青少年机器人技术等级考试

青少年机器人技术等级考试面向青少年群体的年龄为8-18周岁，学级为小学2年级至高中3年级。各级别相关器材和要掌握的知识点如下。

一级机器人基本结构、认知和搭设能力

能够合理使用三角形、杠杆、齿轮、滑轮等搭设简单无动力结构，具备基本结构搭设的能力

知识点	掌握要求
机器人常识	了解主流的机器人影视作品及机器人形象
重心	理解重心的概念
楔和螺纹	理解楔和螺纹的基本特性
结构稳定性	掌握稳定结构和不稳定结构的特性
杠杆	理解杠杆原理五要素，掌握省力杠杆和费力杠杆
齿轮	了解齿轮的种类，理解齿轮传动的特性，掌握齿轮组变速比例的计算
滑轮	理解动滑轮、定滑轮、滑轮组的基本特性
链传动	理解链传动的基本特性

二级机器人驱动与传动系统、认知和搭设能力

能够合理使用直流电机、棘轮机构、连杆机构、凸轮机构等搭设动力驱动结构，具备复杂结构搭设能力

知识点	掌握要求
机器人常识	了解中国及世界机器人领域的重要历史事件及重要的科学家
直流电机	了解直流电机的基本工作原理，掌握通过电池盒控制直流电机完成旋转、往复动作
伯努利定理	了解伯努利定理在现实生活中示例的基本工作原理
摩擦力	理解摩擦力分类及摩擦力产生的基本条件
前驱和后驱	理解前驱和后驱的基本特性
棘轮机构	理解棘轮机构的基本工作原理，掌握结构中棘轮机构的合理应用
曲柄机构	理解曲柄机构的基本工作原理，掌握结构中曲柄机构的合理应用
皮带传动	理解皮带传动的基本工作原理，掌握结构中皮带传动的合理应用
凸轮机构	理解凸轮机构的基本工作原理，掌握结构中凸轮机构的合理应用
间歇运动机构	理解间歇运动机构的基本工作原理，掌握结构中间歇运动机构的合理应用

开源主控板是青少年机器人技术等级三、四级指定用主控板。
主控芯片采用ATmega328P芯片，输入输出引脚编号与Arduino开源UNO/NANO控制板一致的主控板。

三级机器人基础控制能力

基于图形化编程平台，应用顺序、循环、选择三种基本结构，通过编程实现简单交互装置，实现简单软硬部件协同，具备基础自动控制能力

知识点	掌握要求
机器人常识	了解机器人领域的相关理论、相关人物及前沿科技时事
主控板	了解开源主控板的基本性能
基本电路	理解串联电路、并联电路的基本特性，掌握串联电路、并联电路的搭设
导电材料	了解导体、半导体、绝缘体的基本特性及常用分类
欧姆定律	理解电流、电压、电阻的概念及三者间的相互关系
图形化编程平台使用	掌握图形化编程平台使用，能够进行程序的编写、调试、上传
信息处理基本流程	理解“输入、处理、输出”信息处理基本流程，掌握通过图形化编程，实现简单交互程序的编写
基本编程技能	图形化环境下，掌握程序设计顺序、选择、循环三种基本结构、变量的定义、数学运算符、比较运算符、逻辑运算符的使用
数字信号	理解数字信号的基本概念，掌握图形化编程环境下数字信号的读写
模拟信号	理解模拟信号的基本概念，掌握图形化编程环境下模拟信号的读写
流程图	掌握程序流程图的绘制
分立器件	了解LED、按键开关、光敏电阻、电位器等常见分立器件的基本工作原理，掌握通过图形化编程实现数据读写操作
传感器模块	了解超声波传感器、红外遥控传感器的基本工作原理，掌握通过图形化编程实现数据读取操作
执行器模块	了解舵机的基本工作原理，掌握通过图形化编程实现数据写入操作

四级机器人自动控制能力

基于C/C++代码编程，通过编程实现传感器数据读取、控制执行器运动，实现较复杂软硬部件协同，具备自动控制能力

知识点	掌握要求
机器人常识	了解机器人领域的相关理论、相关人物及前沿科技时事
主控板	理解开源主控板的基本性能
数制	掌握数值在二进制、十进制和十六进制之间进行转换
基本编程技能	采用代码编程，掌握程序设计顺序、选择、循环三种基本结构、变量的定义、变量的作用域、数学运算符、比较运算符、逻辑运算符的使用
数字信号	掌握数字信号的基本概念，掌握高低电平、上拉电阻电路、下拉电阻电路的基本概念，掌握采用代码编程实现数字信号的读写
模拟信号	掌握模数转换的基本原理，掌握PWM模拟输出的基本原理，掌握采用代码编程实现模拟信号的读写
类库	理解类库的概念，掌握类库的安装及类库成员函数的调用
传感器模块	理解灰度传感器、按键模块、触碰传感器、超声波传感器、红外遥控传感器的基本工作原理，掌握通过代码编程实现数据读取操作
执行器模块	理解舵机、直流电机马达驱动模块的基本工作原理，掌握通过代码编程实现对执行器的运动控制
三极管	了解三极管的基本特性，掌握通过代码编程，通过三极管控制电路通断
机器人控制	理解开环控制和闭环控制的基本概念，掌握简单开环和闭环机器人制作

物联主控板是青少年机器人技术等级五、六级指定主控板。
主控芯片采用ESP32-D0WD芯片，输入输出引脚编号与 ESP32开源 DevKitC 控制板一致的主控板。

五级机器人通信交互能力

在四级基础上，通过编程实现中断控制、数据位读写操作、串口通信，具备基本的数据交互能力

知识点	掌握要求
机器人常识	了解机器人、微控制器领域的相关理论、相关人物及前沿科技时事
主控板	理解物联主控板的基本性能，掌握利用物联主控板进行数字信号、模拟信号读写操作
中断	理解中断的运行机理，掌握中断回调函数的使用
数组	掌握一维数组、二位数组的应用
位操作	掌握数据位的操作
UART串行通信	理解UART串行通信基本工作原理，理解报文的含义和组成，掌握利用串口Serial类库进行串口数据的读写操作
字符串	掌握利用字符串String类库对字符串进行解析处理
按键消抖	掌握通过软件实现按键消抖
移位寄存器芯片	理解移位寄存器芯片74HC595的基本工作原理，掌握通过移位寄存器芯片74HC595进行一位数码管、四位数码管、８x８点阵的显示控制
E2PROM	E2PROM 理解 E2PROM 的基本工作原理，掌握利用 E2PROM 类库进行数据读写
蓝牙通信	理解经典蓝牙通信的基本工作原理，掌握通过蓝牙进行数据接收、发送

六级机器人物联网控制能力

在五级基础上，通过编程利用I2C和SPI进行串行通信，并具备WiFi连接控制和通过Web服务器进行数据交互，具备较完备的软硬协同闭环控制能力

知识点	掌握要求
机器人常识	了解机器人、微控制器领域的相关理论、相关人物及前沿科技时事
I2C串行通信	理解I2C串行通信基本工作原理，掌握通过类库进行数据交互
SPI串行通信	理解SPI串行通信基本工作原理，掌握通过类库进行数据交互
姿态传感器	理解姿态传感器 MPU6050的基本工作原理，掌握通过类库进行数据交互
液晶显示屏	掌握通过类库对SSD1306OLED显示屏进行操作
互联网基础	了解TCP/IP协议、IP地址、端口、URL基础知识，理解 HTML文档基本结构
WiFi	理解 Wifi类库，掌握通过 WiFi类库以STA、AP模式实现WiFi连接
Web服务器	掌握利用 WiFi类库实现 Web服务器的建立、数据读入和输出
步进电机	理解步进电机的基本工作原理，掌握通过类库实现步进电机运动控制
机器人控制	了解PID控制器的基本工作原理，掌握利用中断读取码盘数据，通过比例控制，实现机器人按照指定线路运动

七级机器人智能处理能力基础

基于Python语言编程，掌握基本数据结构及路径规划算法，掌握通过OpenCV进行图像处理，具备机器人智能信息处理的基础能力

知识点	掌握要求
Python语言基本编程技能	掌握缩进、注释、变量、命令和保留字等基本语法，掌握整数类型、浮点数类型、字符串类型、列表类型、元组类型、字典类型，掌握采用分支结构、循环结构使用，掌握异常处理程序编写，掌握函数的定义、调用及使用，掌握类的定义和使用，掌握第三方库的安装及使用
数据结构	理解堆、栈、队列、树、图的基本概念
排序和查找	掌握一种以上的排序和查找算法
递推及递归	掌握编写带有递推和递归的程序
最短路径	掌握Dijkstra算法
OpenCV	掌握通过 OpenCV获取图像，并对获取的图像进行处理和特征提取
Linux基础	掌握Linux基本的用户管理、文件和目录管理命令、网络命令
ROS基础	了解ROS的基础知识，理解ROS的节点、节点管理器、话题、服务
ROS编程基础	掌握通过编程控制小海龟的运动

智能主控板是运行Linux操作系统，能够完成基本机器学习的主控板，该主控板不指定主控芯片型号。可选树莓派微型电脑。

八级机器人智能处理能力

基于ROS平台，实现机器人图像识别、语音交互、自主导航避障，具备机器人智能信息处理能力和系统工程思维

知识点	掌握要求
人工智能常识	了解人工智能的发展过程，了解机器学习、神经网络、深度学习之间的相互关系及基本知识
主控板	理解智能主控板的基本性能，掌握利用智能主控板进行数字信号、模拟信号读写操作，掌握通过智能主控板和外部器件进行数据通信
机器人移动平台	掌握基于ROS实现机器人移动平台的精确位置控制
机器人视觉	掌握基于ROS实现机器人图像识别
机器人听觉	掌握基于ROS实现机器人语音识别和交互
机器人导航	掌握基于ROS实现机器人自主导航和避障

工具

Mixly（米思奇）
在线编程

CircuitJS
电路模拟

青少年机器人技术等级考试

一级 机器人基本结构、认知和搭设能力

二级 机器人驱动与传动系统、认知和搭设能力

三级 机器人基础控制能力

四级 机器人自动控制能力

五级 机器人通信交互能力

六级 机器人物联网控制能力

七级 机器人智能处理能力基础

八级 机器人智能处理能力