方网站查询。电子部分：与核心控制板配套的电子元件或模块，包含无线通信模块开发软件：能够完成开源硬件控制板程序开发的开源软件即可。目前支持的软件种类及版本，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，能够通过无线通信模块（ZigBee、蓝牙、WiFi等）将多个分散的主体统一规划完成一定特殊任务。2.能够利用广域网络实现智能家居及远程遥控等基于物联网的机器人应用。—12—(二)语言程序设计1.二维数组2.SPI通信3.函数4.类库导入5.对象(三)知识1.了解不同处理器之间的差别2.知道不同无线传输方式的差别3.了解短波、中波、长波通信4.知道C++语言的特点5.结构材料中强度和稳定的概念6.功率计算、电源容量计算—13—六级标准科目：机器人搭建（任务式，编程语言和方式不限）、机器人常用知识、语言程序设计（Arduino、Python、C++三选一）形式：机器人搭建采用实际操作的形式，机器人常用知识和语言程序设计采用上机考试形式器材及软件：结构件：能够满足考试要求的结构件均可核心控制板：开源硬件控制板，包含硬件的原理图、引导程序（如果含）、操作系统（如果含）、开源的开发环境及源码。目前支持的控制板种类及型号，请至官方网站查询。电子部分：与核心控制板配套的电子元件或模块，包含无线通信模块开发软件：能够完成开源硬件控制板程序开发的开源软件即可。目前支持的软件种类及版本，请至官方网站查询。考核内容：(一)机器人搭建1.大型复杂机器人，注重人工智能2.通过视觉识别、机器学习、动态平衡算法等技能实现复杂、智能、动态型机器人创新作品(二)语言程序设计—14—1、类库设计2、继承3、多态(三)知识1.了解不同的拓扑结构以及一些常用的信号处理方式2.了解多种编程语言的形式和特点3.嵌入式系统的概念4.常用嵌入式处理器5.常用嵌入式系统软件6.操作系统原理7.知道进行语音处理的主要公司8.了解常见的机器人操作系统9.控制理论和PID控制全国青少年机器人技术等级考试官方网站kp.cie-info.org.cn（）全国青少年机器人技术等级考试服务网站—15—全国青少年机器人技术等级考试试卷（二级）一、实操模型样例（70分）评分标准：（1）模型框架（15分）a.框架零件的位置（7分）b.螺丝的固定程度（3分）c.框架整体协调性（5分）（2）动力传递和表现形式（20分）a.减小摩擦力的装置（5）b.传动部件和表现部件的位置（5分）c.传递和表现的准确性（5分）（3）模型整体（20分）a.模型整体完整性（5分）b.外形美观（5分）c.模型整体动作顺利流畅（5分）（4）时间a.在规定时间内完成，每超5分钟扣2分（10分）—16—二、简答题（30分）1.请在下面写出该模型的用途（10分）答案：该模型叫做舂米机，它的作用是将稻谷的外壳去掉。2.请下面写出该模型中蕴含的知识点（请同学分条作答，20分）答案：（1）皮带传递动力：皮带可以远距离传递动力；在传递动力过程中会有能量的损失；齿轮相比传递动力不够精准。（5分）（2）减速装置：电机上的小滑轮与轴上的大滑轮通过皮带连接构成了一个减速装置，减速装置可以获得更大的动力。（5分）（3）凸轮装置：由两个大齿轮和一个长螺丝构成了一个凸轮装置，它的作用是使得舂米机的舂头可以上下移动。（10分）—17—全国青少年机器人等级考试一二级内容概述一、力的认知.................................................................181.1力的介绍.............................................................181.2重力.................................................................181.3摩擦力................................................................181.4.惯性.................................................................19二、简单机械.................................................................202.1杠杆.................................................................202.2滑轮.................................................................212.3功和功率............................................