山西中医药大学《机器人》2023-2024学年第一学期期末试卷

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《机器人》2023-2024学年第一学期期末试卷院(系)_______班级_______学号_______姓名_______题号一二三四总分得分批阅人一、单选题（本大题共20个小题，每小题1分，共20分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的．）1、在机器人的轨迹规划中，需要考虑机器人的运动约束和环境约束。假设一个机器人手臂在有限的工作空间内进行操作，同时要避免与周围的障碍物碰撞。以下哪种轨迹规划方法能够有效地处理这些约束，并生成平滑的轨迹？（）A.人工势场法结合优化算法B.随机路径规划方法C.基于样条曲线的约束规划D.基于模型预测的轨迹生成2、在基于ROS的机器人应用中，需要对机器人的行为进行自适应调整，以适应不同的工作场景和任务需求。假设环境条件发生变化，以下哪种方法能够使机器人自动调整行为策略？（）A.基于规则的硬编码调整B.机器学习算法的自适应调整C.不进行自适应调整，保持固定行为D.依靠人工干预进行调整3、在ROS中，进行机器人的软件架构设计时，假设要考虑系统的可扩展性和可维护性。以下关于架构设计原则的描述，正确的是：（）A.采用紧耦合的架构，提高系统的性能B.设计分层架构，将不同功能模块清晰分离C.优先考虑功能实现，架构设计不重要D.软件架构对系统的可扩展性和可维护性没有影响4、在ROS中，为了实现机器人的自主导航，需要结合地图构建和定位技术。假设有一个室内环境，机器人需要在其中自主移动。以下关于地图构建和定位的方法，哪一项是不正确的？（）A.可以使用SLAM（SimultaneousLocalizationandMapping）算法同时进行地图构建和机器人定位B.基于粒子滤波的定位方法可以处理机器人位置的不确定性C.构建的地图可以是二维栅格地图或三维点云地图，根据需求选择D.一旦地图构建完成，机器人的定位就不再需要实时更新，因为地图是固定不变的5、ROS中的包（Package）用于组织相关的功能代码和资源。如果一个包的依赖关系没有正确配置，会出现什么情况？（）A.相关功能无法正常使用B.系统自动安装缺失的依赖C.对系统运行没有影响D.该包的性能提升6、在ROS中，机器人的通信协议选择对系统性能有一定影响。假设一个机器人系统需要在高带宽和低延迟的要求下进行通信。以下关于ROS通信协议的描述，哪一项是不正确的？（）A.TCP协议适合于对数据可靠性要求高，但对实时性要求不高的场景B.UDP协议适合于实时性要求高，但可以容忍一定数据丢失的场景C.在ROS中只能使用TCP或UDP协议，不能使用其他自定义协议D.可以根据具体的应用需求选择合适的通信协议或结合使用7、ROS支持多种传感器的集成和数据处理。假设一个移动机器人需要同时使用激光雷达、摄像头和惯性测量单元（IMU）来感知环境。在融合这些传感器的数据以获得更全面和准确的环境信息时，以下哪种数据融合算法和框架最适合？（）A.简单的加权平均法B.卡尔曼滤波C.粒子滤波D.不进行数据融合，分别处理各个传感器数据8、在ROS中，为了提高机器人系统的可靠性和容错性，需要采取一些措施。假设一个关键的传感器出现故障，系统需要能够检测到并采取相应的备份或替代策略。以下关于ROS容错处理的描述，哪一项是不正确的？（）A.可以通过监控节点的心跳信号来检测节点是否正常运行B.当检测到故障时，可以自动切换到备份的传感器或执行器C.容错处理只需要在软件层面实现，硬件的可靠性不重要D.可以使用冗余设计来提高系统的容错能力9、假设在一个ROS驱动的服务机器人项目中，需要根据不同的场景和用户需求动态配置机器人的行为参数。以下哪种方法能够在运行时灵活地修改这些参数，而无需重新编译代码？（）A.将参数硬编码在程序中B.使用配置文件，并在运行时读取C.通过ROS的参数服务器（ParameterServer）D.不支持参数修改，每次重新编译10、在使用ROS进行机器人的力控制时，假设需要机器人与环境进行柔顺交互。以下哪种力控制策略可能最为合适？（）A.基于位置的力控制，通过位置误差间接实现力控制B.直接力控制，直接测量和控制作用力C.混合力/位置控制，结合位置和力的控制优点D.以上力控制策略都不适合柔顺交互11、机器人的视觉系统在不同光照条件下可能会出现性能下降。假设机器人需要在户外环境中工作，白天和夜晚的光照差异较大。以下哪种方法能够提高视觉系统在不同光照条件下的稳定性和适应性？（）A.多光源照明B.自动曝光和白平衡调整C.光照不变特征提取D.以上方法均可12、在基于ROS的机器人应用中，需要对机器人的行为进行建模和状态管理。假设机器人的状态会根据环境变化和任务需求频繁切换，以下哪种方法能够更有效地管理和跟踪机器人的状态变化？（）A.使用简单的变量来表示状态B.基于有限状态机（FSM）模型C.随机设定机器人状态，不进行管理D.不考虑状态变化，保持固定状态13、在机器人的运动学建模中，需要准确描述关节之间的关系。假设一个具有多个旋转关节和移动关节的机器人手臂。以下哪种运动学建模方法能够简洁地表示这种复杂的结构，并方便进行运动分析？（）A.正向运动学B.逆向运动学C.雅克比矩阵D.微分运动学14、ROS中的机器人描述文件（URDF）可以包含以下哪些信息？（）（）A.连杆信息B.关节信息C.传感器信息D.以上都是15、在机器人的自主决策中，需要根据环境信息和任务目标做出合理的选择。假设机器人在遇到多个可行的行动方案时，需要考虑不确定性和风险。以下哪种决策方法能够有效地处理这种情况，并做出最优决策？（）A.基于规则的决策B.基于概率的决策C.基于模糊逻辑的决策D.基于深度学习的决策16、在使用ROS开发机器人应用时，需要对机器人的运动进行控制。假设要实现机器人沿着一条特定的路径移动，需要精确控制其速度和位置。以下哪种ROS功能包或工具最适合用于此任务？（）A.MoveIt!B.GazeboC.RVizD.TF17、在ROS中，进行机器人的任务规划时，需要将高层的任务目标分解为具体的动作序列。假设一个机器人需要完成一个物品搬运的任务。以下关于ROS任务规划的描述，哪一项是不正确的？（）A.可以使用基于状态机的方法来进行任务规划B.任务规划需要考虑环境的不确定性和变化C.一旦任务规划完成，就不能在执行过程中进行修改和调整D.可以使用人工智能算法，如强化学习，来优化任务规划策略18、在基于ROS的机器人系统中，需要对机器人的感知数据进行滤波和降噪处理，以提高数据的质量和可靠性。假设传感器数据存在大量噪声，以下哪种滤波方法是常用且有效的？（）A.均值滤波B.中值滤波C.高斯滤波D.不进行滤波处理19、机器人操作系统中的服务（Service）通常采用哪种请求/响应模式？（）（）A.同步B.异步C.半同步半异步D.以上都不是20、在一个基于ROS的机器人视觉系统中，需要对图像进行处理和分析。如果图像采集设备的帧率不稳定，会对后续的图像处理和机器人决策产生什么影响？（）A.可能导致图像识别错误或机器人动作不准确B.系统会自动调整处理算法以适应帧率变化C.对系统性能没有明显影响，图像依然能正常处理D.图像质量提高，有利于后续处理二、简答题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）解释如何在ROS中实现机器人的轨迹规划。2、（本题5分）简述ROS中的矿山运输安全监控机器人中的监控指标设定。3、（本题5分）ROS中的动态障碍物处理方法。4、（本题5分）简述ROS在无人机领域的应用特点。5、（本题5分）解释ROS中的定位算法及其工作原理。三、设计题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）利用ROS为海洋监测机器人开发一个水质参数检测和数据传输系统。2、（本题5分）开发一个使用ROS的花卉温室养护机器人的光照与温度调节系统。3、（本题5分）利用ROS为海上石油平台巡检机器人开发一个设备故障检测和维修计划生成系统。4、（本题5分）在ROS环境下搭建一个蝎子养殖场蝎子抓捕机器人的安全抓捕与分类系统。5、（本题5分）基于ROS构建一个甲鱼养殖场甲鱼捕捉机器人的安全捕捉与运输系统。四、分析题（本大题共3个小题，共30分)1、（本题10分）机器人操作系统在航空航天制造中的应用需要满足高精度和高可靠性的要求。请详细综合分析其在飞机零部件加工、航天器装配等方面的技术创新，探讨在微重力、真空等特殊环境下机器人操作系统的性能保障和故障诊断措施，以及在航空航天领域的质量控制和认证标准。2、（本题10分）在机器人