湘西民族职业技术学院《机器学习算法与实践》2023-2024学年第一学期期末试卷.doc

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湘西民族职业技术学院《机器学习算法与实践》
2023-2024学年第一学期期末试卷
题号
一
二
三
四
总分
得分

批阅人

一、单选题（本大题共25个小题，每小题1分，共25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 中的话题可以有多个发布者和订阅者，这种特性被称为（ ）（ ）
A. 多对多通信
B. 一对多通信
C. 多对一通信
D. 一对一通信

2、以下哪个是机器人操作系统中用于处理机器人操作臂控制信息的消息类型？（ ）（ ）
A. moveit_msgs/MoveGroupAction
B. geometry_msgs/Pose
C. std_msgs/String
D. 以上都不是

3、在开发基于 ROS 的机器人视觉应用时，需要从摄像头获取图像数据并进行处理，以实现目标检测和跟踪等功能。对于图像数据的传输和处理，以下哪种方式在 ROS 中是最有效的？同时要考虑数据的实时性、带宽占用和处理效率。
A. 直接在节点中处理原始图像数据
B. 将图像数据压缩后传输和处理
C. 使用 ROS 的图像消息（Image Message）机制
D. 把图像数据存储到本地文件再进行处理

4、ROS 中的机器人安全机制至关重要，特别是在与人类密切接触或在危险环境中工作的机器人。假设机器人需要避免对人类造成伤害或对环境造成破坏。以下哪种安全策略和防护措施的实施最为重要？（ ）
A. 速度和力量限制、碰撞检测和紧急停止功能
B. 安装防护栏和警示标志
C. 不考虑安全问题，只关注功能实现
D. 依靠人类操作人员的警惕性

5、在基于 ROS 的机器人教育应用中，为了让学生更好地理解机器人的工作原理，以下哪种教学方法较为有效？（ ）
A. 通过实际编程操作让学生亲身体验
B. 利用可视化工具展示机器人的内部状态
C. 结合理论讲解和案例分析
D. 以上方法综合使用

6、在基于 ROS 的机器人感知系统中，当需要同时处理声音和图像信息时，以下哪种数据同步方法能够确保信息的准确性和及时性？（ ）
A. 基于时间戳的同步
B. 基于事件触发的同步
C. 异步处理，后期整合
D. 不进行同步，分别处理
请解释每个选项在数据同步中的工作方式和可能带来的效果

7、假设在ROS中开发一个用于救援任务的机器人，需要具备在恶劣环境下的自主导航和通信能力。以下哪种导航算法和通信技术可能会被应用？（ ）
A. 惯性导航和卫星通信
B. 基于地标识别的导航和短波通信
C. 磁导航和无线Mesh网络
D. 以上都有可能

8、在 ROS 中，为了实现机器人的自主导航功能，需要进行地图构建。假设机器人工作在一个室内环境中，以下哪种地图表示方法较为合适？（ ）
A. 栅格地图，简单直观但占用存储空间较大
B. 拓扑地图，能够突出环境的结构但细节不足
C. 特征地图，对环境特征提取准确但构建复杂
D. 以上地图表示方法都不合适，需要自定义地图格式

9、当使用ROS进行机器人的仿真和调试时，需要选择合适的仿真工具和环境。考虑到真实性和可扩展性，以下哪种仿真工具可能更适合？（ ）
A. Gazebo B. V-REP C. Webots D. 以上都有可能

10、ROS 中的启动文件（Launch File）用于一次性启动多个节点和配置参数。当启动文件中的某个节点出现故障时，以下哪种处理方式是合适的？（ ）
A. 停止整个启动过程
B. 忽略故障节点，继续启动其他节点
C. 尝试重新启动故障节点
D. 以上方式都可以，根据具体情况选择

11、在使用 ROS 控制机器人的机械臂时，需要精确的运动控制算法。假设机械臂需要按照预定的轨迹进行运动，同时要考虑到关节的限制和动力学特性。以下哪种控制方法可能最为适用？（ ）
A. 比例-积分-微分（PID）控制
B. 模糊控制
C. 随机控制
D. 开环控制

12、在使用 ROS 开发机器人应用时，常常需要对机器人的运动进行规划。假设要让一个机械臂从一个起始位置移动到一个目标位置，同时避开障碍物。以下关于运动规划算法的选择，哪一个是不准确的？（ ）
A. 可以使用基于采样的算法，如 RRT（Rapidly-exploring Random Tree）算法，快速找到可行的路径
B. A* 算法可以在有明确的代价函数时，找到最优的路径
C. 遗传算法适用于复杂环境下的运动规划，但计算量较大
D. 所有的运动规划算法都能保证在任何情况下找到最优的路径，且计算效率相同

13、ROS 中的参数服务器（Parameter Server）用于存储和管理全局参数。假设一个机器人系统有多个节点需要访问相同的配置参数，以下关于参数服务器使用的描述，正确的是：（ ）
A. 每个节点都应该独立存储参数，避免依赖参数服务器，以提高可靠性
B. 参数服务器能够方便地实现参数的共享和动态修改，适合这种多节点访问的情况
C. 参数服务器会增加系统的复杂性，应尽量减少使用，通过消息传递参数
D. 参数服务器只适用于存储少量关键参数，对于大量参数不适用

14、在 ROS 中，进行机器人的自主探索和地图更新时，假设机器人进入了一个未知区域。以下关于探索策略和地图更新方法的选择，正确的是：（ ）
A. 随机探索策略，同时逐步更新地图
B. 基于边界的探索策略，优先探索未探索区域的边界
C. 按照预设的路径进行探索，不进行实时地图更新
D. 以上探索策略和地图更新方法都不可行

15、ROS 支持机器人的仿真测试和实际硬件测试。假设在开发过程中需要频繁地进行测试和验证，为了提高测试效率和减少对硬件的依赖，以下哪种测试策略最为合理？（ ）
A. 优先进行仿真测试，然后结合硬件测试
B. 只进行硬件测试，忽略仿真测试
C. 完全依赖仿真测试，不进行硬件测试
D. 随机选择测试方式

16、机器人操作系统中的动作反馈（Action Feedback）主要用于提供什么信息？（ ）（ ）
A. 任务进度信息
B. 错误信息
C. 状态信息
D. 以上都不是

17、在 ROS 中进行机器人的力控制时，如果力传感器的精度不够，会对控制效果产生什么影响？（ ）
A. 力控制不准确，可能损坏物体或影响操作
B. 控制更稳定
C. 系统自动校准力传感器
D. 提高力控制的响应速度

18、在基于 ROS 的机器人系统中，当需要对多个传感器的数据进行融合以获得更准确和全面的环境感知时，以下哪种数据融合方法通常是首选？（ ）
A. 加权平均法 B. 卡尔曼滤波 C. 贝叶斯估计 D. 简单拼接
请分别阐述每个选项在多传感器数据融合中的原理和适用场景

19、在 ROS 中，用于控制机器人运动速度的消息类型通常是（ ）（ ）
A. Twist
B. Pose
C. Point
D. Quaternion

20、在基于 ROS 的机器人自主决策系统中，如果决策算法的鲁棒性不足，可能会在什么情况下出现问题？（ ）
A. 面对复杂或异常情况时决策失误
B. 决策速度加快
C. 决策更准确
D. 系统自动优化决策算法

21、ROS 中的仿真环境（Gazebo）可以用于机器人的模拟测试。假设要在仿真环境中准确模拟机器人与环境的物理交互，以下关于环境设置和模型参数调整的描述，正确的是：（ ）
A. 使用默认的环境设置和模型参数，进行简单的模拟
B. 根据实际物理特性，精细调整环境参数和机器人模型的物理属性
C. 仿真环境无法准确模拟物理交互，主要用于功能验证
D. 环境设置和模型参数调整对模拟结果影响不大

22、在 ROS 中开发机器人的远程控制功能时，如果网络延迟不稳定，以下哪种策略可以提高控制的可靠性？（ ）
A. 增加本地缓存和预测机制
B. 降低控制指令的发送频率
C. 完全依赖远程控制，不进行本地处理
D. 忽略网络延迟，照常发送指令

23、机器人操作系统中的动作服务器（Action Server）主要用于处理哪种类型的任务？（ ）（ ）
A. 一次性任务
B. 周期性任务
C. 长时间运行的任务
D. 以上都不是

24、ROS 中的动作服务器（Action Server）需要实现以下哪些回调函数？（ ）（ ）
A. goal 回调函数
B. cancel 回调函数
C. feedback 回调函数
D. 以上都是

25、在一个基于ROS的智能家居机器人项目中，需要实现与家庭设备的互联互通和场景自适应控制。以下哪种技术和方法可能会被用于家庭集成和场景感知？（ ）
A. 物联网协议和智能家居网关
B. 环境感知传感器和场景识别算法
C. 个性化学习和自适应控制策略
D. 以上都有可能

二、简答题（本大题共4个小题，共20分)
1、（本题5分）如何在ROS中实现机器人的自主故障诊断？

2、（本题5分）简述ROS中的生物样本高效采集机器人中的采集效率提升。

3、（本题5分）简述ROS中的版本控制和代码管理方法。

4、（本题5分）ROS中的启动文件（Launch File）有什么用途？

三、设计题（本大题共5个小题，共25分)
1、（本题5分）在 ROS 框架下，为隧道照明机器人设计一个照明亮度检测和调节系统。

2、（本题5分）基于 ROS 构建一个极地科考机器人的冰层探测与样本采集系统。

3、（本题5分）利用 ROS 为巡检机器人设计一个设备故障检测和报告系统。

4、（本题5分）利用 ROS 开发一个机器人的自主路径规划和能量消耗预测系统。

5、（本题5分）在 ROS 框架下，为矿山排水机器人设计一个水位监测和排水控制优化系统。

四、分析题（本大题共3个小题，共30分)
1、（本题10分）在康复医疗领域，机器人操作系统在辅助康复训练方面发挥着重要作用。请深入综合分析其在为患者提供个性化训练方案、实时监测康复进展、调整训练强度等方面的技术优势，研究康复机器人在提高康复效果和减轻医护人员工作负担方面的价值，以及在临床应用中的安全性和有效性评估。

2、（本题10分）在服务机器人领域，如酒店服务、餐厅送餐等场景，机器人操作系统需要具备与人交互和适应复杂环境的能力。请综合分析其在实现友好的人机交互、路径规划、障碍物避让等方面的技术实现，研究服务机器人在实际应用中的用户体验和商业价值，以及可能面临的社会接受度和法律责任问题。

3、（本题10分）在家庭服务场景中，如清洁机器人、陪伴机器人等，机器人操作系统需要满足用户的个性化需求和复杂的家居环境。请详细综合分析其在智能感知家居环境、执行多样化任务、与其他智能设备互联互通等方面的技术实现，研究家庭服务机器人的市场需求和发展潜力，以及在隐私保护和用户信任方面的挑战。

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