機(jī)器人運(yùn)維技術(shù)員機(jī)器人操作系統(tǒng)面試題目及答案考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述ROS的基本概念，并說明節(jié)點(diǎn)、話題、服務(wù)和參數(shù)服務(wù)器在ROS通信中的作用和區(qū)別。二、描述在ROS環(huán)境中，如何為你的ROS包創(chuàng)建一個簡單的發(fā)布者節(jié)點(diǎn)（Publisher），該節(jié)點(diǎn)持續(xù)發(fā)布`geometry_msgs/Twist`類型的消息，目標(biāo)速度為線性速度1.0m/s，角速度0.5rad/s。請寫出相關(guān)的ROS包依賴、C++節(jié)點(diǎn)代碼框架以及啟動該節(jié)點(diǎn)的命令。三、假設(shè)你需要監(jiān)控一個名為`sensor_data`的話題，該話題發(fā)布`sensor_msgs/Image`類型的消息。請列出至少三種使用`rostopic`命令來查看該話題消息內(nèi)容的方法，并簡要說明每種方法的用途。四、解釋ROS服務(wù)（Service）與話題（Topic）的主要區(qū)別。給出一個使用Python（`actionlib`庫）創(chuàng)建一個簡單服務(wù)提供者（ServiceProvider）的例子，該服務(wù)名為`add_two_ints`，接受兩個整數(shù)請求，并返回它們的和。請寫出服務(wù)消息的簡單定義和服務(wù)節(jié)點(diǎn)的主要代碼框架。五、說明ROS參數(shù)服務(wù)器（ParameterServer）的主要用途。請分別使用`rosparam`命令和在你的ROS節(jié)點(diǎn)（C++或Python）代碼中，寫出兩種設(shè)置名為`robot/model_name`的參數(shù)，值為`"ur5"`的方法。六、當(dāng)你發(fā)現(xiàn)機(jī)器人上的ROS節(jié)點(diǎn)無法啟動或運(yùn)行異常時，你會采取哪些步驟來排查問題？請?jiān)敿?xì)描述你通常會檢查的幾個關(guān)鍵點(diǎn)，并列出相應(yīng)的ROS命令或工具。七、描述使用RViz進(jìn)行ROS節(jié)點(diǎn)調(diào)試的常用方法。假設(shè)你需要可視化一個名為`my_robot/chassis`的坐標(biāo)系以及一個發(fā)布在`/odom`話題上的`geometry_msgs/PoseStamped`消息，請說明如何配置RViz的顯示項(xiàng)，并簡要描述如何使用RViz的“工具”欄來檢查這些數(shù)據(jù)。八、解釋什么是ROS包（Package），并說明在Catkin工作空間中，如何創(chuàng)建一個包含一個發(fā)布者節(jié)點(diǎn)和一個訂閱者節(jié)點(diǎn)的簡單ROS包。請列出主要的步驟和關(guān)鍵命令。九、在機(jī)器人運(yùn)維過程中，如果某個ROS節(jié)點(diǎn)的日志文件變得過大，影響了系統(tǒng)性能，你將如何處理？請描述至少兩種管理ROS日志文件的方法，并說明其原理和適用場景。十、假設(shè)你正在維護(hù)一個使用ROS2的機(jī)器人系統(tǒng)，你需要為一個節(jié)點(diǎn)定義一個自定義行為，該行為需要異步地執(zhí)行一個任務(wù)，并在任務(wù)完成后返回一個狀態(tài)（成功或失?。Ｕ埡喪瞿憧梢允褂媚男㏑OS2的核心機(jī)制來實(shí)現(xiàn)這一功能，并說明選擇這些機(jī)制的理由。試卷答案一、答案：ROS（RobotOperatingSystem）是一個用于編寫機(jī)器人軟件的靈活框架，提供了諸如硬件抽象、低級設(shè)備控制、常用功能實(shí)現(xiàn)、消息傳遞和包管理等特性。它不是一個操作系統(tǒng)，而是一個庫和工具集。*節(jié)點(diǎn)（Node）：是ROS中的基本執(zhí)行單元，是一個運(yùn)行在獨(dú)立進(jìn)程中的程序，通常用于執(zhí)行特定的任務(wù)，如發(fā)布或訂閱話題、提供服務(wù)、讀取參數(shù)等。*話題（Topic）：是ROS中節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行通信的發(fā)布-訂閱模式通道。一個節(jié)點(diǎn)可以發(fā)布消息到某個話題，其他節(jié)點(diǎn)可以訂閱該話題來接收消息。主要用于傳遞實(shí)時數(shù)據(jù)流。*服務(wù)（Service）：是ROS中節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行請求-響應(yīng)模式通信的機(jī)制。一個節(jié)點(diǎn)提供（服務(wù)提供者）一個服務(wù)，其他節(jié)點(diǎn)可以請求（服務(wù)請求者）該服務(wù)。通常用于執(zhí)行非實(shí)時、需要等待返回結(jié)果的操作。*參數(shù)服務(wù)器（ParameterServer）：是ROS中用于存儲配置參數(shù)的鍵值對數(shù)據(jù)庫。節(jié)點(diǎn)可以讀取參數(shù)服務(wù)器上的參數(shù)來配置自身行為，也可以寫入?yún)?shù)。參數(shù)服務(wù)器可以在運(yùn)行時被修改，無需重啟節(jié)點(diǎn)。解析思路：題目要求理解ROS基本概念及核心組件的作用與區(qū)別。答案需首先定義ROS，然后分別解釋節(jié)點(diǎn)、話題、服務(wù)和參數(shù)服務(wù)器的定義及其在ROS通信中的具體作用。特別要強(qiáng)調(diào)話題（發(fā)布/訂閱，異步，數(shù)據(jù)流）和服務(wù)（請求/響應(yīng)，同步/異步，結(jié)果返回）的區(qū)別，以及參數(shù)服務(wù)器的配置存儲功能。二、答案：```c++#include<ros/ros.h>#include<geometry_msgs/Twist.h>intmain(intargc,charargv){ros::init(argc,argv,"simple_twist_publisher");ros::NodeHandlenh;ros::Publisherpub=nh.advertise<geometry_msgs::Twist>("cmd_vel",10);geometry_msgs::Twistmsg;msg.linear.x=1.0;msg.angular.z=0.5;//注意：ROS2中通常是angular.zros::Rateloop_rate(10);//10Hzwhile(ros::ok()){pub.publish(msg);ros::spinOnce();loop_rate.sleep();}return0;}```依賴：`<geometry_msgs/Twist.h>`，`<ros/ros.h>`編譯命令（假設(shè)包名為`my_robot`，使用catkin）：```bashcd~/catkin_ws/src/my_robotcatkin_makesourcedevel/setup.bash```啟動命令：```bashrosrunmy_robotsimple_twist_publisher#或者先啟動roscoreroscore#再運(yùn)行rosrunmy_robotsimple_twist_publisher```解析思路：題目要求編寫發(fā)布者節(jié)點(diǎn)代碼。答案需包含：1)包含必要的頭文件；2)`main`函數(shù)初始化ROS節(jié)點(diǎn)和發(fā)布者；3)創(chuàng)建`geometry_msgs/Twist`消息對象并設(shè)置速度值（注意ROS1和ROS2在角速度字段上的差異，這里按ROS1的`angular.z`給出，若為ROS2需改為`angular_velocity.z`）；4)使用`ros::Rate`控制發(fā)布頻率；5)在循環(huán)中持續(xù)發(fā)布消息；6)提供編譯依賴和啟動命令。解析需解釋代碼各部分的作用及命令的用途。三、答案：1.`rostopicecho/sensor_data`*用途：實(shí)時顯示該話題上收到的最新一條消息的完整內(nèi)容。適用于快速查看單條消息格式。2.`rostopicecho-n5/sensor_data`*用途：顯示該話題上收到的最新的5條消息。適用于查看最近幾次的消息變化。3.`rostopiclist`*用途：列出當(dāng)前ROS核心運(yùn)行的所有話題。雖然不能直接查看`sensor_data`的內(nèi)容，但可以確認(rèn)該話題是否已經(jīng)被發(fā)布者注冊，是排查通信問題的第一步。4.`rostopicmonitor/sensor_data`*用途：實(shí)時監(jiān)控該話題上發(fā)布的所有消息，并顯示其序列號和時間戳。適用于長時間跟蹤消息流，或查看消息發(fā)布的頻率和連續(xù)性。解析思路：題目要求列出查看話題消息內(nèi)容的方法。答案需提供多個實(shí)用的`rostopic`命令及其參數(shù)，并解釋每個命令的功能和適用場景。選項(xiàng)1和2使用`echo`查看消息內(nèi)容，選項(xiàng)3使用`list`確認(rèn)話題存在，選項(xiàng)4使用`monitor`進(jìn)行長時間監(jiān)控。需說明這些方法在調(diào)試過程中的不同側(cè)重點(diǎn)。四、答案：服務(wù)消息定義（在`msg`文件夾下的`AddTwoInts.msg`）：```plaintextint32aint32bint32sum```Python服務(wù)提供者代碼框架：```python#!/usr/bin/envpythonimportrospyfrommy_package.msgimportAddTwoInts#假設(shè)包名為my_packagefromactionlibimportSimpleActionServerclassAddTwoIntsServer(object):def__init__(self):#創(chuàng)建一個名為"add_two_ints"的異步服務(wù)self.server=SimpleActionServer('add_two_ints',AddTwoInts,self.handle_add,auto_start=False)self.server.start()defhandle_add(self,goal):rospy.loginfo("Receivedgoal:%d+%d",goal.a,goal.b)#模擬處理時間rospy.sleep(1.0)result=AddTwoInts()result.sum=goal.a+goal.brospy.loginfo("Sentresult:%d",result.sum)#返回結(jié)果self.server.set_succeeded(result)if__name__=='__main__':rospy.init_node('add_two_ints_server')server=AddTwoIntsServer()rospy.spin()```依賴：`<actionlib/actionlib.h>`，`<my_package/AddTwoInts.msg>`，`<ros/ros.h>`解析思路：題目要求編寫服務(wù)提供者。答案需包含：1)定義服務(wù)消息（.msg文件）；2)使用`SimpleActionServer`（適用于非實(shí)時、異步任務(wù)）；3)在初始化函數(shù)中創(chuàng)建并啟動服務(wù)器；4)定義回調(diào)函數(shù)`handle_add`，獲取請求參數(shù)，執(zhí)行計算，設(shè)置返回結(jié)果；5)使用`set_succeeded`標(biāo)記任務(wù)成功。解析需解釋服務(wù)機(jī)制、`actionlib`庫的作用、回調(diào)函數(shù)模式以及代碼各部分的功能。五、答案：使用`rosparam`命令：```bashrosparamsetrobot/model_name"ur5"```在ROS節(jié)點(diǎn)（Python）代碼中：```python#!/usr/bin/envpythonimportrospyfromstd_msgs.msgimportStringdefcallback(data):rospy.loginfo("Iheard%s",data.data)deflistener():rospy.init_node('param_listener',anonymous=True)rospy.Subscriber("chatter",String,callback)rospy.SetParam("robot/model_name","ur5")#設(shè)置參數(shù)rospy.spin()if__name__=='__main__':listener()```（注：Python中使用`rospy.SetParam`，C++中使用`ros::NodeHandle::setParam`）解析思路：題目要求設(shè)置參數(shù)的方法。答案需提供命令行和節(jié)點(diǎn)代碼兩種方式。命令行方式直接使用`rosparamset`。代碼方式需在節(jié)點(diǎn)初始化后使用`NodeHandle`的`setParam`方法。解析需解釋參數(shù)服務(wù)器的用途（配置管理），以及兩種設(shè)置方法的適用場景（命令行適合一次性配置，代碼中適合動態(tài)加載或按需設(shè)置）。六、答案：排查ROS節(jié)點(diǎn)啟動或運(yùn)行異常的步驟通常包括：1.檢查roscore是否運(yùn)行：使用`roscore-h`確認(rèn)roscore服務(wù)正在運(yùn)行，這是ROS通信的基礎(chǔ)。如果未運(yùn)行，啟動它。2.檢查節(jié)點(diǎn)是否被發(fā)布：使用`rosnodelist`查看當(dāng)前活動的節(jié)點(diǎn)列表，確認(rèn)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)是否存在。3.檢查話題和服務(wù)：使用`rostopiclist`和`rosservicelist`檢查與節(jié)點(diǎn)相關(guān)的預(yù)期話題和服務(wù)是否已注冊。嘗試使用`rostopicecho<topic>`或`rosservicecall<service>`測試通信鏈路是否通暢。4.查看節(jié)點(diǎn)日志：使用`roswatch`,`rqt_graph`,`rosrunrqt_plotrqt_plot`,或直接查看`~/.ros/run/*`目錄下的日志文件，搜索節(jié)點(diǎn)名稱或錯誤信息。使用`roslaunch`啟動時，日志通常在`.ros/log`目錄。5.檢查節(jié)點(diǎn)依賴：確認(rèn)節(jié)點(diǎn)依賴的包是否已安裝，依賴的參數(shù)是否已設(shè)置。6.檢查節(jié)點(diǎn)配置文件：如果節(jié)點(diǎn)使用配置文件（.cfg），檢查其語法和參數(shù)設(shè)置是否正確。7.檢查資源占用：使用`top`或`htop`等工具檢查節(jié)點(diǎn)進(jìn)程的CPU和內(nèi)存使用情況，判斷是否存在資源耗盡問題。8.逐步啟動：如果系統(tǒng)復(fù)雜，嘗試先啟動基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)，再逐步啟動依賴的節(jié)點(diǎn)，觀察在哪一步出現(xiàn)問題。解析思路：題目要求描述排查步驟。答案需列出一系列系統(tǒng)化的檢查點(diǎn)，從基礎(chǔ)環(huán)境到具體組件，再到配置和資源。每個步驟應(yīng)伴隨推薦的ROS命令或通用診斷工具。解析需強(qiáng)調(diào)排查的邏輯順序和針對性，從簡單到復(fù)雜，從宏觀到微觀。七、答案：使用RViz進(jìn)行調(diào)試的主要方法：1.啟動RViz：運(yùn)行`rosrunrqt_plotrqt_plot`（簡單顯示）、`rosrunrqt_rvizrqt_rviz`（完整可視化工具）或`rosrunrqt_guirqt_gui`然后選擇RViz插件。確保相關(guān)話題（如`/odom`）和坐標(biāo)系（如`my_robot/chassis`）已發(fā)布。2.配置坐標(biāo)系（Frames）：*在RViz的“坐標(biāo)系”（CoordinateSystem）選項(xiàng)卡中，添加并選擇`my_robot/chassis`作為固定坐標(biāo)系（FixedFrame）。*在“坐標(biāo)系”選項(xiàng)卡中，添加并選擇`/odom`作為參考坐標(biāo)系（ReferenceFrame）。3.配置可視化項(xiàng)（Displays）：*在RViz左側(cè)的“顯示”（Display）面板中，展開“坐標(biāo)系”（CoordinateSystem）并勾選`my_robot/chassis`以顯示機(jī)器人基座。*展開“傳感器”（Sensors）或“3D圖標(biāo)”（3DObjects），找到并勾選`geometry_msgs/PoseStamped`，通常會自動關(guān)聯(lián)到`/odom`話題（如果已配置）。4.檢查數(shù)據(jù)：*RViz主視圖應(yīng)顯示以`my_robot/chassis`為原點(diǎn)，相對于`/odom`坐標(biāo)系的世界坐標(biāo)表示的機(jī)器人位姿（Pose）。*可以使用RViz工具欄中的“坐標(biāo)軸”（AxesTool）來查看特定坐標(biāo)系（如`/odom`或`my_robot/chassis`）的原點(diǎn)和方向。*可以使用“姿態(tài)檢視器”（PoseInspectorTool）來精確查看選中物體（如`/odom`發(fā)布的Pose）的具體位姿數(shù)據(jù)（位置x,y,z和四元數(shù)qx,qy,qz,qw）。解析思路：題目要求描述RViz調(diào)試方法。答案需覆蓋啟動RViz、配置坐標(biāo)系（固定幀和參考幀）、添加并配置要可視化的數(shù)據(jù)項(xiàng)（坐標(biāo)系模型和PoseStamped消息），并說明如何使用RViz的工具欄進(jìn)行檢查和數(shù)據(jù)分析。解析需強(qiáng)調(diào)正確配置坐標(biāo)系對于可視化數(shù)據(jù)的重要性。八、答案：在Catkin工作空間中創(chuàng)建包含發(fā)布者和訂閱者的簡單ROS包的步驟：1.創(chuàng)建包：```bashcd~/catkin_ws/srccatkin_create_pkgmy_robotstd_msgsrospyroscpp#假設(shè)包名為my_robot，依賴std_msgs,rospy,roscpp```2.創(chuàng)建發(fā)布者節(jié)點(diǎn)代碼：*在`my_robot/src`目錄下創(chuàng)建一個名為`publisher_node`的文件夾。*在`publisher_node`文件夾中創(chuàng)建一個C++源文件，例如`publisher.cpp`。*編寫發(fā)布者代碼（參考第二題答案）。3.創(chuàng)建訂閱者節(jié)點(diǎn)代碼：*在`my_robot/src`目錄下創(chuàng)建一個名為`subscriber_node`的文件夾。*在`subscriber_node`文件夾中創(chuàng)建一個C++源文件，例如`subscriber.cpp`。*編寫訂閱者代碼（參考第九題思路，需包含`ros::Subscriber`）。4.創(chuàng)建CMakeLists.txt（如果需要）：如果包較復(fù)雜或需要額外配置，編輯`my_robot/CMakeLists.txt`。對于簡單包，Catkin通常能自動發(fā)現(xiàn)源文件?？梢蕴砑觍add_executable`命令來明確指定要編譯的節(jié)點(diǎn)源文件。5.編譯工作空間：```bashcd~/catkin_wscatkin_makesourcedevel/setup.bash```編譯命令（假設(shè)包名為`my_robot`）：```bashrosrunmy_robotpublisher_noderosrunmy_robotsubscriber_node```解析思路：題目要求描述創(chuàng)建ROS包和節(jié)點(diǎn)的過程。答案需遵循ROS包的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)（`package_name/src`），說明創(chuàng)建包的命令、添加依賴、創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)源文件和文件夾、編譯工作空間以及運(yùn)行節(jié)點(diǎn)的命令。解析需解釋Catkin的工作原理（自動發(fā)現(xiàn)或手動指定源文件）和基本流程。九、答案：管理ROS日志文件的方法：1.限制日志級別和大?。ㄈ罩据嗈D(zhuǎn)）：*使用`rqt_logview`：運(yùn)行`rosrunrqt_plotrqt_logview`，在彈出的界面中可以按節(jié)點(diǎn)、話題等篩選日志，并可以配置日志的輪轉(zhuǎn)（Rotation）和行為（如丟棄舊日志、文件大小限制）。這是最常用和推薦的方法。*配置`rosout`：可以設(shè)置全局或局部的日志級別（`ros::console::setLevel`），減少不必要日志的生成。通過`roscore`的`--log-rotating`和`--log-max-size`參數(shù)啟動roscore時也可以進(jìn)行日志輪轉(zhuǎn)配置。*使用`log4ros`：這是一個更高級的日志系統(tǒng)，允許更細(xì)粒度的日志配置和管理，支持更復(fù)雜的日志輪轉(zhuǎn)策略。2.手動刪除日志文件：日志文件通常存儲在`~/.ros/log`目錄下?？梢酝ㄟ^`ls~/.ros/log`查看日志文件列表，并使用`rm`命令刪除舊的或不再需要的日志目錄（注意不要直接刪除`.ros`目錄本身）。解析思路：題目要求描述管理日志文件的方法。答案需提供至少兩種實(shí)用方法。方法1是使用圖形界面工具`rqt_logview`進(jìn)行查看和配置輪轉(zhuǎn)，這是最便捷的方式。方法2是手動刪除日志文件，適用于清理特定日志?？梢院喴峒芭渲胉rosout`或使用`log4ros`作為補(bǔ)充選項(xiàng)，解釋其原理（日志級別控制、自動切割文件）和適用場景（減少日志量、按需清理）。十、答