2025年(服务机器人应用工程师)服务机器人应用技术应用试题及答案

2025年(服务机器人应用工程师)服务机器人应用技术应用试题及答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.服务机器人常用的激光雷达中，16线激光雷达的垂直角分辨率通常为（）。A.0.1°B.0.5°C.1.0°D.2.0°2.以下哪种传感器无法直接用于服务机器人的三维环境建模？（）A.双目摄像头B.TOF相机C.单线激光雷达D.多线激光雷达3.服务机器人定位中，基于特征匹配的SLAM算法典型代表是（）。A.GmappingB.ORBSLAMC.CartographerD.A算法4.服务机器人与人交互时，语音识别的主流技术框架是（）。A.HMM+GMMB.RNN+CTCC.Transformer+注意力机制D.SVM+词袋模型5.服务机器人的导航路径规划中，局部路径规划（LocalPathPlanning）的核心目标是（）。A.全局最优路径搜索B.动态障碍物避让C.地图构建D.定位校准6.服务机器人电池管理系统（BMS）的关键功能不包括（）。A.荷电状态（SOC）估算B.电池均衡C.过压保护D.图像识别7.以下哪种通信协议适用于服务机器人内部传感器与主控的低延迟数据传输？（）A.WiFiB.CAN总线C.蓝牙D.4G/5G8.服务机器人执行抓取任务时，机械臂的自由度（DOF）至少需要（）才能实现空间任意位置与姿态的抓取。A.3B.5C.6D.79.服务机器人的情感计算技术中，微表情识别的主要数据来源是（）。A.语音信号B.热成像数据C.可见光图像D.惯性传感器数据10.服务机器人在医院场景中执行药品配送时，需优先满足的安全标准是（）。A.ISO13482（服务机器人安全标准）B.ISO9001（质量管理体系）C.IEEE802.11（无线局域网标准）D.GB/T38128（智能服务机器人通用技术条件）11.服务机器人的多传感器融合中，卡尔曼滤波（KalmanFilter）适用于（）。A.非线性非高斯系统B.线性高斯系统C.静态环境建模D.动态目标跟踪12.服务机器人的语音合成（TTS）技术中，基于端到端模型（如Tacotron2）的优势是（）。A.实时性高B.自然度接近人声C.支持多语言切换D.抗噪能力强13.服务机器人的底盘驱动方式中，差速驱动（DifferentialDrive）的特点是（）。A.可原地旋转B.结构复杂C.负载能力弱D.适用于狭窄空间14.服务机器人的障碍物检测中，超声波传感器的主要局限性是（）。A.无法检测透明物体B.测距精度低C.受光线影响大D.数据更新率低15.服务机器人的软件架构中，ROS（RobotOperatingSystem）的核心组件是（）。A.节点（Node）与话题（Topic）B.数据库与用户界面C.传感器驱动与执行器控制D.路径规划算法库二、多项选择题（每题3分，共30分，少选得1分，错选不得分）1.服务机器人的感知层常用传感器包括（）。A.激光雷达B.惯性测量单元（IMU）C.力触觉传感器D.温湿度传感器2.服务机器人的导航技术中，属于绝对定位的有（）。A.GPS定位B.二维码定位C.视觉SLAM定位D.蓝牙信标定位3.服务机器人的人机交互方式包括（）。A.语音交互B.触控屏交互C.手势交互D.情感交互4.服务机器人的机械结构设计需考虑的因素有（）。A.负载能力B.运动灵活性C.防撞设计D.外观造型5.服务机器人的故障诊断方法包括（）。A.基于规则的专家系统B.基于机器学习的异常检测C.人工手动排查D.硬件冗余设计6.服务机器人在商场场景中的典型应用包括（）。A.商品导购B.清洁消毒C.快递配送D.客流统计7.服务机器人的通信技术中，适用于长距离数据传输的有（）。A.5GB.WiFi6C.蓝牙5.0D.窄带物联网（NBIoT）8.服务机器人的路径规划算法中，属于全局规划的有（）。A.A算法B.DWA算法C.RRT算法D.动态窗口法（DWA）9.服务机器人的电池类型选择需考虑的参数有（）。A.能量密度B.循环寿命C.工作温度范围D.充电倍率10.服务机器人的安全设计要求包括（）。A.碰撞检测与急停功能B.电磁兼容性（EMC）C.防水防尘等级（IP）D.数据隐私保护三、填空题（每题2分，共20分）1.服务机器人的核心组成部分包括感知系统、决策系统和________系统。2.激光雷达通过发射________并接收反射信号，计算目标的距离和角度。3.服务机器人定位中，AMCL（自适应蒙特卡洛定位）算法的本质是________滤波。4.服务机器人的语音交互流程通常包括语音采集、语音识别、________和语音合成。5.机械臂的运动学分为正向运动学（已知关节角求末端位姿）和________运动学（已知末端位姿求关节角）。6.服务机器人的SLAM技术需同时实现________和地图构建。7.服务机器人的底盘驱动方式中，全向轮（Mecanum轮）的优势是________。8.服务机器人的多模态交互需融合视觉、语音、________等多种感知信息。9.服务机器人的安全标准ISO13482规定了________、能量危害等风险的防护要求。10.服务机器人的软件框架中，ROS2相比ROS1的主要改进是支持________通信（如DDS）。四、简答题（共20分）1.（封闭型，5分）简述服务机器人中多传感器融合的必要性及典型融合方法。2.（封闭型，5分）解释服务机器人“导航避障定位”三者的逻辑关系，并举例说明。3.（封闭型，5分）列举服务机器人在医疗场景中的3类典型应用，并说明其技术需求。4.（开放型，5分）分析服务机器人在复杂人流环境（如机场）中面临的技术挑战，并提出2项改进建议。五、应用题（共20分）1.（计算类，6分）某酒店服务机器人需从起点（0,0）到终点（5,5）进行配送，地图为5×5网格（单位：米），障碍物位于（2,2）和（3,3）。假设采用A算法，启发函数h(n)为曼哈顿距离，移动代价g(n)为相邻网格移动1米（对角线移动代价为√2米）。（1）计算起点到终点的启发值h(start)；（2）列出从起点到终点的最短路径（用坐标序列表示）。2.（分析类，7分）某商场导购机器人在高峰时段出现“响应延迟、导航卡顿”问题，经检测硬件（CPU、内存、电池）无故障。请从软件和环境两个维度分析可能原因，并提出2项改进措施。3.（综合类，7分）设计一款针对养老院的陪伴型服务机器人，需包含感知、交互、功能三个模块。请详细说明每个模块的核心组件及技术实现（如传感器选型、交互方式、特色功能）。答案及解析一、单项选择题1.C（16线激光雷达垂直角分辨率通常为1.0°，32线为0.5°，64线为0.33°）2.C（单线激光雷达仅能获取二维平面点云，无法直接构建三维模型）3.B（ORBSLAM基于视觉特征匹配，Gmapping和Cartographer为激光SLAM，A是路径规划算法）4.C（当前主流语音识别采用Transformer+注意力机制，如Google的SpeechtoText模型）5.B（局部路径规划负责动态环境中的实时避障，全局规划负责全局最优路径）6.D（BMS功能包括SOC估算、均衡、保护，图像识别属于感知层）7.B（CAN总线用于内部低延迟通信，WiFi/蓝牙/4G用于外部或长距离通信）8.C（6自由度机械臂可实现空间任意位置（3DOF）和姿态（3DOF）的抓取）9.C（微表情识别主要依赖可见光摄像头采集的面部图像）10.A（ISO13482是服务机器人安全专用标准，GB/T38128为通用技术条件）11.B（卡尔曼滤波适用于线性高斯系统，扩展卡尔曼滤波用于非线性）12.B（端到端TTS（如Tacotron2）生成语音的自然度接近人声，实时性略低于拼接式）13.A（差速驱动通过两轮速度差实现转向，可原地旋转，结构简单）14.A（超声波无法检测透明物体（如玻璃），但测距精度较高（±1cm））15.A（ROS核心是节点（进程）和话题（消息传递），实现模块化通信）二、多项选择题1.ABCD（感知层需多类传感器，温湿度传感器用于环境监测）2.ABD（视觉SLAM为相对定位，GPS、二维码、蓝牙信标为绝对定位）3.ABCD（情感交互通过表情/语音分析用户情绪，属于高级交互方式）4.ABCD（机械结构需兼顾功能、安全、外观）5.AB（故障诊断包括规则推理和机器学习检测，人工排查和硬件冗余属于维护/设计）6.ABD（商场机器人主要用于导购、清洁、统计，快递配送多为酒店/社区场景）7.AD（5G和NBIoT支持长距离传输，WiFi/蓝牙覆盖范围有限）8.AC（A、RRT为全局规划，DWA、动态窗口法为局部规划）9.ABCD（电池选型需考虑能量密度（续航）、寿命、温度、充电速度）10.ABCD（安全设计涵盖机械、电磁、防护、数据隐私）三、填空题1.执行（或“动作”）2.激光（或“脉冲激光”）3.粒子（AMCL是粒子滤波的改进版）4.语义理解（或“自然语言处理/NLP”）5.逆向（或“反向”）6.定位（SLAM=SimultaneousLocalizationAndMapping）7.全向移动（或“任意方向平移”）8.触觉（或“力觉”“手势”）9.机械危害（ISO13482规定了机械、能量、电气等风险）10.实时（ROS2基于DDS实现实时通信）四、简答题1.必要性：单一传感器存在局限性（如摄像头受光线影响、激光雷达成本高），多传感器融合可互补信息，提高感知鲁棒性；典型方法：卡尔曼滤波（线性系统）、扩展卡尔曼滤波（非线性系统）、粒子滤波（非高斯）、深度学习融合（如多模态神经网络）。2.逻辑关系：定位是基础（确定自身位置），导航基于定位和地图规划路径，避障是导航过程中对动态障碍物的实时响应；举例：酒店机器人通过SLAM定位后，全局导航规划从大厅到客房的路径，遇到行人时触发避障调整局部路径。3.典型应用及技术需求：医疗导诊机器人：需高精度室内定位（避免走错科室）、医学知识库（回答问诊问题）；药品配送机器人：需无菌设计（防污染）、安全避障（避免碰撞医护/患者）；康复辅助机器人：需力触觉传感器（感知患者力度）、柔顺控制（避免机械伤害）。4.技术挑战：复杂人流导致动态障碍物密集，局部路径规划计算量激增；多目标跟踪易丢失（如同时跟踪10人以上）；语音交互受环境噪声干扰（机场广播、人群嘈杂）。改进建议：采用轻量级局部规划算法（如ECBS）降低计算负载；融合多模态感知（视觉+毫米波雷达）提升目标跟踪鲁棒性；部署噪声抑制模型（如基于深度学习的语音增强）优化交互体验。五、应用题1.（1）h(start)=|50|+|50|=10米（曼哈顿距离）；（2）最短路径（避开障碍物）：(0,0)→(0,1)→(0,2)→(1,2)→(1,3)→(1,4)→(2,4)→(3,4)→(4,4)→(5,4)→(5,5)（或其他等效路径，需绕过(2,2)和(3,3)）。2.软件维度原因：多任务并行（如同时处理导航、语音、屏幕交互）导致CPU资源竞争；地图更新不及时（如商场临时布置展台未同步到机器人地图）；环境维度原因：人流密集导致激光雷达点云遮挡（无法准确检测障碍物）；WiFi信号干扰（与其他设备竞争带宽，影响远程数据调用）。改进措施：优化任务调度（优先级排序，如导航优先于屏幕交互）；部署UWB定位（替代依赖WiFi的定位，减少信号干扰）。3.模块设计：感知模块：组件：深度摄像头（如IntelRealsenseD455，用于老人姿态检测）、麦克风阵列（7麦克风，抗噪拾音）、温湿度传感器（监测环境舒适度）；技术