2025年人工智能與機(jī)器人技術(shù)考試試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.在深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)中，策略梯度方法的核心思想是A.直接優(yōu)化價(jià)值函數(shù)B.直接優(yōu)化策略參數(shù)C.先估計(jì)模型再規(guī)劃D.用貝爾曼方程迭代答案：B2.機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解可能出現(xiàn)多組解，其根本原因是A.關(guān)節(jié)速度超限B.連桿長(zhǎng)度非線(xiàn)性C.關(guān)節(jié)空間與任務(wù)空間維度差異D.伺服電機(jī)分辨率不足答案：C3.在Transformer架構(gòu)中，位置編碼的作用是A.替代注意力機(jī)制B.提供序列順序信息C.降低參數(shù)量D.加速反向傳播答案：B4.下列關(guān)于ROS2的敘述正確的是A.僅支持Python2B.取消節(jié)點(diǎn)管理器MasterC.無(wú)法實(shí)時(shí)通信D.不支持DDS答案：B5.若采用RGBD相機(jī)進(jìn)行SLAM，深度誤差主要來(lái)源不包括A.紅外光多路徑干擾B.表面材質(zhì)吸光C.相機(jī)滾動(dòng)快門(mén)D.IMU零偏漂移答案：D6.在聯(lián)邦學(xué)習(xí)框架中，防止模型泄露用戶(hù)隱私的常用技術(shù)是A.批量歸一化B.差分隱私加噪C.梯度裁剪D.知識(shí)蒸餾答案：B7.軟體機(jī)器人采用的氣動(dòng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（PneuNet）彎曲角度θ與驅(qū)動(dòng)氣壓P的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系可近似為A.θ=k·exp(P)B.θ=k·P2C.θ=k·PD.θ=k·ln(P+1)答案：C8.在模仿學(xué)習(xí)中，行為克隆的最大缺點(diǎn)是A.需要大量獎(jiǎng)勵(lì)樣本B.容易復(fù)合誤差漂移C.無(wú)法處理高維觀(guān)測(cè)D.必須在線(xiàn)交互答案：B9.下列哪種損失函數(shù)最適合解決語(yǔ)義分割中的類(lèi)別不平衡問(wèn)題A.L1LossB.FocalLossC.SmoothL1D.MSE答案：B10.當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人采用純追蹤算法跟蹤路徑時(shí)，前瞻距離Ld與前進(jìn)速度v的關(guān)系通常設(shè)計(jì)為A.Ld=常數(shù)B.Ld∝1/vC.Ld∝vD.Ld∝v2答案：C二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分，多選少選均不得分）11.以下哪些技術(shù)可直接用于提升深度模型在邊緣計(jì)算設(shè)備上的推理速度A.權(quán)重量化至8位B.知識(shí)蒸餾至小模型C.采用GroupConvolutionD.增加全連接層寬度答案：A、B、C12.關(guān)于機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程M(q)q¨+C(q,q˙)+G(q)=τ，下列說(shuō)法正確的是A.M(q)為對(duì)稱(chēng)正定矩陣B.C(q,q˙)與科氏力有關(guān)C.G(q)與重力加速度無(wú)關(guān)D.τ為關(guān)節(jié)力矩向量答案：A、B、D13.在視覺(jué)伺服系統(tǒng)中，基于圖像的伺服（IBVS）可能遇到A.深度估計(jì)誤差B.特征點(diǎn)丟失C.相機(jī)標(biāo)定誤差敏感D.關(guān)節(jié)限位答案：A、B、D14.下列屬于無(wú)模型強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法的是A.DDPGB.A3CC.PILCOD.SAC答案：A、B、D15.在自主導(dǎo)航中，代價(jià)地圖（Costmap）層可能包含A.靜態(tài)層B.障礙層C.膨脹層D.語(yǔ)義層答案：A、B、C、D三、填空題（每空2分，共20分）16.在卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，若輸入特征圖尺寸為112×112，采用3×3卷積，步長(zhǎng)為2，填充為1，則輸出特征圖尺寸為_(kāi)_______。答案：56×5617.機(jī)器人學(xué)中，DenavitHartenberg參數(shù)共需________個(gè)獨(dú)立參數(shù)即可描述相鄰連桿關(guān)系。答案：418.若某深度Q網(wǎng)絡(luò)采用經(jīng)驗(yàn)回放機(jī)制，其回放緩沖區(qū)通常采用________采樣方式以打破時(shí)間相關(guān)性。答案：均勻隨機(jī)19.在MoveIt中，用于碰撞檢測(cè)的默認(rèn)庫(kù)是________。答案：FCL20.當(dāng)采用高斯過(guò)程回歸時(shí)，核函數(shù)超參數(shù)通常通過(guò)最大化________函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。答案：邊際似然21.若二維激光雷達(dá)掃描角度分辨率為0.25°，掃描范圍為360°，則每幀數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)為_(kāi)_______。答案：144022.在軟ActorCritic中，溫度系數(shù)α的自動(dòng)調(diào)整依賴(lài)于________熵目標(biāo)。答案：目標(biāo)策略23.若機(jī)器人末端執(zhí)行器需要以恒定速度v=0.1m/s沿直線(xiàn)移動(dòng)1m，采用梯形速度規(guī)劃，加速度為0.2m/s2，則加速段時(shí)間為_(kāi)_______s。答案：0.524.在視覺(jué)SLAM中，DBoW2庫(kù)用于實(shí)現(xiàn)________回環(huán)檢測(cè)。答案：詞袋25.當(dāng)使用PyTorch導(dǎo)出ONNX模型時(shí)，需調(diào)用torch.onnx.export并指定________參數(shù)以定義輸入名。答案：input_names四、簡(jiǎn)答題（封閉型，每題6分，共18分）26.說(shuō)明PID控制器中積分飽和（IntegralWindup）現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理，并給出兩種工程抑制方法。答案：當(dāng)執(zhí)行器達(dá)到物理限幅，誤差持續(xù)存在導(dǎo)致積分項(xiàng)不斷累積，系統(tǒng)超調(diào)恢復(fù)緩慢。方法：1.積分分離，當(dāng)誤差大于閾值時(shí)暫停積分；2.反計(jì)算抗飽和，將飽和差值反饋至積分通道進(jìn)行衰減。27.列舉并簡(jiǎn)要解釋強(qiáng)化學(xué)習(xí)中“探索利用”權(quán)衡的兩種經(jīng)典策略。答案：1.εgreedy：以ε概率隨機(jī)選動(dòng)作探索，以1ε概率選當(dāng)前最優(yōu)動(dòng)作利用；2.UCB：通過(guò)置信區(qū)間上界估計(jì)動(dòng)作價(jià)值，優(yōu)先選擇不確定性高且價(jià)值估計(jì)高的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)探索與利用的平衡。28.在ROS2中，簡(jiǎn)述DDS中間件相比ROS1的TCPROS在實(shí)時(shí)性方面的優(yōu)勢(shì)。答案：DDS采用基于UDP的可靠多播，支持零拷貝共享內(nèi)存通信，節(jié)點(diǎn)間無(wú)需集中Master，降低單點(diǎn)延遲；提供可配置的QoS策略，如Deadline、LatencyBudget，可滿(mǎn)足毫秒級(jí)實(shí)時(shí)控制需求。五、簡(jiǎn)答題（開(kāi)放型，每題10分，共20分）29.某工廠(chǎng)需部署協(xié)作機(jī)器人與人共線(xiàn)裝配，要求機(jī)器人在檢測(cè)到人員進(jìn)入?yún)f(xié)作區(qū)域時(shí)立即降速至0.1m/s，并在人員離開(kāi)2s后恢復(fù)全速。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一套基于ROS2的安全監(jiān)控系統(tǒng)，說(shuō)明感知、決策、控制三大模塊的節(jié)點(diǎn)劃分、話(huà)題與服務(wù)接口，以及安全認(rèn)證機(jī)制。答案：感知模塊：RGBD相機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)布“/human_pose”位姿數(shù)組，頻率30Hz；激光雷達(dá)節(jié)點(diǎn)發(fā)布“/leg_cluster”腿部聚類(lèi)。決策模塊：安全監(jiān)控節(jié)點(diǎn)訂閱上述話(huà)題，采用歐氏距離閾值0.7m判斷是否進(jìn)入，發(fā)布“/safety_level”分級(jí)（SAFE,CAUTION,STOP），采用ROS2LifecycleNode保證狀態(tài)可驗(yàn)證?？刂颇K：機(jī)器人控制器訂閱“/safety_level”，在CAUTION時(shí)調(diào)用內(nèi)部服務(wù)“/set_max_speed”將速度限制0.1m/s；當(dāng)連續(xù)2s未收到CAUTION，自動(dòng)恢復(fù)。安全認(rèn)證：所有節(jié)點(diǎn)采用SROS2加密，DDS啟用PKI證書(shū)，安全監(jiān)控節(jié)點(diǎn)運(yùn)行于實(shí)時(shí)內(nèi)核，與控制器通過(guò)RTPSreliable+DeadlineQoS100ms心跳，超時(shí)即急停。30.近年來(lái)，大語(yǔ)言模型（LLM）在機(jī)器人任務(wù)規(guī)劃領(lǐng)域受到關(guān)注。請(qǐng)討論將LLM用于家庭服務(wù)機(jī)器人高層規(guī)劃時(shí)可能面臨的三項(xiàng)關(guān)鍵挑戰(zhàn)，并提出可驗(yàn)證的解決思路。答案：挑戰(zhàn)1：幻覺(jué)導(dǎo)致不可執(zhí)行動(dòng)作，如“把杯子放進(jìn)已關(guān)閉的抽屜”。思路：引入可執(zhí)行性驗(yàn)證層，將LLM輸出的自然語(yǔ)言動(dòng)作解析為PDDL，調(diào)用經(jīng)典規(guī)劃器驗(yàn)證，若不可滿(mǎn)足則反饋提示LLM重生成。挑戰(zhàn)2：環(huán)境上下文缺失，LLM無(wú)法感知真實(shí)狀態(tài)。思路：構(gòu)建多模態(tài)記憶庫(kù)，將視覺(jué)檢測(cè)到的物體位姿、屬性存入向量數(shù)據(jù)庫(kù)，LLM通過(guò)RAG檢索后生成規(guī)劃，減少幻覺(jué)。挑戰(zhàn)3：安全責(zé)任歸屬，家庭場(chǎng)景涉及水電風(fēng)險(xiǎn)。思路：采用帶安全約束的強(qiáng)化微調(diào)，先在線(xiàn)下數(shù)字孿生環(huán)境收集人類(lèi)拒絕數(shù)據(jù)，形成安全偏好對(duì)，用RLHF微調(diào)LLM，并在機(jī)器人端部署安全沙箱，任何動(dòng)作需經(jīng)硬編碼安全規(guī)則二次確認(rèn)。六、計(jì)算題（共25分）31.（8分）已知二自由度平面機(jī)械臂連桿長(zhǎng)度l1=0.4m，l2=0.3m，關(guān)節(jié)角度θ1=30°，θ2=?60°。求末端執(zhí)行器在基坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)(x,y)，并計(jì)算此時(shí)雅可比矩陣J。答案：x=l1cosθ1+l2cos(θ1+θ2)=0.4×cos30°+0.3×cos(?30°)=0.4×0.866+0.3×0.866=0.6062my=l1sinθ1+l2sin(θ1+θ2)=0.4×0.5+0.3×(?0.5)=0.2?0.15=0.05mJ=[?l1sinθ1?l2sin(θ1+θ2)?l2sin(θ1+θ2)l1cosθ1+l2cos(θ1+θ2)l2cos(θ1+θ2)]=[?0.4×0.5?0.3×(?0.5)?0.3×(?0.5)0.60620.3×0.866]=[?0.050.150.60620.2598]32.（8分）某移動(dòng)機(jī)器人采用差速驅(qū)動(dòng)，輪距b=0.5m，車(chē)輪半徑r=0.1m。若左輪轉(zhuǎn)速ωL=2rad/s，右輪轉(zhuǎn)速ωR=4rad/s，求機(jī)器人線(xiàn)速度v與角速度ω，并計(jì)算瞬時(shí)曲率半徑R。答案：v=r(ωR+ωL)/2=0.1×(4+2)/2=0.3m/sω=r(ωR?ωL)/b=0.1×(4?2)/0.5=0.4rad/sR=v/ω=0.3/0.4=0.75m33.（9分）深度Q網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練時(shí)，經(jīng)驗(yàn)回放樣本的TD誤差定義為δ=r+γmaxa′Q(s′,a′;w?)?Q(s,a;w)。給定批量樣本數(shù)據(jù)：r=1.0，γ=0.99，Q(s,a;w)=3.0，目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)輸出maxa′Q(s′,a′;w?)=5.0。(1)計(jì)算該樣本的TD誤差δ；(2)若采用HuberLoss，當(dāng)|δ|≤1時(shí)Loss=0.5δ2，當(dāng)|δ|>1時(shí)Loss=|δ|?0.5，求Loss值；(3)若梯度下降更新步長(zhǎng)α=0.001，求Q(s,a;w)的更新量ΔQ。答案：(1)δ=1.0+0.99×5.0?3.0=1.0+4.95?3.0=2.95(2)|δ|=2.95>1，Loss=2.95?0.5=2.45(3)HuberLoss梯度在|δ|>1時(shí)為sign(δ)=1，故Δw=?α×1×?Q/?w，對(duì)Q值更新量ΔQ=?α×1=?0.001，即新Q=3.0?0.001=2.999七、綜合分析題（共22分）34.（22分）某四旋翼無(wú)人機(jī)需在未知GPS拒止環(huán)境中完成自主搜救任務(wù)，機(jī)載設(shè)備包括：IMU、下視雙目相機(jī)、前視RGBD相機(jī)、單線(xiàn)激光雷達(dá)、UWB模塊。請(qǐng)完成以下設(shè)計(jì)：(1)設(shè)計(jì)一套多傳感器融合狀態(tài)估計(jì)框架，說(shuō)明各傳感器角色、融合算法選型及數(shù)據(jù)流向；（6分）(2)提出一種基于學(xué)習(xí)的障礙物避障策略，說(shuō)明訓(xùn)練數(shù)據(jù)來(lái)源、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、損失函數(shù)及仿真到真實(shí)的遷移方法；（8分）(3)給出任務(wù)級(jí)狀態(tài)機(jī)，描述“起飛探索發(fā)現(xiàn)目標(biāo)返航”四狀態(tài)的觸發(fā)條件與狀態(tài)轉(zhuǎn)移guard條件；（5分）(4)從倫理與法規(guī)角度，列出兩項(xiàng)必須遵守的飛行限制，并說(shuō)明技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段。（3分）答案：(1)框架采用緊耦合視覺(jué)慣性激光融合：IMU與雙目視覺(jué)通過(guò)VINSFusion提供200Hz位姿估計(jì)，激光雷達(dá)點(diǎn)云用于掃描匹配（LOAM）輸出10Hz漂移修正，UWB在靠近地面站時(shí)提供絕對(duì)位置錨點(diǎn)。采用誤差狀態(tài)卡爾曼濾波ESKF，預(yù)測(cè)步用IMU，更新步依次接入視覺(jué)、激光、UWB，數(shù)據(jù)流向：傳感器→ROS2話(huà)題→ESKF節(jié)點(diǎn)→/odom_fused→飛行控制器。(2)策略采用端到端RGBD避障：訓(xùn)練數(shù)據(jù)在A(yíng)irSim生成5000條隨機(jī)森林場(chǎng)景軌跡，專(zhuān)家策略為RRT，記錄圖像、深度、速度、專(zhuān)家動(dòng)作。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：ResNet18編碼RGB，DepthwiseCNN編碼深度，特征拼接后接兩層LSTM輸出三維速度指令。損失函數(shù)為加權(quán)MSE（位置0.8+角速度0.2）+最大熵正則。遷移：在真實(shí)場(chǎng)景采集100條小樣本，采用DomainRandomization+在線(xiàn)適配BN層，飛行時(shí)以5Hz運(yùn)行，輸出經(jīng)安全控制器限速0.5m/s。