2025年人工智能工程師專業(yè)知識考核試卷——智能機(jī)器人編程與調(diào)試試題考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請將正確選項(xiàng)的代表字母填寫在題號后的括號內(nèi)。每小題2分，共20分。）1.在機(jī)器人坐標(biāo)系中，通常將機(jī)器人基座固定坐標(biāo)系定義為（）。A.世界坐標(biāo)系B.基礎(chǔ)坐標(biāo)系C.手部坐標(biāo)系D.工具坐標(biāo)系2.下列哪種傳感器通常用于獲取機(jī)器人周圍環(huán)境的精確距離信息？（）A.超聲波傳感器B.紅外傳感器C.激光雷達(dá)D.觸覺傳感器3.ROS（RobotOperatingSystem）中，用于發(fā)布和訂閱消息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通常稱為？（）A.ServiceB.ActionC.TopicD.ParameterServer4.機(jī)器人運(yùn)動學(xué)逆解的主要目的是？（）A.計(jì)算機(jī)器人基座到末端執(zhí)行器的轉(zhuǎn)換矩陣B.根據(jù)末端執(zhí)行器位置和姿態(tài)計(jì)算各關(guān)節(jié)角度C.模擬機(jī)器人運(yùn)動軌跡D.估計(jì)機(jī)器人關(guān)節(jié)速度5.在機(jī)器人編程中，使用異常處理機(jī)制的主要目的是？（）A.提高代碼執(zhí)行效率B.美化代碼外觀C.處理程序運(yùn)行時可能出現(xiàn)的錯誤D.減少代碼行數(shù)6.以下哪種方法通常用于提高機(jī)器人路徑規(guī)劃的魯棒性？（）A.使用簡單的直線規(guī)劃B.增加路徑規(guī)劃時間C.采用基于采樣的規(guī)劃算法（如RRT）D.減少傳感器數(shù)據(jù)精度7.在ROS中，一個節(jié)點(diǎn)（Node）通常指的是？（）A.一個ROS參數(shù)B.一個ROS主題C.一個獨(dú)立的進(jìn)程或線程，發(fā)布或訂閱消息D.一個ROS服務(wù)8.機(jī)器人調(diào)試過程中，查看程序運(yùn)行日志的主要目的是？（）A.美化輸出信息B.分析程序執(zhí)行效率C.記錄程序運(yùn)行狀態(tài)和變量值，便于定位錯誤D.測試代碼格式規(guī)范性9.以下哪種編程范式強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)封裝和操作數(shù)據(jù)的函數(shù)集合？（）A.過程式編程B.面向?qū)ο缶幊藽.函數(shù)式編程D.邏輯式編程10.機(jī)器人進(jìn)行SLAM（SimultaneousLocalizationandMapping）的主要目的是？（）A.讓機(jī)器人學(xué)會跳舞B.在未知環(huán)境中同時進(jìn)行自身定位和地圖構(gòu)建C.提高機(jī)器人運(yùn)動速度D.減少機(jī)器人能耗二、填空題（請將答案填寫在橫線上。每空2分，共20分。）1.機(jī)器人控制通常分為______控制、______控制和______控制三個層次。2.ROS中，用于保存和加載配置參數(shù)的機(jī)制稱為______。3.機(jī)器人路徑規(guī)劃中，______算法通常用于在復(fù)雜環(huán)境中尋找無碰撞路徑。4.機(jī)器人狀態(tài)估計(jì)的目標(biāo)是估計(jì)機(jī)器人在______中的位置和姿態(tài)等信息。5.在Python中，使用______語句可以捕獲并處理異常。6.機(jī)器人編程中，函數(shù)的主要作用是______和______。7.激光雷達(dá)（LiDAR）數(shù)據(jù)通常以______的形式表示環(huán)境信息。8.機(jī)器人坐標(biāo)系中，______坐標(biāo)系是固定在機(jī)器人基座上的坐標(biāo)系。9.傳感器數(shù)據(jù)融合的目標(biāo)是將來自______個或多個傳感器的信息進(jìn)行組合，以提高感知的準(zhǔn)確性和魯棒性。10.機(jī)器人調(diào)試過程中，使用______可以設(shè)置程序暫停執(zhí)行，檢查變量狀態(tài)。三、簡答題（請簡潔明了地回答下列問題。每小題5分，共25分。）1.簡述機(jī)器人正運(yùn)動學(xué)和逆運(yùn)動學(xué)的區(qū)別與聯(lián)系。2.請簡述ROS中節(jié)點(diǎn)（Node）之間通過話題（Topic）進(jìn)行通信的基本流程。3.什么是機(jī)器人傳感器數(shù)據(jù)融合？它在機(jī)器人系統(tǒng)中有何重要性？4.在機(jī)器人編程中，什么是ROS？它主要由哪些核心組件構(gòu)成？5.簡述在機(jī)器人調(diào)試過程中，當(dāng)你遇到程序崩潰且沒有錯誤日志時，可以采取哪些初步的排查步驟？四、編程題（請閱讀題目要求，完成指定的編程任務(wù)。共25分。）假設(shè)你正在使用ROS（Python接口）開發(fā)一個簡單的機(jī)器人避障程序。機(jī)器人可以通過一個話題`/scan`接收來自激光雷達(dá)的掃描數(shù)據(jù)（假設(shè)數(shù)據(jù)格式為`sensor_msgs/LaserScan`），當(dāng)檢測到前方一定距離內(nèi)（例如，距離小于1米）有障礙物時，機(jī)器人需要停止前進(jìn)（模擬通過發(fā)布一個動作到`/move_base`動作服務(wù)器，動作目標(biāo)為停止）。請根據(jù)以上描述，完成以下編程任務(wù)：1.編寫一個ROSPython節(jié)點(diǎn)，訂閱`/scan`話題。2.在回調(diào)函數(shù)中，解析接收到的激光雷達(dá)數(shù)據(jù)，計(jì)算前方最近障礙物的距離。3.如果前方距離小于1米，則發(fā)布一個停止動作目標(biāo)到`/move_base`動作服務(wù)器。4.（選做，額外加分）如果前方距離大于1米，則可以模擬發(fā)布一個繼續(xù)前進(jìn)的動作目標(biāo)（假設(shè)動作目標(biāo)為前進(jìn)）。五、調(diào)試與分析題（請閱讀題目描述，進(jìn)行分析和調(diào)試。共30分。）```python#!/usr/bin/envpythonimportrospyfromstd_msgs.msgimportStringdefcallback(data):rospy.loginfo("Iheard%s",data.data.upper())deflistener():rospy.init_node('string_uppercase_listener',anonymous=True)rospy.Subscriber('/sensor_data',String,callback)rospy.spin()if__name__=='__main__':listener()```請具體說明：1.代碼中存在的至少兩個錯誤（語法錯誤、邏輯錯誤等）。2.針對每個錯誤，提出具體的修改建議。3.描述你將如何使用調(diào)試工具（如`rostopicecho`,`rospy.loginfo`等）來定位和驗(yàn)證這些錯誤。4.（選做，額外加分）如果修改后節(jié)點(diǎn)仍然不能正常工作，請分析可能的其他原因并提出進(jìn)一步的調(diào)試思路。試卷答案一、選擇題1.A2.C3.C4.B5.C6.C7.C8.C9.B10.B二、填空題1.機(jī)械；控制；感知2.ParameterServer3.（如）A*；（如）RRT*4.世界坐標(biāo)系5.try...except6.代碼復(fù)用；模塊化7.點(diǎn)云（或：點(diǎn)陣）8.基座9.多10.斷點(diǎn)（或：Debug器）三、簡答題1.解析思路：區(qū)分正運(yùn)動學(xué)（給定關(guān)節(jié)角度，計(jì)算末端位姿）和逆運(yùn)動學(xué)（給定末端位姿，計(jì)算關(guān)節(jié)角度）。強(qiáng)調(diào)兩者是運(yùn)動學(xué)問題的正反問題，通?；槟孢^程，用于不同的控制目的。2.解析思路：描述節(jié)點(diǎn)發(fā)布消息到話題，其他節(jié)點(diǎn)訂閱該話題消息的基本流程。涉及發(fā)布者（Publisher）、訂閱者（Subscriber）、話題（Topic）這三個核心概念及其交互關(guān)系。3.解析思路：定義傳感器數(shù)據(jù)融合是將多個傳感器的信息組合。強(qiáng)調(diào)其重要性在于提高感知的完整性、準(zhǔn)確性和魯棒性，尤其是在單一傳感器性能不足或環(huán)境復(fù)雜時。4.解析思路：定義ROS是機(jī)器人操作系統(tǒng)，是一個靈活的框架。列舉核心組件，通常包括節(jié)點(diǎn)（Nodes）、話題（Topics）、服務(wù)（Services）、動作（Actions）、參數(shù)服務(wù)器（ParameterServer）和ROS包（Packages）等。5.解析思路：列舉排查步驟：檢查硬件連接（傳感器、執(zhí)行器）；確認(rèn)節(jié)點(diǎn)是否正常啟動和運(yùn)行；使用`rostopiclist`,`rostopicecho`等命令檢查話題是否正常發(fā)布和訂閱數(shù)據(jù)；增加日志輸出（`rospy.loginfo`）跟蹤程序執(zhí)行流程；檢查配置文件和參數(shù)設(shè)置；如果使用仿真，檢查仿真環(huán)境狀態(tài)。四、編程題（注：此處不提供具體代碼，但應(yīng)包含以下關(guān)鍵元素）1.使用`rospy.init_node()`初始化節(jié)點(diǎn)；使用`rospy.Subscriber()`訂閱`/scan`話題，并指定回調(diào)函數(shù)。2.在回調(diào)函數(shù)中，獲取`LaserScan`消息數(shù)據(jù)，使用`scanranges`數(shù)組獲取距離值，通過遍歷或查找最小值獲取前方最近障礙物距離。3.如果最近距離小于1.0，使用`actionlib.SimpleActionClient`創(chuàng)建一個客戶端，連接到`/move_base`動作服務(wù)器，并發(fā)送一個表示停止的動作目標(biāo)（例如，自定義動作目標(biāo)包含停止指令）。注意處理動作完成回調(diào)。4.（選做）如果距離大于1.0，類似地發(fā)送一個表示前進(jìn)的動作目標(biāo)。五、調(diào)試與分析題1.錯誤1：話題類型訂閱錯誤。*解析思路：代碼中`rospy.Subscriber('/sensor_data',String,callback)`訂閱的話題類型是`String`，但假設(shè)的發(fā)布者發(fā)布的是`sensor_msgs/LaserScan`類型。兩者不匹配，導(dǎo)致回調(diào)函數(shù)接收不到數(shù)據(jù)或引發(fā)錯誤。*修改建議：將訂閱類型改為`sensor_msgs/LaserScan`，即`rospy.Subscriber('/sensor_data',sensor_msgs/LaserScan,callback)`。需要先`importsensor_msgs/LaserScan`。2.錯誤2：缺少對ROS初始化的檢查。*解析思路：雖然調(diào)用了`rospy.init_node()`，但沒有明確檢查ROSLinux環(huán)境是否初始化成功。在某些情況下，缺少`rospy.init_node()`的調(diào)用或其參數(shù)設(shè)置可能導(dǎo)致日志無法正常輸出或其他依賴初始化的功能失效。*修改建議：在`listener()`函數(shù)中，可以在`rospy.init_node()`之后增加一行檢查初始化狀態(tài)的代碼，如`ifrospy.isInitialized():rospy.loginfo("ROSinitializedsuccessfully.")`。或者確保`rospy.init_node()`被正確調(diào)用且其參數(shù)設(shè)置符合預(yù)期。3.調(diào)試步驟：*檢查話題：使用`rostopiclist`確認(rèn)`/sensor_data`話題是否存在。使用`rostopicecho/sensor_data`查看是否有數(shù)據(jù)發(fā)布，以及數(shù)據(jù)格式是否為`sensor_msgs/LaserScan`。如果話題不存在或數(shù)據(jù)格式不對，問題可能在發(fā)布者。*檢查日志：在回調(diào)函數(shù)內(nèi)部增加`rospy.loginfo("Receivedscandata.")`或`rospy.loginfo("Distance:%f",data.ranges[0])`等日志輸出，運(yùn)行節(jié)點(diǎn)查看日志是否打印，以及打印的內(nèi)容是否符合預(yù)期。這有助于確認(rèn)節(jié)點(diǎn)是否啟動、回調(diào)是否被調(diào)用以及是否能獲取數(shù)據(jù)。*檢查節(jié)點(diǎn)啟動：確認(rèn)節(jié)