山西中醫(yī)藥大學(xué)《機(jī)器人》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

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《機(jī)器人》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷院(系)_______班級_______學(xué)號_______姓名_______題號一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共20個小題，每小題1分，共20分．在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的．）1、在機(jī)器人的軌跡規(guī)劃中，需要考慮機(jī)器人的運(yùn)動約束和環(huán)境約束。假設(shè)一個機(jī)器人手臂在有限的工作空間內(nèi)進(jìn)行操作，同時要避免與周圍的障礙物碰撞。以下哪種軌跡規(guī)劃方法能夠有效地處理這些約束，并生成平滑的軌跡？（）A.人工勢場法結(jié)合優(yōu)化算法B.隨機(jī)路徑規(guī)劃方法C.基于樣條曲線的約束規(guī)劃D.基于模型預(yù)測的軌跡生成2、在基于ROS的機(jī)器人應(yīng)用中，需要對機(jī)器人的行為進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，以適應(yīng)不同的工作場景和任務(wù)需求。假設(shè)環(huán)境條件發(fā)生變化，以下哪種方法能夠使機(jī)器人自動調(diào)整行為策略？（）A.基于規(guī)則的硬編碼調(diào)整B.機(jī)器學(xué)習(xí)算法的自適應(yīng)調(diào)整C.不進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，保持固定行為D.依靠人工干預(yù)進(jìn)行調(diào)整3、在ROS中，進(jìn)行機(jī)器人的軟件架構(gòu)設(shè)計時，假設(shè)要考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。以下關(guān)于架構(gòu)設(shè)計原則的描述，正確的是：（）A.采用緊耦合的架構(gòu)，提高系統(tǒng)的性能B.設(shè)計分層架構(gòu)，將不同功能模塊清晰分離C.優(yōu)先考慮功能實現(xiàn)，架構(gòu)設(shè)計不重要D.軟件架構(gòu)對系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性沒有影響4、在ROS中，為了實現(xiàn)機(jī)器人的自主導(dǎo)航，需要結(jié)合地圖構(gòu)建和定位技術(shù)。假設(shè)有一個室內(nèi)環(huán)境，機(jī)器人需要在其中自主移動。以下關(guān)于地圖構(gòu)建和定位的方法，哪一項是不正確的？（）A.可以使用SLAM（SimultaneousLocalizationandMapping）算法同時進(jìn)行地圖構(gòu)建和機(jī)器人定位B.基于粒子濾波的定位方法可以處理機(jī)器人位置的不確定性C.構(gòu)建的地圖可以是二維柵格地圖或三維點云地圖，根據(jù)需求選擇D.一旦地圖構(gòu)建完成，機(jī)器人的定位就不再需要實時更新，因為地圖是固定不變的5、ROS中的包（Package）用于組織相關(guān)的功能代碼和資源。如果一個包的依賴關(guān)系沒有正確配置，會出現(xiàn)什么情況？（）A.相關(guān)功能無法正常使用B.系統(tǒng)自動安裝缺失的依賴C.對系統(tǒng)運(yùn)行沒有影響D.該包的性能提升6、在ROS中，機(jī)器人的通信協(xié)議選擇對系統(tǒng)性能有一定影響。假設(shè)一個機(jī)器人系統(tǒng)需要在高帶寬和低延遲的要求下進(jìn)行通信。以下關(guān)于ROS通信協(xié)議的描述，哪一項是不正確的？（）A.TCP協(xié)議適合于對數(shù)據(jù)可靠性要求高，但對實時性要求不高的場景B.UDP協(xié)議適合于實時性要求高，但可以容忍一定數(shù)據(jù)丟失的場景C.在ROS中只能使用TCP或UDP協(xié)議，不能使用其他自定義協(xié)議D.可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求選擇合適的通信協(xié)議或結(jié)合使用7、ROS支持多種傳感器的集成和數(shù)據(jù)處理。假設(shè)一個移動機(jī)器人需要同時使用激光雷達(dá)、攝像頭和慣性測量單元（IMU）來感知環(huán)境。在融合這些傳感器的數(shù)據(jù)以獲得更全面和準(zhǔn)確的環(huán)境信息時，以下哪種數(shù)據(jù)融合算法和框架最適合？（）A.簡單的加權(quán)平均法B.卡爾曼濾波C.粒子濾波D.不進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，分別處理各個傳感器數(shù)據(jù)8、在ROS中，為了提高機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性和容錯性，需要采取一些措施。假設(shè)一個關(guān)鍵的傳感器出現(xiàn)故障，系統(tǒng)需要能夠檢測到并采取相應(yīng)的備份或替代策略。以下關(guān)于ROS容錯處理的描述，哪一項是不正確的？（）A.可以通過監(jiān)控節(jié)點的心跳信號來檢測節(jié)點是否正常運(yùn)行B.當(dāng)檢測到故障時，可以自動切換到備份的傳感器或執(zhí)行器C.容錯處理只需要在軟件層面實現(xiàn)，硬件的可靠性不重要D.可以使用冗余設(shè)計來提高系統(tǒng)的容錯能力9、假設(shè)在一個ROS驅(qū)動的服務(wù)機(jī)器人項目中，需要根據(jù)不同的場景和用戶需求動態(tài)配置機(jī)器人的行為參數(shù)。以下哪種方法能夠在運(yùn)行時靈活地修改這些參數(shù)，而無需重新編譯代碼？（）A.將參數(shù)硬編碼在程序中B.使用配置文件，并在運(yùn)行時讀取C.通過ROS的參數(shù)服務(wù)器（ParameterServer）D.不支持參數(shù)修改，每次重新編譯10、在使用ROS進(jìn)行機(jī)器人的力控制時，假設(shè)需要機(jī)器人與環(huán)境進(jìn)行柔順交互。以下哪種力控制策略可能最為合適？（）A.基于位置的力控制，通過位置誤差間接實現(xiàn)力控制B.直接力控制，直接測量和控制作用力C.混合力/位置控制，結(jié)合位置和力的控制優(yōu)點D.以上力控制策略都不適合柔順交互11、機(jī)器人的視覺系統(tǒng)在不同光照條件下可能會出現(xiàn)性能下降。假設(shè)機(jī)器人需要在戶外環(huán)境中工作，白天和夜晚的光照差異較大。以下哪種方法能夠提高視覺系統(tǒng)在不同光照條件下的穩(wěn)定性和適應(yīng)性？（）A.多光源照明B.自動曝光和白平衡調(diào)整C.光照不變特征提取D.以上方法均可12、在基于ROS的機(jī)器人應(yīng)用中，需要對機(jī)器人的行為進(jìn)行建模和狀態(tài)管理。假設(shè)機(jī)器人的狀態(tài)會根據(jù)環(huán)境變化和任務(wù)需求頻繁切換，以下哪種方法能夠更有效地管理和跟蹤機(jī)器人的狀態(tài)變化？（）A.使用簡單的變量來表示狀態(tài)B.基于有限狀態(tài)機(jī)（FSM）模型C.隨機(jī)設(shè)定機(jī)器人狀態(tài)，不進(jìn)行管理D.不考慮狀態(tài)變化，保持固定狀態(tài)13、在機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)建模中，需要準(zhǔn)確描述關(guān)節(jié)之間的關(guān)系。假設(shè)一個具有多個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和移動關(guān)節(jié)的機(jī)器人手臂。以下哪種運(yùn)動學(xué)建模方法能夠簡潔地表示這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，并方便進(jìn)行運(yùn)動分析？（）A.正向運(yùn)動學(xué)B.逆向運(yùn)動學(xué)C.雅克比矩陣D.微分運(yùn)動學(xué)14、ROS中的機(jī)器人描述文件（URDF）可以包含以下哪些信息？（）（）A.連桿信息B.關(guān)節(jié)信息C.傳感器信息D.以上都是15、在機(jī)器人的自主決策中，需要根據(jù)環(huán)境信息和任務(wù)目標(biāo)做出合理的選擇。假設(shè)機(jī)器人在遇到多個可行的行動方案時，需要考慮不確定性和風(fēng)險。以下哪種決策方法能夠有效地處理這種情況，并做出最優(yōu)決策？（）A.基于規(guī)則的決策B.基于概率的決策C.基于模糊邏輯的決策D.基于深度學(xué)習(xí)的決策16、在使用ROS開發(fā)機(jī)器人應(yīng)用時，需要對機(jī)器人的運(yùn)動進(jìn)行控制。假設(shè)要實現(xiàn)機(jī)器人沿著一條特定的路徑移動，需要精確控制其速度和位置。以下哪種ROS功能包或工具最適合用于此任務(wù)？（）A.MoveIt!B.GazeboC.RVizD.TF17、在ROS中，進(jìn)行機(jī)器人的任務(wù)規(guī)劃時，需要將高層的任務(wù)目標(biāo)分解為具體的動作序列。假設(shè)一個機(jī)器人需要完成一個物品搬運(yùn)的任務(wù)。以下關(guān)于ROS任務(wù)規(guī)劃的描述，哪一項是不正確的？（）A.可以使用基于狀態(tài)機(jī)的方法來進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃B.任務(wù)規(guī)劃需要考慮環(huán)境的不確定性和變化C.一旦任務(wù)規(guī)劃完成，就不能在執(zhí)行過程中進(jìn)行修改和調(diào)整D.可以使用人工智能算法，如強(qiáng)化學(xué)習(xí)，來優(yōu)化任務(wù)規(guī)劃策略18、在基于ROS的機(jī)器人系統(tǒng)中，需要對機(jī)器人的感知數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和降噪處理，以提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可靠性。假設(shè)傳感器數(shù)據(jù)存在大量噪聲，以下哪種濾波方法是常用且有效的？（）A.均值濾波B.中值濾波C.高斯濾波D.不進(jìn)行濾波處理19、機(jī)器人操作系統(tǒng)中的服務(wù)（Service）通常采用哪種請求/響應(yīng)模式？（）（）A.同步B.異步C.半同步半異步D.以上都不是20、在一個基于ROS的機(jī)器人視覺系統(tǒng)中，需要對圖像進(jìn)行處理和分析。如果圖像采集設(shè)備的幀率不穩(wěn)定，會對后續(xù)的圖像處理和機(jī)器人決策產(chǎn)生什么影響？（）A.可能導(dǎo)致圖像識別錯誤或機(jī)器人動作不準(zhǔn)確B.系統(tǒng)會自動調(diào)整處理算法以適應(yīng)幀率變化C.對系統(tǒng)性能沒有明顯影響，圖像依然能正常處理D.圖像質(zhì)量提高，有利于后續(xù)處理二、簡答題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）解釋如何在ROS中實現(xiàn)機(jī)器人的軌跡規(guī)劃。2、（本題5分）簡述ROS中的礦山運(yùn)輸安全監(jiān)控機(jī)器人中的監(jiān)控指標(biāo)設(shè)定。3、（本題5分）ROS中的動態(tài)障礙物處理方法。4、（本題5分）簡述ROS在無人機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用特點。5、（本題5分）解釋ROS中的定位算法及其工作原理。三、設(shè)計題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）利用ROS為海洋監(jiān)測機(jī)器人開發(fā)一個水質(zhì)參數(shù)檢測和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。2、（本題5分）開發(fā)一個使用ROS的花卉溫室養(yǎng)護(hù)機(jī)器人的光照與溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。3、（本題5分）利用ROS為海上石油平臺巡檢機(jī)器人開發(fā)一個設(shè)備故障檢測和維修計劃生成系統(tǒng)。4、（本題5分）在ROS環(huán)境下搭建一個蝎子養(yǎng)殖場蝎子抓捕機(jī)器人的安全抓捕與分類系統(tǒng)。5、（本題5分）基于ROS構(gòu)建一個甲魚養(yǎng)殖場甲魚捕捉機(jī)器人的安全捕捉與運(yùn)輸系統(tǒng)。四、分析題（本大題共3個小題，共30分)1、（本題10分）機(jī)器人操作系統(tǒng)在航空航天制造中的應(yīng)用需要滿足高精度和高可靠性的要求。請詳細(xì)綜合分析其在飛機(jī)零部件加工、航天器裝配等方面的技術(shù)創(chuàng)新，探討在微重力、真空等特殊環(huán)境下機(jī)器人操作系統(tǒng)的性能保障和故障診斷措施，以及在航空航天領(lǐng)域的質(zhì)量控制和認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。2、（本題10分）在機(jī)器人