机器人运维技术员机器人操作系统面试题目及答案

机器人运维技术员机器人操作系统面试题目及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.ROS（RobotOperatingSystem）的核心设计目标不包括以下哪项？A.硬件抽象B.进程间通信C.实时性保证D.代码复用答案：C解析：ROS设计目标包括硬件抽象、低耦合通信、工具链支持及代码复用，但未强制保证实时性（实时性需通过RTROS等扩展实现）。2.以下哪个命令用于启动ROS核心服务（Master）？A.`rosrun`B.`roslaunch`C.`roscore`D.`rostopic`答案：C解析：`roscore`启动ROSMaster、参数服务器和日志节点；`rosrun`用于运行指定包内的节点；`roslaunch`用于启动包含多个节点的launch文件。3.ROS中，节点（Node）间通过“话题（Topic）”通信时，采用的是哪种通信模式？A.发布订阅（Pub/Sub）B.请求响应（Request/Response）C.广播D.点对点答案：A解析：话题通信是单向的发布订阅模式；服务（Service）采用请求响应模式。4.ROS参数服务器（ParameterServer）存储的参数默认数据类型不包括？A.整数B.字符串C.布尔值D.动态数组答案：D解析：参数服务器支持基础类型（int、float、string、bool）及嵌套字典，但不支持动态数组（需通过消息类型或服务传递）。5.以下哪个文件是ROS功能包（Package）的必需文件？A.`CMakeLists.txt`B.`package.xml`C.`launch`文件夹D.`src`文件夹答案：B解析：`package.xml`是功能包元数据文件，ROS1/2均为必需；`CMakeLists.txt`是编译配置文件（ROS1必需，ROS2使用colcon编译时非必需）。6.使用`rostopicecho/topic_name`命令时，输出的内容是？A.该话题的消息类型B.该话题的发布者和订阅者列表C.该话题实时发布的消息数据D.该话题的带宽占用情况答案：C解析：`rostopicecho`用于打印话题的实时消息内容；`rostopicinfo`可查看发布者/订阅者信息。7.ROS节点启动后，若在`rosnodelist`中未显示该节点，最可能的原因是？A.节点未正确调用`ros::init()`初始化B.节点代码中未定义主函数`main()`C.节点未链接`roscpp`库D.节点名称与其他节点重复答案：A解析：`ros::init()`是节点注册到Master的关键步骤，未调用会导致节点无法被Master识别，从而不在`rosnodelist`中显示。8.以下哪种消息（Message）类型定义是错误的？A.`std_msgs/String`B.`sensor_msgs/Image`C.`custom_pkg/CustomMsg{int32a;float32b}`D.`geometry_msgs/PoseStamped`答案：C解析：消息类型定义需在`.msg`文件中以“字段类型字段名”格式编写，不能直接在类型名后写结构体（正确格式应为`int32a\nfloat32b`）。9.ROS中，`tf2`库的主要功能是？A.实现多传感器数据融合B.管理坐标系变换关系C.提供路径规划算法D.控制机械臂运动答案：B解析：`tf2`用于维护不同坐标系之间的实时变换关系（如机器人基坐标系与激光雷达坐标系）。10.在ROS1中，`rosbagrecorda`命令的作用是？A.录制所有正在发布的话题数据B.录制指定话题的消息类型C.播放之前录制的bag文件D.压缩bag文件以减少存储空间答案：A解析：`rosbagrecorda`会录制当前ROSMaster中所有活跃话题的数据；`rosbagplay`用于播放bag文件。二、多项选择题（每题3分，共15分。每题至少2个正确选项，错选、漏选均不得分）1.以下属于ROS核心组件的有？A.Master（节点管理器）B.参数服务器（ParameterServer）C.Gazebo（仿真器）D.rviz（可视化工具）答案：A、B解析：Master和参数服务器是ROS运行的核心组件；Gazebo和rviz是工具链中的扩展组件。2.关于ROS节点（Node）的描述，正确的有？A.一个节点可以发布多个话题B.一个节点可以订阅多个话题C.节点必须用C++或Python编写D.节点名称在全局范围内必须唯一答案：A、B、D解析：节点支持多话题发布/订阅；节点可使用支持ROS的任意语言（如C++、Python、Java等）；节点名称需全局唯一（通过`__name`参数可重命名）。3.以下哪些命令可用于调试ROS节点通信问题？A.`rosnodeinfo/node_name`B.`rostopichz/topic_name`C.`rosservicecall/service_name`D.`rosparamget/param_name`答案：A、B、C、D解析：`rosnodeinfo`查看节点连接状态；`rostopichz`监测话题发布频率；`rosservicecall`测试服务响应；`rosparamget`检查参数是否正确设置。4.ROS功能包（Package）的`CMakeLists.txt`中，必需的编译选项有？A.`find_package(catkinREQUIREDCOMPONENTS...)`B.`catkin_package()`C.`add_executable()`D.`install()`答案：A、B解析：`find_package`用于查找依赖包；`catkin_package`声明功能包输出（如消息、服务）；`add_executable`和`install`根据功能包类型可选（如纯消息包无需可执行文件）。5.关于ROS服务（Service）的描述，正确的有？A.服务通信是同步的B.服务由请求（Request）和响应（Response）两部分组成C.一个服务可以有多个客户端同时调用D.服务调用失败时会自动重连答案：A、B、C解析：服务调用是同步的（客户端等待响应）；服务定义包含Request和Response；支持多客户端并发调用；服务无自动重连机制（需客户端实现）。三、填空题（每空2分，共20分）1.ROS中，节点间通过______实现松耦合通信，该机制允许节点无需知道彼此的位置即可通信。答案：Master（节点管理器）2.话题通信的消息类型定义存储在______文件中，服务类型定义存储在______文件中。答案：`.msg`、`.srv`3.启动ROS节点时，若需修改节点名称，可通过______参数指定（示例格式：`rosrunpkgnode__name:=new_name`）。答案：`__name`4.`roslaunch`命令默认会读取功能包中______文件夹下的`.launch`文件。答案：`launch`5.在ROS中，`tf2`库通过______缓存坐标系变换数据，默认缓存时间为______秒。答案：时间戳树（TimeTree）、106.使用`rosbag`录制数据时，若需指定话题`/camera/image`和`/scan`，命令应为______。答案：`rosbagrecord/camera/image/scan`7.ROS参数服务器的参数作用域分为全局（以`/`开头）和局部（以节点名开头），例如节点`/robot/controller`的局部参数`gain`的完整名称是______。答案：`/robot/controller/gain`四、简答题（每题8分，共32分）1.简述ROSMaster的核心功能。答案：ROSMaster是节点间的“媒人”，主要功能包括：（1）节点注册与发现：节点启动时向Master注册自身信息（如发布的话题、提供的服务），Master维护节点与通信端点（TCP/UDP端口）的映射表；（2）通信建立协调：当发布者和订阅者就同一话题建立连接时，Master向订阅者提供发布者的网络地址，由两者直接通信；（3）参数存储与管理：作为轻量级键值存储，支持节点读取、修改全局或局部参数。2.说明话题（Topic）与服务（Service）的主要区别。答案：（1）通信模式：话题是单向的发布订阅模式（多对多），适用于连续、实时的数据传输（如传感器数据）；服务是双向的请求响应模式（一对一），适用于离散的、需要反馈的操作（如机械臂复位）。（2）同步性：话题通信是异步的（发布者无需等待订阅者接收）；服务调用是同步的（客户端需等待服务端响应）。（3）数据流向：话题数据由发布者单向流向订阅者；服务数据包含请求（客户端→服务端）和响应（服务端→客户端）两部分。3.列举3种ROS节点启动失败的常见原因及排查方法。答案：（1）依赖缺失：节点编译时未正确声明依赖（如`package.xml`中未添加`depend`标签），导致运行时找不到库文件。排查方法：检查`rosdepinstall`是否成功，或通过`rosnodeinfo`查看错误日志。（2）Master未启动：节点启动前未运行`roscore`，导致无法注册到Master。排查方法：运行`roscore`后重新启动节点，或检查`ROS_MASTER_URI`环境变量是否指向正确的Master地址。（3）消息/服务类型不匹配：节点发布的话题或提供的服务与订阅者/客户端期望的类型不一致。排查方法：使用`rostopictype/topic_name`或`rosservicetype/service_name`确认类型，检查`.msg`/`.srv`文件是否更新并重新编译。4.说明`rviz`中添加“TF”显示插件的作用，并简述配置步骤。答案：作用：`TF`插件用于可视化当前`tf2`树中的坐标系关系，显示各坐标系的位置、方向及父子关系，帮助调试坐标系变换错误（如坐标系丢失、变换延迟）。配置步骤：（1）启动`rviz`后，点击左下角“Add”按钮；（2）在“Bydisplaytype”列表中选择“TF”，点击“OK”；（3）在右侧“TF”插件设置中，可调整显示参数（如帧名称字体大小、轴长度、更新频率）；（4）确保`tf2`广播节点（如`robot_state_publisher`）已启动，否则`rviz`无法获取坐标系数据。五、应用题（共23分）23.1故障排查题（10分）某机器人运维场景中，启动`/robot/laser_node`节点后，`rostopicecho/scan`无数据输出，但`rostopicinfo/scan`显示该话题有1个发布者（`/robot/laser_node`）。请分析可能原因，并给出排查步骤。答案：可能原因：（1）`laser_node`节点发布话题的消息类型与`rostopicecho`默认解析的类型不匹配；（2）`laser_node`发布话题的频率为0（未实际发送数据）；（3）节点内部逻辑错误（如传感器未连接，导致数据生成失败）；（4）网络延迟或防火墙导致数据无法传输（仅分布式ROS场景）。排查步骤：（1）使用`rostopictype/scan`确认话题实际消息类型（如`sensor_msgs/LaserScan`），若与预期不符，检查`laser_node`的消息发布代码是否正确；（2）运行`rostopichz/scan`查看话题发布频率，若频率为0，说明节点未实际发布数据，需检查节点日志（通过`rosnodelog/robot/laser_node`查看错误信息）；（3）检查传感器硬件状态（如激光雷达电源、接口连接），确认`laser_node`是否正确初始化传感器驱动；（4）若为分布式ROS（多机通信），检查`ROS_MASTER_URI`和`ROS_IP`环境变量是否配置正确，使用`ping`测试节点所在主机的网络连通性。23.2实操设计题（13分）请设计一个ROSlaunch文件，实现以下功能：启动`roscore`（隐含在launch文件中）；启动`tf2_ros/static_transform_publisher`节点，发布基坐标系（`base_link`）到激光雷达坐标系（`laser_link`）的静态变换（x=0.2m，y=0，z=0.1m，四元数：x=0，y=0，z=0，w=1）；启动自定义功能包`robot_sensors`中的`imu_node`节点，并设置其局部参数`filter_enable`为`true`，全局参数`sensor_update_rate`为`100`（Hz）。要求：写出完整的`.launch`文件内容，并注释关键行。答案：```xml<launch><!启动静态坐标变换发布节点><nodename="static_tf_pub"pkg="tf2_ros"type="static_transform_publisher"output="screen"><!参数顺序：xyzyawpitchroll父坐标系子坐标系><!本题中四元数为(0,0,0,1)，对应欧拉角yaw=pitch=roll=0><argname="x"value="0.2"/><argname="y"value="0"/><argname="z"value="0.1"/><argname="yaw"value="0"/><argname="pitch"value="0"/><argname="roll"value="0"/><argna