站名：站名：年級專業(yè)：姓名：學號：凡年級專業(yè)、姓名、學號錯寫、漏寫或字跡不清者，成績按零分記?！堋狻€…………第1頁，共2頁長春建筑學院《機器學習與模式識別課程設計I》2024-2025學年第一學期期末試卷題號一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共30個小題，每小題1分，共30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、在機器人操作系統(tǒng)中，用于實現(xiàn)機器人自主導航的關鍵技術是？（）（）A.路徑規(guī)劃B.地圖構建C.定位D.以上都是2、在ROS環(huán)境中，對于機器人的實時性能優(yōu)化，需要考慮算法的復雜度、內存使用和計算效率等方面。假設機器人的某個功能模塊存在性能瓶頸，以下哪種方法能夠最有效地提升性能？（）A.優(yōu)化算法實現(xiàn)，減少計算量B.增加硬件資源，如內存和CPUC.不進行優(yōu)化，維持現(xiàn)狀D.降低功能要求，簡化任務3、以下哪個是機器人操作系統(tǒng)中用于處理機器人姿態(tài)信息的消息類型？（）（）A.sensor_msgs/ImuB.geometry_msgs/PoseC.nav_msgs/OdometryD.以上都不是4、在使用ROS控制機器人進行物體抓取時，需要精確的力控制。假設需要根據(jù)抓取物體的材質和形狀實時調整抓取力的大小，以下哪種傳感器可能最為關鍵？（）A.壓力傳感器B.位置傳感器C.速度傳感器D.溫度傳感器5、ROS中的動作客戶端（ActionClient）需要實現(xiàn)以下哪些回調函數(shù)？（）（）A.active回調函數(shù)B.done回調函數(shù)C.feedback回調函數(shù)D.以上都是6、ROS中的TF變換在多機器人協(xié)作中非常重要。當多個機器人之間的相對位置發(fā)生變化時，如何快速更新TF信息？（）A.通過傳感器實時測量并更新B.使用通信協(xié)議在機器人之間傳遞位置變化信息C.結合地圖和定位信息進行推算D.以上方法可以結合使用7、ROS中的控制模塊負責根據(jù)規(guī)劃的路徑生成機器人的控制指令。假設一個輪式移動機器人需要沿著給定的路徑行駛，以下關于控制算法的描述，哪一項是不準確的？（）A.PID（Proportional-Integral-Derivative）控制器常用于簡單的速度和位置控制B.LQR（LinearQuadraticRegulator）控制器可以在系統(tǒng)模型已知的情況下實現(xiàn)最優(yōu)控制C.模糊控制可以處理系統(tǒng)的不確定性和非線性，但控制規(guī)則的設計較為復雜D.控制算法的選擇只取決于機器人的類型，與任務需求和環(huán)境條件無關8、在基于ROS的機器人感知系統(tǒng)中，當需要同時處理聲音和圖像信息時，以下哪種數(shù)據(jù)同步方法能夠確保信息的準確性和及時性？（）A.基于時間戳的同步B.基于事件觸發(fā)的同步C.異步處理，后期整合D.不進行同步，分別處理請解釋每個選項在數(shù)據(jù)同步中的工作方式和可能帶來的效果9、當在ROS中開發(fā)一個具有機械臂的機器人時，需要對機械臂的逆運動學求解進行優(yōu)化，以提高控制精度和速度。以下哪種方法能夠更有效地解決逆運動學問題？（）A.數(shù)值求解方法，如迭代法B.解析求解方法，基于數(shù)學模型C.隨機猜測關節(jié)角度D.不進行逆運動學求解，直接控制關節(jié)10、ROS中的動作目標（ActionGoal）通常包含以下哪些信息？（）（）A.目標狀態(tài)B.執(zhí)行時間C.兩者皆有D.以上都不是11、在ROS中，節(jié)點的啟動和管理是通過特定的命令和工具實現(xiàn)的。假設一個機器人系統(tǒng)中有多個節(jié)點需要按照一定的順序啟動，并在運行過程中進行監(jiān)控和調試。以下關于ROS節(jié)點管理的描述，哪一項是不正確的？（）A.可以使用roslaunch命令來啟動多個節(jié)點，并設置它們的參數(shù)和運行環(huán)境B.通過ROS的節(jié)點管理器，可以查看節(jié)點的狀態(tài)、日志和通信情況C.節(jié)點在運行過程中出現(xiàn)故障時，ROS會自動重新啟動該節(jié)點，無需人工干預D.可以使用ROS提供的調試工具來查看節(jié)點內部的變量和數(shù)據(jù)12、當在ROS中開發(fā)機器人的導航功能時，以下哪種地圖表示方法常用于描述環(huán)境信息？（）A.柵格地圖B.拓撲地圖C.特征地圖D.語義地圖。假設機器人需要在大型室內環(huán)境中自主導航，地圖需要同時包含空間布局和語義信息，上述哪種地圖表示方法能夠提供更全面和有效的導航支持，并解釋其數(shù)據(jù)結構和生成方法13、ROS中的可視化工具（RViz）對于機器人開發(fā)和調試非常有用。假設要在RViz中同時顯示機器人的模型、傳感器數(shù)據(jù)和規(guī)劃路徑，以下關于配置和使用RViz的描述，正確的是：（）A.手動逐個添加所需的顯示元素，進行復雜的配置B.使用預定義的配置文件，快速加載和顯示相關信息C.RViz功能有限，無法滿足同時顯示多種信息的需求D.不需要使用RViz，通過代碼打印信息進行調試14、假設在一個ROS驅動的農業(yè)機器人項目中，需要對不同農作物進行識別和分類。如果特征提取不準確，會對分類結果產生什么影響？（）A.分類錯誤率增加B.分類速度加快C.分類結果更準確D.系統(tǒng)自動重新提取特征15、以下哪個是機器人操作系統(tǒng)中用于處理機器人傳感器融合信息的消息類型？（）（）A.sensor_msgs/PointCloud2B.sensor_msgs/ImuC.nav_msgs/OdometryD.以上都不是16、ROS支持多種機器人傳感器的集成。假設有一個配備了激光雷達、攝像頭和慣性測量單元（IMU）的機器人。在處理這些傳感器的數(shù)據(jù)融合時，以下哪種方法通常被采用？（）A.簡單平均法B.卡爾曼濾波C.冒泡排序D.選擇其中一個傳感器的數(shù)據(jù)作為主要依據(jù)，忽略其他傳感器17、當在ROS中開發(fā)一個需要與人類進行交互的機器人時，例如服務機器人，需要考慮人機交互的自然性和友好性。以下哪種人機交互方式和界面設計在這種情況下最為有效？（）A.語音交互和觸摸屏界面B.鍵盤鼠標操作和復雜的菜單界面C.僅通過指示燈進行交互D.不考慮人機交互，機器人自主運行18、在一個基于ROS的多機器人協(xié)作系統(tǒng)中，需要實現(xiàn)機器人之間的任務分配和協(xié)調。以下哪種方法可以有效地實現(xiàn)這個目標？（）A.中央控制器統(tǒng)一分配任務B.機器人通過協(xié)商自主分配任務C.使用市場機制進行任務分配D.以上方法都可以19、在ROS控制的機器人康復訓練系統(tǒng)中，如果訓練模式設置不合理，會對患者的康復效果產生怎樣的影響？（）A.康復效果不佳或產生副作用B.加速康復進程C.系統(tǒng)自動調整訓練模式D.對康復沒有影響20、在機器人的軌跡規(guī)劃中，需要考慮機器人的運動約束和環(huán)境約束。假設一個機器人手臂在有限的工作空間內進行操作，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.人工勢場法結合優(yōu)化算法B.隨機路徑規(guī)劃方法C.基于樣條曲線的約束規(guī)劃D.基于模型預測的軌跡生成21、在使用ROS進行機器人的力控制時，假設需要機器人與環(huán)境進行柔順交互。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22、在ROS系統(tǒng)中，對于機器人的路徑跟蹤控制，以下哪種控制器可能在存在干擾和不確定性的情況下表現(xiàn)較好？（）A.線性控制器B.非線性控制器C.魯棒控制器D.隨機控制器請分別說明每個控制器在應對干擾和不確定性時的特點和性能23、在ROS中，服務（Service）用于節(jié)點之間的請求/響應通信。假設一個機器人需要執(zhí)行特定的復雜操作，如抓取物體，并且這個操作的參數(shù)和結果需要在節(jié)點之間準確傳遞。以下關于使用服務進行通信的描述，正確的是？（）A.服務通信是異步的，請求節(jié)點發(fā)送請求后可以立即進行其他操作，無需等待響應B.服務通信只能在同一臺計算機上的節(jié)點之間進行，無法跨計算機通信C.服務通信保證了請求的唯一性，即同一時間只能有一個請求在處理D.服務通信的響應速度通常比話題通信慢，因為涉及更多的協(xié)議開銷24、在基于ROS的機器人協(xié)作搬運任務中，如果機器人之間的負載分配不均勻，可能會導致什么問題？（）A.部分機器人過載，任務失敗B.搬運效率提高C.機器人自動調整負載D.系統(tǒng)穩(wěn)定性增強25、在ROS中，消息（Message）是節(jié)點之間通信的數(shù)據(jù)單元。假設一個機器人的圖像采集節(jié)點需要將采集到的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給其他節(jié)點進行處理。以下關于ROS消息的描述，哪一項是不正確的？（）A.消息的定義使用特定的編程語言結構，如C++中的結構體或Python中的類B.可以自定義消息類型，以滿足特定的應用需求C.消息在發(fā)送和接收過程中會自動進行序列化和反序列化D.一旦定義了消息類型，就不能再添加或刪除其中的字段26、在ROS中，機器人的軟件架構設計需要考慮可擴展性和靈活性。假設一個機器人系統(tǒng)需要不斷添加新的功能和模塊。以下關于ROS軟件架構的描述，哪一項是不正確的？（）A.可以采用分層架構，將不同功能劃分到不同的層次B.微服務架構在ROS中不適用，因為會增加系統(tǒng)的復雜性C.軟件架構應該便于新模塊的集成和現(xiàn)有模塊的修改D.可以使用插件機制來實現(xiàn)功能的動態(tài)擴展和替換27、ROS中的節(jié)點可以通過參數(shù)進行配置。當需要在運行時動態(tài)修改節(jié)點的參數(shù)，以下哪種方式較為便捷？（）A.使用ROS的參數(shù)服務器B.通過命令行參數(shù)傳遞C.重新啟動節(jié)點并加載新的參數(shù)D.以上方式都有各自的優(yōu)缺點28、在機器人的軟件開發(fā)中，需要遵循一定的規(guī)范和標準，以提高代碼的可讀性、可維護性和可擴展性。假設一個大型機器人項目涉及多個開發(fā)團隊。以下哪種軟件開發(fā)方法和規(guī)范最適合這種情況？（）A.敏捷開發(fā)方法B.瀑布開發(fā)模型C.面向對象編程規(guī)范D.以上方法和規(guī)范結合使用29、在使用ROS進行機器人開發(fā)時，常常需要對機器人的傳感器數(shù)據(jù)進行處理和融合。假設有一個機器人配備了激光雷達、攝像頭和慣性測量單元（IMU）等多種傳感器，需要將這些傳感器的數(shù)據(jù)進行整合以獲得更準確的環(huán)境感知。在這個過程中，以下哪種技術或方法可能不是必需的？（）A.卡爾曼濾波B.深度學習中的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡C.數(shù)據(jù)壓縮算法D.坐標變換30、假設在ROS中開發(fā)一個用于工業(yè)生產的機器人手臂，需要實現(xiàn)高精度的軌跡跟蹤和力控制。為了達到這個要求，以下哪種控制方法和技術可能會被應用？（）A.基于模型的預測控制和力反饋B.先進的運動規(guī)劃算法和觸覺傳感器C.實時優(yōu)化控制和力/位混合控制D.以上都有可能二、分析題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）對于具有觸覺感知能力的機器人，分析機器人操作系統(tǒng)如何處理觸覺數(shù)據(jù)、實現(xiàn)力反饋控制和精細操作，以及如何在復雜的操作任務中提高觸覺感知的精度和可靠性。2、（本題5分）在氣象觀測領域，機器人用于氣象數(shù)據(jù)采集和設備維護。全面分析機器人操作系統(tǒng)在氣象傳感器管理、惡劣天氣適應、數(shù)據(jù)準確性保障和遠程監(jiān)控方面的技術要求，探討操作系統(tǒng)如何提高氣象觀測的效率和可靠性。3、（本題5分）機器人操作系統(tǒng)在體育訓練中的應用逐漸受到關注，如輔助運動員訓練、運動數(shù)據(jù)采集分析等。請綜合分析其在提高訓練效果、個性化訓練方案制定、預防運動損傷等方面的技術優(yōu)勢，研究體育訓練機器人在不同運動項目中的應用場景和發(fā)展?jié)摿?，以及在與運動員交互過程中的安全性和適應性問題。4、（本題5分）ROS在航空航天領域的機器人應用中，如衛(wèi)星維修、空間站建設等，面臨著高可靠性和高精度的要求。請詳細綜合分析ROS在這種特殊環(huán)境下的適應性和性能表現(xiàn)，以及如何保障機器人在太空環(huán)境中的長期穩(wěn)定運行。5、（本題5分）在機器人集群協(xié)作中，如大規(guī)模的無人機編隊飛行，分析機器人操作系統(tǒng)如何實現(xiàn)高效的任務分配、信息共享和協(xié)同控制，以及如何保證整個集群的穩(wěn)定性和魯棒性。三、簡答題（本大題共5個小題，共25分