2025年機器人工程師資格認證考試及答案1.單項選擇題（每題2分，共40分）1.1在ROS2中，下列哪條指令可以正確查看當前活躍節(jié)點列表并附帶其唯一標識符（GUID）？A.ros2nodelist–verboseB.ros2nodeinfo–allC.ros2lifecyclelistD.ros2paramdump答案：A解析：ros2nodelist–verbose會在標準列表后追加節(jié)點GUID、命名空間及所屬上下文，滿足題干要求。1.2某六自由度機械臂采用改進型D-H參數(shù)建模，若相鄰坐標系i與i+1的公共法線方向相反，則θ?與θ???的零位關(guān)系應(yīng)滿足：A.θ?=?θ???B.θ?=θ???+πC.θ?=θ????πD.無需修正答案：B解析：公共法線反向時，為保證連續(xù)變換矩陣行列式為+1，需將后者零位偏移π。1.3在基于事件相機的視覺慣性里程計中，時間表面（TimeSurface）的更新核函數(shù)若采用雙指數(shù)衰減，其最佳衰減系數(shù)應(yīng)：A.與IMU角速度模長成反比B.與場景平均光流成正比C.與事件率平方根成反比D.固定為0.5答案：C解析：事件率平方根反映場景動態(tài)強度，衰減系數(shù)與之成反比可抑制噪聲并保留邊緣運動信息。1.4對于采用EtherCAT的伺服驅(qū)動器，下列PDO映射方案可在1ms周期內(nèi)完成16軸同步且總線利用率最低？A.每軸映射4字節(jié)狀態(tài)字+4字節(jié)位置反饋B.每軸映射2字節(jié)狀態(tài)字+3字節(jié)位置反饋+1字節(jié)校驗C.每軸映射8字節(jié)位置+4字節(jié)力矩+2字節(jié)狀態(tài)D.每軸映射6字節(jié)位置+2字節(jié)狀態(tài)，采用分布式時鐘答案：D解析：6+2字節(jié)方案在DC同步下幀長最短，且無需校驗，利用率最低。1.5在強化學(xué)習(xí)抓取策略中，若采用SoftActor-Critic并引入基于力閉環(huán)的獎勵塑形，下列哪項最可能導(dǎo)致策略陷入局部最優(yōu)？A.獎勵函數(shù)中對力超限施加過大負值B.溫度參數(shù)α自動更新過快C.策略網(wǎng)絡(luò)使用ReLU激活D.經(jīng)驗回放池容量過大答案：A解析：過度懲罰力超限會使策略保守，拒絕接觸物體，陷入“空抓”局部最優(yōu)。1.6某AMR采用雙雷達+IMU+輪速的融合定位方案，若要在長直走廊消除縱向誤差，應(yīng)優(yōu)先調(diào)整：A.雷達掃描匹配中的角度權(quán)重B.IMU零偏隨機游走噪聲密度C.輪速計尺度因子D.擴展卡爾曼濾波過程噪聲協(xié)方差答案：C解析：長直走廊縱向誤差主要來源于輪徑尺度漂移，校正尺度因子最直接。1.7在FPGA實現(xiàn)CNN邊緣檢測時，若采用WinogradF(2×2,3×3)算法，所需最小乘法次數(shù)為：A.4B.8C.16D.32答案：B解析：WinogradF(2×2,3×3)將3×3卷積分解為4×4→2×2，乘法次數(shù)降至8次。1.8對協(xié)作機器人做ISO/TS15066生物力學(xué)限制測試時，若選用聚氨酯胸替身，其彈性模量應(yīng)最接近：A.0.1MPaB.0.5MPaC.1.0MPaD.5.0MPa答案：B解析：0.5MPa可模擬人體胸廓平均剛度，保證碰撞測試有效性。1.9在GazeboIgnition中，若需通過Python腳本實時修改<surface><friction><ode><mu>，應(yīng)調(diào)用的接口是：A.gazebo.set_physics_properties()B.EntityComponentManager.SetComponentData<Friction>()C.sdf::Element::GetElement("mu")->Set()D.ignition::gazebo::components::Friction::SetData()答案：B解析：IgnitionGazebo采用ECM架構(gòu)，通過SetComponentData直接修改組件。1.10當機器人關(guān)節(jié)采用諧波減速器時，若柔輪材料由40CrNiMoA改為15-5PH沉淀硬化不銹鋼，其疲勞壽命在相同載荷下將：A.提高約20%B.降低約10%C.提高一倍以上D.基本不變答案：C解析：15-5PH具有更高屈服強度與抗應(yīng)力腐蝕能力，疲勞壽命提升顯著。1.11在基于深度強化學(xué)習(xí)的多機調(diào)度中，若采用GraphAttentionNetwork作為值函數(shù)逼近器，為防止“過度平滑”，最佳頭數(shù)（head）設(shè)置為：A.1B.2C.4D.8答案：B解析：2頭兼顧表達能力與平滑抑制，實驗表明在100節(jié)點規(guī)模下最優(yōu)。1.12下列哪項不是ROS2LaunchXML中的合法標簽？A.<executable>B.<group>C.<let>D.<remap>答案：A解析：<executable>為PythonLaunchAPI中的類名，XML中應(yīng)使用<node>。1.13若要在NVIDIAJetsonOrinNano上啟用GPU加速的MoveIt2軌跡濾波，需編譯的插件庫為：A.moveit_core::IterativeParabolicParameterizationB.moveit_trajectory_ruckig::RuckigFilterC.moveit_cuda::CUDATimeParameterizationD.stomp_moveit::StompSmoothing答案：C解析：CUDATimeParameterization提供GPU并行時間參數(shù)化，適配Jetson。1.14在機器人操作系統(tǒng)安全審計中，若發(fā)現(xiàn)rclcpp節(jié)點存在“整數(shù)下溢”高危CVE，最佳熱修復(fù)策略是：A.使用LD_PRELOAD攔截memcpyB.升級rmw實現(xiàn)至補丁版本C.啟用fstack-protector-strong重編譯D.在launch文件增加<node><env>設(shè)置MALLOC_CHECK_答案：B解析：CVE源于rmw層序列化，升級rmw為官方補丁版本可根治。1.15當使用力控砂帶機對鈦合金葉片進行拋光時，若材料去除率突然下降，首要檢查：A.砂帶線速度B.接觸輪橡膠老化C.法向力設(shè)定值D.鈦合金表面氧化層厚度答案：B解析：橡膠老化導(dǎo)致實際接觸面積減小，切向力下降，去除率降低。1.16在Webots2023b中，若要為UR5e添加自研EtherCAT驅(qū)動，需實現(xiàn)的插件基類是：A.webots::RobotB.webots_ros2_driver::PluginInterfaceC.Ros2SensorPluginD.hardware_interface::SystemInterface答案：D解析：WebotsROS2接口基于ros2_control，需繼承SystemInterface。1.17對于采用LQR的倒立擺小車系統(tǒng)，若權(quán)重矩陣Q中角度項增大10倍，則閉環(huán)極點將：A.向左半平面移動，阻尼比增大B.向右半平面移動，阻尼比減小C.向左移動，阻尼比減小D.保持不變答案：A解析：增大角度懲罰等效于增加反饋增益，極點左移，阻尼比提高。1.18在SLAM后端優(yōu)化中，若采用ShurTrick加速BA，其計算復(fù)雜度從O((m+n)3)降至：A.O(m3)B.O(n3)C.O(mn2)D.O(m2n)答案：B解析：Shur消元后求解位姿塊，復(fù)雜度由路標數(shù)n主導(dǎo)，降至O(n3)。1.19當使用ROS2Composition機制時，若兩個component共享同一進程但不同executor，則數(shù)據(jù)零拷貝需滿足：A.使用LoanedMessage且rclcpp::Context相同B.使用intra-process通信且類型支持PlainOldDataC.采用共享指針且QoS為best_effortD.關(guān)閉MTexecutor答案：B解析：intra-process管理器通過共享指針實現(xiàn)零拷貝，需PlainOldData類型。1.20在機器人云平臺K8s調(diào)度中，若GPU節(jié)點存在“碎片化”，最合適的調(diào)度策略是：A.BinPackB.SpreadC.GPUShareD.TopologyAware答案：D解析：TopologyAware根據(jù)NVLink拓撲合并小Pod，減少碎片。2.多項選擇題（每題3分，共30分）2.1下列哪些措施可有效降低直驅(qū)關(guān)節(jié)電機齒槽轉(zhuǎn)矩？A.斜極B.分數(shù)槽C.定子軛部開輔助槽D.轉(zhuǎn)子表面貼釹鐵硼E.采用Halbach陣列答案：A、B、C、E解析：斜極與分數(shù)槽破壞周期性，輔助槽打散諧波，Halbach削弱諧波場；貼釹鐵硼僅提高主磁場，不直接降低齒槽。2.2在基于深度圖的紙箱拆垛中，可能導(dǎo)致“虛假平面”的因素有：A.深度相機過曝B.紙箱表面覆反光膜C.相鄰箱間隙小于2mmD.紙箱印刷二維碼E.環(huán)境紅外補光過強答案：A、B、C、E解析：過曝、反光、亞像素間隙、補光均會填充深度缺失，形成偽平面；二維碼對深度影響可忽略。2.3關(guān)于ROS2DDSQoS設(shè)置，下列組合可保證“晚加入訂閱者也能收到最后一條消息”？A.HISTORY=KEEP_LAST,DEPTH=1B.RELIABILITY=RELIABLEC.DURABILITY=TRANSIENT_LOCALD.LIVELINESS=AUTOMATICE.DEADLINE=1s答案：A、C解析：KEEP_LAST+DEPTH=1配合TRANSIENT_LOCAL可將最后樣本持久化，新訂閱者即刻獲得。2.4在機器人打磨工作站中，屬于“主動柔順”控制范疇的有：A.六維力傳感器反饋PIDB.關(guān)節(jié)電流估算力矩+阻抗C.氣動主軸浮動力控D.砂帶張力伺服E.機器人拖動示教答案：A、B、D解析：主動柔順需實時力閉環(huán)與算法調(diào)節(jié)；氣動浮動為被動，拖動示教非加工過程。2.5若要在IgnitionGazebo中實現(xiàn)激光雷達噪聲模型，需添加的SDF元素包括：A.<noise><type>gaussian</type></noise>B.<ray><noise>C.<sensor><always_on>D.<plugin>RandomNoisePlugin</plugin>E.<gaussian_mean>答案：A、B、E解析：SDF原生支持<noise><type>gaussian</type>，并可在<ray>內(nèi)嵌均值與方差；plugin非必需。2.6下列哪些算法可用于解決多機器人任務(wù)分配（MTSP）？A.CBBAB.HungarianC.GAwithchromosomereorderingD.DLiteE.ConsensusBasedBundleAlgorithm答案：A、B、C、E解析：DLite為單機器人動態(tài)路徑規(guī)劃，其余均可擴展至MTSP。2.7在FPGA實現(xiàn)ORB特征提取時，可提升幀率的優(yōu)化包括：A.積分圖像雙口BRAMB.FAST角點并行檢測C.rBRIEF描述子展開循環(huán)D.采用Harris響應(yīng)而非FASTE.使用Axi-Stream總線答案：A、B、C、E解析：Harris計算量大，不利于高速；其余均可提升吞吐。2.8關(guān)于協(xié)作機器人安全參數(shù)（ISO10218-1），下列說法正確的有：A.瞬態(tài)力限值150NB.靜態(tài)壓力限值150N/mm2C.人體模型胸為PU/肖氏A60D.測試速度≤250mm/sE.安全等級需達PLd答案：A、C、E解析：靜態(tài)壓力限500N/mm2，測試速度≤150mm/s。2.9在基于深度強化學(xué)習(xí)的導(dǎo)航中，若狀態(tài)空間包含激光+RGB+語義，可能導(dǎo)致過擬合的因子有：A.語義類別不平衡B.RGB圖像分辨率過高C.激光降采樣至360點D.使用BatchNormE.獎勵稀疏答案：A、B、E解析：類別失衡與高分辨率增加復(fù)雜度，稀疏獎勵導(dǎo)致方差大；降采樣與BN為抑制手段。2.10在ROS2Foxy中，下列哪些命令可用于實時查看節(jié)點內(nèi)存占用？A.ros2nodeinfo--debugB.ps-p$(pgrep-fnode_name)-opid,vsz,rssC.top-p$(ros2nodelist|grepnode_name|awk'{print$1}')D.ros2runrqt_toprqt_topE./proc/$(ros2componentlist)/status答案：B、D解析：ps與rqt_top可直接獲取RSS；ros2CLI無原生內(nèi)存接口；/proc路徑需已知PID。3.填空題（每空2分，共40分）3.1在MoveIt2中，若需將軌跡最大加速度從1rad/s2提升至2rad/s2，應(yīng)修改joint_limits.yaml中對應(yīng)關(guān)節(jié)的________字段，并重新運行________節(jié)點以生效。答案：max_acceleration，moveit_setup_assistant3.2對于采用增量式編碼器+電池多圈記憶的關(guān)節(jié)，當電池電壓低于________V時，多數(shù)廠商會觸發(fā)________報警。答案：2.7，絕對值丟失3.3在Gazebo仿真中，若需將重力加速度設(shè)為月球值，應(yīng)在.world文件的<physics><ode><gravity>填入________m/s2。答案：1.623.4當使用G2O進行位姿圖優(yōu)化時，若采用Cholmod線性求解器，其底層矩陣分解算法為________分解。答案：SparseCholesky3.5在ROS2中，若需將話題/temp_data的QoS歷史深度改為10，可在launch文件中使用<qos_profile><history>________</history><depth>________</depth></qos_profile>。答案：KEEP_LAST，103.6對于額定電流5A的伺服驅(qū)動器，若采用0.01Ω采樣電阻+12位ADC，參考電壓3.3V，則電流分辨率為________A。答案：3.3/(4096×0.01)≈0.08063.7在FPGA實現(xiàn)PID時，若采用18位有符號定點數(shù)，其中11位小數(shù)，則KP=1.5對應(yīng)的十六進制為________。答案：001800（1.5×2^11=3072=0xC00，符號擴展后0x001800）3.8當使用YOLOv5n在JetsonNano上推理，Batch=1、輸入320×320，INT8量化后幀率可達________FPS（官方基準約________）。答案：65，653.9在機器人打磨中，若砂帶線速度v=20m/s，接觸輪直徑D=0.2m，則轉(zhuǎn)速為________rpm。答案：v/(πD)×60≈19103.10對于采用CANopen的關(guān)節(jié)，若心跳報文周期為100ms，則NMT狀態(tài)機從Pre-operational切換到Operational的指令字節(jié)為________。答案：0x013.11在SLAM中，若采用iSAM2，當線性化點遠離真實值時，重新線性化的策略稱為________。答案：Dog-Leg3.12當使用ROS2Rolling時，若需啟用rclcpp日志文件名自動追加時間戳，應(yīng)設(shè)置環(huán)境變量________=1。答案：RCUTILS_LOGGING_USE_TIMESTAMP3.13對于7軸冗余機械臂，若采用梯度投影法進行避障，其零空間速度表達式為________。答案：(I?J?J)?H3.14在IgnitionGazebo中，若需通過Python獲取模型位姿，應(yīng)調(diào)用ignition.math.Pose3d的________方法。答案：CoordPositionSub3.15當使用EtherCAT分布式時鐘時，主站時鐘漂移補償PI控制器積分時間常數(shù)通常設(shè)為________s。答案：103.16在強化學(xué)習(xí)中，若采用PPO，Clip參數(shù)ε通常設(shè)為________。答案：0.23.17對于采用BLDC的直驅(qū)關(guān)節(jié)，其反電動勢常數(shù)Ke=0.05V·s/rad，則轉(zhuǎn)矩常數(shù)Kt=________N·m/A。答案：0.053.18在ROS2中，若需將節(jié)點綁定至CPU3，應(yīng)使用命令taskset-c3ros2runpkgnode，或在代碼中調(diào)用________。答案：sched_setaffinity3.19當使用OpenCVArUco進行手眼標定，若字典為DICT_6X6_250，則Marker邊長與焦距比值建議為________。答案：0.13.20在機器人云平臺中，若采用Knative實現(xiàn)自動擴縮容，其并發(fā)模型默認________算法。答案：StableWindow4.簡答題（每題10分，共50分）4.1某六自由度協(xié)作機器人采用串聯(lián)彈性驅(qū)動（SEA），關(guān)節(jié)剛度為500N·m/rad。當末端受到瞬態(tài)外力沖擊，測得彈簧形變0.02rad，持續(xù)80ms。請計算該沖擊能量，并說明如何通過控制策略降低對操作者的生物力學(xué)傷害。答案：能量E=?kθ2=?×500×0.022=0.1J。降低傷害策略：1.采用高增益力閉環(huán)快速卸載，在10ms內(nèi)將期望力矩置零；2.激活虛擬阻抗，將剛度降至50N·m/rad；3.觸發(fā)安全停機類別1，確保在80ms內(nèi)速度降至0.25m/s以下；4.利用冗余關(guān)節(jié)進行零空間避人運動，增大安全距離；5.事后記錄沖擊日志，用于在線學(xué)習(xí)更新力閾值。4.2在ROS2中，若需實現(xiàn)跨主機、跨DDS廠商的零拷貝共享內(nèi)存通信，請給出完整配置步驟，并說明如何驗證。答案：步驟：1.兩臺主機均安裝CycloneDDS+iceoryx；2.設(shè)置exportRMW_IMPLEMENTATION=rmw_cyclonedds_cpp；3.配置/etc/cyclonedds.xml啟用SharedMemory標簽；4.啟動iceoryxRouDi守護進程；5.在launch文件中為話題設(shè)置QoS：RELIABILITY=BEST_EFFORT，HISTORY=KEEP_LAST，DEPTH=1；6.發(fā)布者與訂閱者均聲明LoanedMessage；7.驗證：使用ros2topichz觀察延遲<0.1ms，且/proc/pid/maps顯示同一段/dev/shm/iceoryx內(nèi)存映射。4.3請推導(dǎo)基于李群SE(3)的機械臂動力學(xué)方程，并說明如何利用李括號性質(zhì)簡化計算。答案：設(shè)T∈SE(3)，V∈se(3)，動力學(xué)M(V?)+C(V)=τ。利用伴隨表示Ad_T，將慣性矩陣M轉(zhuǎn)換至體坐標：M_b=Ad_T^MAd_T?？剖狭桟可表示為C=ad_V^MV，其中ad_V為李括號算子。由于ad_V矩陣稀疏且含結(jié)構(gòu)零，可將O(n3)的科氏力計算降至O(n)。進一步利用se(3)基向量[e_i,e_j]=∑f_ijke_k，預(yù)計算結(jié)構(gòu)常數(shù)f_ijk，實現(xiàn)符號化簡。4.4某AMR采用雙雷達+IMU+輪速，機器人在長直走廊往返運行10km后縱向誤差達1.2m。請給出一種基于圖優(yōu)化的在線外參自標定方案，并估算可提升的精度。答案：方案：1.構(gòu)建位姿圖節(jié)點為雷達幀，邊為IMU預(yù)積分與輪速推算；2.將雷達間外參T_r1r2作為可優(yōu)化變量加入圖；3.利用走廊幾何平行約束，添加平行因子：平面法向量n在全局坐標系應(yīng)一致；4.每100m觸發(fā)一次優(yōu)化，采用iSAM2增量求解；5.實驗表明外參漂移0.3°時，縱向誤差可由1.2m降至0.15m，提升約8倍。4.5在5G遠程操控機器人場景中，若端到端時延為20ms，請設(shè)計一種基于預(yù)測顯示的補償算法，并給出穩(wěn)定性條件。答案：算法：1.本地端以2kHz頻率外推機器人模型，采用SE(3)指數(shù)映