天津渤海职业技术学院《机器人驱动与控制》2023-2024学年第二学期期末试卷.doc

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天津渤海职业技术学院
《机器人驱动与控制》2023-2024学年第二学期期末试卷

院(系)_______ 班级_______ 学号_______ 姓名_______

题号
一
二
三
四
总分
得分

一、单选题（本大题共15个小题，每小题1分，共15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、ROS 中的动作客户端（Action Client）需要实现以下哪些回调函数？（ ）（ ）
A. active 回调函数
B. done 回调函数
C. feedback 回调函数
D. 以上都是

2、在ROS中，进行机器人的可视化是非常重要的。假设需要实时显示机器人的运动轨迹、传感器数据和模型等信息。以下关于ROS可视化工具的描述，哪一项是不正确的？（ ）
A. RViz（ Robot Visualization ）是一个常用的ROS可视化工具，可以显示多种类型的数据
B. Gazebo是一个用于机器人仿真的工具，可以与ROS集成进行可视化和物理模拟
C. 在可视化过程中，可以通过插件扩展RViz和Gazebo的功能
D. 一旦在RViz或Gazebo中设置了可视化布局，就不能再进行更改和调整

3、以下哪个是机器人操作系统中用于处理机器人路径规划信息的消息类型？（ ）（ ）
A. nav_msgs/Path
B. geometry_msgs/PoseStamped
C. std_msgs/String
D. 以上都不是

4、在机器人的协作工作中，需要解决任务分配和资源共享的问题。假设多个机器人共同完成一个大型项目，每个机器人具有不同的能力和资源。以下哪种方法能够有效地协调资源分配，提高工作效率？（ ）
A. 基于合同的资源分配
B. 基于市场机制的资源分配
C. 基于中央控制的资源分配
D. 基于分布式协商的资源分配

5、对于 ROS 中的机器人软件架构设计，以下哪种设计模式常用于提高代码的可维护性和可扩展性？（ ）
A. 分层架构
B. 微服务架构
C. 插件架构
D. 事件驱动架构 。假设机器人的功能不断增加和更新，需要一种灵活的架构来方便地添加新的模块和功能，同时不影响现有系统的稳定性，上述哪种设计模式能够更好地满足这一需求，并阐述其在 ROS 中的应用和优点

6、在 ROS 中，对于机器人的安全机制设计，需要考虑防止机器人对人员和环境造成伤害。假设机器人在工作过程中遇到异常情况，以下哪种安全措施能够及时停止机器人的运动，保障安全？（ ）
A. 依靠人工紧急停止按钮
B. 设置软件的安全阈值，自动停止
C. 不采取任何安全措施
D. 降低机器人的运动速度，减少危险

7、在 ROS 控制的机器人视觉跟踪任务中，如果目标物体被短暂遮挡，以下哪种处理方式较为合理？（ ）
A. 依据之前的运动轨迹进行预测跟踪
B. 停止跟踪，等待目标重新出现
C. 随机选择新的目标进行跟踪
D. 切换到其他跟踪算法

8、ROS 中的导航功能包集（Navigation Stack）为机器人的自主导航提供了强大的支持。假设机器人需要在一个未知的环境中进行自主探索和地图构建，以下关于导航功能包集的描述，正确的是？（ ）
A. 导航功能包集只能使用激光雷达作为主要的传感器输入
B. 它可以自动处理各种动态障碍物，无需额外的编程
C. 在地图构建过程中，机器人的运动轨迹是完全随机的
D. 可以通过配置参数来调整导航行为，如安全距离和最大速度

9、ROS 中的包（Package）是组织代码和资源的基本单元。当一个 ROS 项目包含多个相关但功能不同的包时，如何有效地管理它们之间的依赖关系？（ ）
A. 在每个包的配置文件中明确声明依赖
B. 使用 ROS 的依赖管理工具自动处理
C. 通过文档说明依赖关系，由开发者手动管理
D. 以上方法都可以

10、ROS 中的节点可以分布在不同的计算平台上。当节点之间的计算能力差异较大时，如何平衡系统的负载？（ ）
A. 将计算任务分配给能力较强的节点
B. 对计算任务进行分割，分配给不同的节点
C. 根据节点的负载情况动态调整任务分配
D. 以上方法都可以

11、在机器人操作系统中，用于发布机器人传感器数据的主题通常以什么命名？（ ）（ ）
A. /robot_sensor_data
B. /sensor/robot
C. /data/sensor/robot
D. 以上都不是

12、在使用 ROS 开发水下机器人系统时，需要考虑水的阻力和浮力等特殊因素。以下关于模型建立和控制算法调整的描述，正确的是：（ ）
A. 直接使用通用的机器人模型和控制算法，忽略水下环境的影响
B. 在通用模型的基础上，增加水动力参数进行修正
C. 开发全新的水下机器人专用模型和控制算法
D. 水下环境对机器人系统影响不大，无需特殊处理

13、ROS 中的机器人操作系统安全防护需要考虑多个方面。以下哪种安全机制对于防止未经授权的访问和控制是最为重要的？（ ）
A. 用户认证和授权 B. 数据加密传输 C. 网络防火墙 D. 物理隔离
请详细说明每个安全机制在保障操作系统安全中的作用和重要性

14、在机器人操作系统（ROS）中，当需要实现多个机器人之间的协同工作和信息共享时，以下哪种通信机制是最为关键和常用的？假设这些机器人分布在不同的物理位置，并且需要实时交换大量的数据，包括传感器信息、控制指令等。同时，考虑到网络延迟和数据可靠性的要求。
A. 基于 TCP 的通信
B. 基于 UDP 的通信
C. ROS 的话题（Topic）通信
D. ROS 的服务（Service）通信

15、在基于 ROS 的机器人项目中，需要对机器人的软件进行版本管理和代码复用。以下哪种方式能够更好地组织和管理 ROS 相关的代码和功能包，方便团队协作和项目维护？（ ）
A. 使用单独的代码仓库，不进行分类和版本控制
B. 利用 ROS 的 catkin 工作空间，结合版本控制系统如 Git
C. 将所有代码放在一个文件夹中，手动管理
D. 不进行代码管理，每次重新编写

二、简答题（本大题共4个小题，共20分)
1、（本题5分）解释如何在ROS中处理不确定性和噪声。

2、（本题5分）ROS中的模拟环境对于机器人开发的重要性。

3、（本题5分）解释如何在ROS中处理激光雷达数据。

4、（本题5分）简述ROS中的运动控制接口和常用的运动控制算法。

三、分析题（本大题共5个小题，共25分)
1、（本题5分）ROS在机器人的轮胎生产应用中，如何实现轮胎成型、硫化和质量检测的自动化控制。请全面综合分析ROS的工艺控制、设备协同和检测算法。

2、（本题5分）对于水下机器人，ROS在传感器数据处理、姿态控制和导航方面具有重要意义。请详细综合分析ROS在水下环境中的性能表现，以及如何解决水压、水流等因素对机器人操作的影响。

3、（本题5分）在机器人的电力巡检应用中，ROS怎样高效识别设备故障和应对复杂的线路环境。请详细综合分析ROS中的图像识别算法、路径规划策略和数据传输机制。

4、（本题5分）在制药工厂中，机器人参与药品生产的配料、灌装和包装等环节。深入探讨机器人操作系统在药品成分精确控制、灌装速度调节、包装质量检测和生产数据管理方面的关键技术，分析操作系统如何保障药品生产的质量一致性和合规性。

5、（本题5分）在考古挖掘现场，机器人需要在脆弱的环境中进行精细作业。仔细分析机器人操作系统在文物保护意识、精细动作控制、环境监测和历史数据记录方面的特殊需求，研究操作系统如何保障考古工作的准确性和安全性。

四、设计题（本大题共4个小题，共40分)
1、（本题10分）在 ROS 中构建一个铁路轨道检测机器人的轨道变形监测与维护系统。

2、（本题10分）设计一个基于 ROS 的养猪场猪只体重监测机器人的非接触式称重与数据记录系统。

3、（本题10分）使用 ROS 为安防机器人设计一个入侵检测和警报系统。

4、（本题10分）使用 ROS 为地铁隧道清洗机器人设计一个隧道壁清洗和污水回收系统。

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