2025年大學(xué)《信息與計(jì)算科學(xué)》專業(yè)題庫——智能機(jī)器人與人機(jī)協(xié)作考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項(xiàng)的代表字母填在題干后的括號內(nèi)）1.下列哪一項(xiàng)不屬于典型的人機(jī)協(xié)作機(jī)器人（Cobot）的安全防護(hù)措施？A.防護(hù)圍欄B.光電保護(hù)裝置C.安全控制器D.超聲波傳感器陣列2.在機(jī)器人環(huán)境感知中，能夠提供高分辨率、深度信息，但易受光照和紋理變化影響的傳感器是？A.激光雷達(dá)（LiDAR）B.紅外傳感器C.普通攝像頭D.超聲波傳感器3.以下哪種路徑規(guī)劃算法主要適用于已知、靜態(tài)環(huán)境中的全局路徑規(guī)劃？A.A*算法B.Dijkstra算法C.滾動窗口法D.ICP算法4.人機(jī)協(xié)作中，“共享控制”模式的核心特點(diǎn)是指？A.機(jī)器人完全自主執(zhí)行任務(wù)，人僅負(fù)責(zé)監(jiān)督。B.人和機(jī)器人共同決策并執(zhí)行任務(wù)，控制權(quán)動態(tài)分配。C.人操作機(jī)器人的末端執(zhí)行器，機(jī)器人負(fù)責(zé)精確跟隨。D.人為機(jī)器人提供指令，機(jī)器人自主完成操作。5.機(jī)器人學(xué)習(xí)領(lǐng)域中，通過讓機(jī)器人在與環(huán)境的交互中試錯(cuò)學(xué)習(xí)策略的方法通常稱為？A.監(jiān)督學(xué)習(xí)B.無監(jiān)督學(xué)習(xí)C.強(qiáng)化學(xué)習(xí)D.半監(jiān)督學(xué)習(xí)6.下列關(guān)于人機(jī)交互（HRI）的描述，哪一項(xiàng)是錯(cuò)誤的？A.自然語言處理（NLP）是人機(jī)交互的重要技術(shù)方向。B.共情能力對于提升人機(jī)交互體驗(yàn)至關(guān)重要。C.機(jī)器人行為的社會性規(guī)范不屬于人機(jī)交互研究范疇。D.多模態(tài)交互（融合視覺、聽覺等）能提供更豐富的交互信息。7.在人機(jī)協(xié)作場景下，可能導(dǎo)致物理傷害的主要風(fēng)險(xiǎn)因素之一是？A.機(jī)器人決策的延遲B.人機(jī)界面（HMI）設(shè)計(jì)不友好C.協(xié)作過程中的人為錯(cuò)誤操作D.傳感器數(shù)據(jù)的噪聲干擾8.以下哪項(xiàng)技術(shù)通常用于實(shí)現(xiàn)移動機(jī)器人的實(shí)時(shí)定位與地圖構(gòu)建（SLAM）？A.GPS/北斗定位B.慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）C.激光雷達(dá)掃描與視覺里程計(jì)D.藍(lán)牙信標(biāo)定位9.當(dāng)人機(jī)協(xié)作系統(tǒng)需要處理高度復(fù)雜或不確定的任務(wù)時(shí)，哪種人機(jī)交互模式可能更為適用？A.遠(yuǎn)程操作B.主從控制C.監(jiān)督控制D.共融協(xié)作10.智能機(jī)器人系統(tǒng)通常需要集成多種傳感器，其主要目的是？A.提高機(jī)器人的計(jì)算速度B.增加機(jī)器人的物理尺寸C.獲取更全面、準(zhǔn)確的環(huán)境信息和自身狀態(tài)D.降低機(jī)器人的制造成本二、簡答題（每小題5分，共20分）1.簡述機(jī)器人在人機(jī)協(xié)作模式下，實(shí)現(xiàn)安全交互的主要技術(shù)手段有哪些？2.解釋什么是機(jī)器人路徑規(guī)劃？并簡述全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃的區(qū)別。3.描述人機(jī)交互（HRI）中“共享控制”模式的基本概念及其優(yōu)勢。4.簡述一個(gè)典型的工業(yè)機(jī)器人在執(zhí)行與人協(xié)作任務(wù)前，需要進(jìn)行哪些方面的安全檢查或設(shè)置？三、論述題（每小題10分，共30分）1.論述機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)（如深度學(xué)習(xí)）在提升智能機(jī)器人感知與決策能力方面的作用與應(yīng)用前景。2.闡述人機(jī)協(xié)作機(jī)器人（Cobot）相較于傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人，在應(yīng)用場景、優(yōu)勢以及面臨的主要挑戰(zhàn)方面有哪些不同？3.探討人機(jī)協(xié)作的倫理問題，例如責(zé)任歸屬、人機(jī)關(guān)系影響等，并提出可能的應(yīng)對策略或思考方向。四、設(shè)計(jì)與分析題（共20分）假設(shè)需要設(shè)計(jì)一個(gè)在人跡罕至的災(zāi)區(qū)進(jìn)行物資搜索和初步清理的智能機(jī)器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)需要與人進(jìn)行一定程度的協(xié)作。請分析：1.該系統(tǒng)在感知、決策、執(zhí)行層面可能需要哪些關(guān)鍵技術(shù)和功能模塊？（10分）2.設(shè)計(jì)中人機(jī)協(xié)作的具體模式，并說明選擇該模式的原因。同時(shí)，分析在此場景下可能存在的安全風(fēng)險(xiǎn)及相應(yīng)的防護(hù)措施。（10分）試卷答案一、選擇題1.D2.C3.B4.B5.C6.C7.C8.C9.C10.C二、簡答題1.機(jī)器人在人機(jī)協(xié)作模式下實(shí)現(xiàn)安全交互的主要技術(shù)手段包括：物理隔離（如安全圍欄、光柵/激光掃描儀）、速度與分離監(jiān)控（SLS）、力/力矩傳感器（實(shí)現(xiàn)柔順交互與碰撞檢測）、安全控制器（執(zhí)行安全邏輯）、人機(jī)交互界面（提供狀態(tài)反饋與指令輸入）以及緊急停止機(jī)制。2.機(jī)器人路徑規(guī)劃是指為機(jī)器人在給定環(huán)境中從起點(diǎn)移動到目標(biāo)點(diǎn)尋找一條可行且最優(yōu)（或滿意）路徑的算法過程。全局路徑規(guī)劃是指在已知完整環(huán)境地圖信息的情況下，規(guī)劃一條從起點(diǎn)到終點(diǎn)的宏觀路徑，通常不考慮動態(tài)障礙物，算法復(fù)雜度相對較低（如Dijkstra、A*）。局部路徑規(guī)劃是指在機(jī)器人移動過程中，根據(jù)傳感器獲取的局部環(huán)境信息，實(shí)時(shí)調(diào)整路徑以避開動態(tài)障礙物或適應(yīng)環(huán)境變化，路徑通常較短，反應(yīng)速度快，但全局最優(yōu)性難以保證（如動態(tài)窗口法）。3.共享控制是人機(jī)協(xié)作的一種模式，在這種模式下，機(jī)器人和人共同參與決策和執(zhí)行任務(wù)，控制權(quán)不是完全交給機(jī)器人或人，而是在兩者之間根據(jù)任務(wù)需求、環(huán)境變化和人的意圖動態(tài)分配。其優(yōu)勢在于能夠結(jié)合機(jī)器人的高精度、高效率與人腦的智能性、靈活性和創(chuàng)造力，實(shí)現(xiàn)“人機(jī)優(yōu)勢互補(bǔ)”，提升任務(wù)的整體性能和安全性。4.工業(yè)機(jī)器人在執(zhí)行與人協(xié)作任務(wù)前，通常需要進(jìn)行的安全檢查或設(shè)置包括：確認(rèn)安全圍欄或光幕等物理防護(hù)裝置完好有效；檢查安全控制器參數(shù)設(shè)置符合人機(jī)協(xié)作要求（如降低速度、增加安全區(qū)域）；確認(rèn)急停按鈕易于觸及且功能正常；檢查機(jī)器人本體的狀態(tài)（如關(guān)節(jié)、傳感器無異常）；設(shè)置機(jī)器人與人的安全距離或交互區(qū)域；確認(rèn)操作人員接受了相關(guān)安全培訓(xùn)并了解協(xié)作流程；根據(jù)需要啟動機(jī)器人的力感應(yīng)或柔順控制模式。三、論述題1.機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，特別是深度學(xué)習(xí)，在提升智能機(jī)器人感知與決策能力方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在感知方面，深度學(xué)習(xí)模型（如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)CNN）能夠從攝像頭或傳感器數(shù)據(jù)中自動學(xué)習(xí)特征，實(shí)現(xiàn)更魯棒、更精確的目標(biāo)檢測、識別與分割，理解復(fù)雜場景語義，例如識別地面、墻壁、行人、障礙物等?；趯W(xué)習(xí)模型，機(jī)器人可以更好地處理光照變化、遮擋、背景干擾等挑戰(zhàn)。在決策方面，強(qiáng)化學(xué)習(xí)等算法使機(jī)器人能夠通過與環(huán)境的交互試錯(cuò)，學(xué)習(xí)到最優(yōu)策略，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的任務(wù)規(guī)劃、路徑選擇和動態(tài)行為決策，適應(yīng)非結(jié)構(gòu)化環(huán)境。此外，模仿學(xué)習(xí)使機(jī)器人能快速學(xué)習(xí)人類專家的操作技能。應(yīng)用前景廣闊，包括更智能的自主導(dǎo)航、更自然的交互、更靈活的任務(wù)執(zhí)行，推動機(jī)器人從自動化向智能化邁進(jìn)。2.人機(jī)協(xié)作機(jī)器人（Cobot）相較于傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人，應(yīng)用場景更側(cè)重于與人近距離、協(xié)同工作在動態(tài)、非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境中，如生產(chǎn)線邊、倉儲、物流、裝配輔助、實(shí)驗(yàn)室等。優(yōu)勢在于更高的安全性與易用性（設(shè)計(jì)時(shí)考慮人機(jī)安全距離、力量限制，通常無需安全圍欄）、更高的靈活性和部署速度、更自然直觀的人機(jī)交互能力。面臨的挑戰(zhàn)主要包括：在復(fù)雜、動態(tài)環(huán)境下的感知與規(guī)劃能力仍需提升；與人協(xié)作時(shí)的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性和安全性要求極高；需要更智能的交互策略和意圖理解能力；成本相對較高；標(biāo)準(zhǔn)化和互操作性有待加強(qiáng)；倫理和社會問題（如就業(yè)影響）需要關(guān)注。3.人機(jī)協(xié)作的倫理問題主要體現(xiàn)在責(zé)任歸屬和人際關(guān)系影響上。責(zé)任歸屬問題是指在協(xié)作過程中發(fā)生意外或錯(cuò)誤時(shí)，責(zé)任應(yīng)如何界定？是機(jī)器人開發(fā)者、所有者、使用者還是機(jī)器人本身？目前缺乏明確的法律和倫理框架。人際關(guān)系影響方面，長期與機(jī)器人緊密協(xié)作可能影響人的社交能力、技能發(fā)展，甚至產(chǎn)生情感依賴或疏離感。應(yīng)對策略或思考方向包括：建立清晰的法律和倫理規(guī)范，明確各方責(zé)任；加強(qiáng)安全設(shè)計(jì)和監(jiān)管，預(yù)防事故發(fā)生；設(shè)計(jì)具有透明度、可解釋性和可預(yù)測性的機(jī)器人行為，增強(qiáng)人的信任感；提供人機(jī)協(xié)作相關(guān)的培訓(xùn)，提升人的適應(yīng)能力；開展社會影響研究，促進(jìn)人機(jī)和諧共存。四、設(shè)計(jì)與分析題1.該災(zāi)區(qū)物資搜索與清理機(jī)器人系統(tǒng)可能需要的關(guān)鍵技術(shù)和功能模塊包括：*感知模塊：高分辨率攝像頭（可見光/紅外，用于環(huán)境識別、目標(biāo)檢測）、激光雷達(dá)（LiDAR，用于建圖、避障、定位）、慣性測量單元（IMU，用于姿態(tài)估計(jì)與輔助定位）、超聲波/毫米波雷達(dá)（用于近距離障礙物探測）、熱成像傳感器（用于夜間或煙霧中搜索）。*決策與規(guī)劃模塊：地圖構(gòu)建與SLAM技術(shù)（處理非結(jié)構(gòu)化環(huán)境）、路徑規(guī)劃算法（全局與局部結(jié)合，避開障礙物）、任務(wù)規(guī)劃與優(yōu)先級管理（根據(jù)物資類型、區(qū)域重要性分配搜索任務(wù)）、人機(jī)交互理解模塊（理解指令、狀態(tài)詢問等）。*執(zhí)行模塊：驅(qū)動系統(tǒng)與運(yùn)動控制器（實(shí)現(xiàn)移動、轉(zhuǎn)向）、機(jī)械臂與末端執(zhí)行器（抓取、搬運(yùn)、簡單清理）、移動平臺（如輪式、履帶式，適應(yīng)復(fù)雜地形）。*人機(jī)交互模塊：通信系統(tǒng)（如無線網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信）、遠(yuǎn)程監(jiān)控界面（顯示機(jī)器人狀態(tài)、環(huán)境信息）、語音或指令輸入接口（方便救援人員遠(yuǎn)程指導(dǎo)或查詢）。*安全與電源模塊：本身具備一定環(huán)境適應(yīng)能力（防水、防塵）、緊急停止機(jī)制、備用電源、狀態(tài)自檢與故障報(bào)警。2.人機(jī)協(xié)作模式設(shè)計(jì)：建議采用“監(jiān)督控制”模式。原因如下：災(zāi)區(qū)環(huán)境復(fù)雜且動態(tài)，機(jī)器人需要根據(jù)人類救援人員的實(shí)時(shí)指令和整體策略調(diào)整搜索重點(diǎn)和清理行動；救援人員對災(zāi)區(qū)具體情況和物資需求有更全面的了解，需要人類進(jìn)行宏觀決策和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)干預(yù)；監(jiān)督控制模式能充分發(fā)揮人的經(jīng)驗(yàn)和判斷力，同時(shí)利用機(jī)器人的移動和作業(yè)能力提高效率，適應(yīng)緊急情況下的任務(wù)變化。在此場景下可能存在的安全風(fēng)險(xiǎn)及防護(hù)措施：*物理風(fēng)險(xiǎn)：機(jī)器人移動或操作時(shí)可能碰撞到幸存者、救援人員或其他重要物體。防護(hù)措施：采用激光雷達(dá)、攝像頭等多傳感器融合進(jìn)行環(huán)境感知，實(shí)時(shí)避障；設(shè)置安全速度限制；配備力/力矩傳感器，實(shí)現(xiàn)柔順接觸和碰撞檢測與緩沖；明確機(jī)器人作業(yè)區(qū)域并與人員活動區(qū)域進(jìn)行動態(tài)管理或隔離。*環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)：災(zāi)區(qū)可能存在倒塌物、污泥、有毒氣體等危險(xiǎn)環(huán)境。防護(hù)措施：機(jī)器人設(shè)計(jì)需具備高防護(hù)等級（IP等級）；選用耐腐蝕、堅(jiān)固的材料；集成氣體傳