随着人工智能技术的发展，工业机器人已成为当前工业界的热点研究对象。某宇航设备公司为了扩大业务范围，决策层研究决定准备开展工业机器人研制新业务。公司将论证工作交给了软件架构师王工，王工经过分析和调研，从机器人市场现状、领域需求、组成及关键技术和风险分析等方面开展了综合论证。论证报告指出：首先，为了保障本公司机器人研制的持续性，应根据领域需求选择一种适应的设计架构；其次，为了规避风险，公司的研制工作不能从零开始，应该采用国际开源社区所提供机器人操作系统（Robot Operating System, ROS）作为机器人开发的基本平台。
在讨论会上，架构师李工提出不同意见，他认为公司针对宇航领域已开发了某款嵌 入式实时操作系统，且被多种宇航装备使用，可靠性较高。因此应该采用现有架构体系
作为机器人的开发平台。会上王工说明了机器人操作系统与该款操作系统的差别，要沿 用需要进行改造，投入较大。经过激烈讨论，公司领导同意了王工采用 ROS 的意见。
【问题1】（5分）
王工拟采用的ROS具有分布式进程框架，以点对点设计以及服务和节点管理器方式， 使得执行程序可以各自独立地设计，松散地、实时地组合起来。这些进程可以按照功能包和功能包集的方式分组，因而可以容易地分享和发布。请用400字以内文字说明ROS与嵌入式实时操作系统的共同点，以及在实时性和任务通信方式两个方面的差异。
【问题2】 （10分）
ROS为应用程序间通信提供了主题（Topic） 、服务 （Service）和动作 （Action） 三种消息通信方式，每种通信方式都有其特点。请将以下给出的三类通信的主要特点填入表 3-1 中（1）-（5） 的空白处，将答案写在答题纸上。
（a） 适合用于传输传感器信息（数据流）
（b） 能够知道是否调用成功
（c） 一对多模式
（d） 有握手信号
（e） 服务执行完会有反馈
（f） 可以监控长时间执行的进程
（g） 较复杂
（h） 可能让系统过载（数据太多）
（i） 服务执行完之前，程序会等待
（j） 建立通信较慢
（k） 可能丢失数据
表3-1 ROS三类通信的主要特点
【问题3】 （10分）
ROS 的架构定义了 ROS 系统由多个各自独立的节点（组件）组成，并且各个节点之间可以通过发布/订阅（ Publish /Subscribe ）消息模型进行通信。图 3-1 给出一个简单机器人结构实例，请根据以下文字描述，补充图3-1 中（1）~（5） 处空白，将答案写在答题纸上。
“|机器人开始阶段，所有节点都要注册 （Registration） 到 Master上，注册后，摄像 头节点声明它要发布（Publish）一个叫作/image_data的消息。另外两个节点（图像处理处理节点和图像显示节点）声明它们需要订阅（ Subscribe） 这个/image_data消息。因此， 一旦摄像头节点收到相机发送的数据（Data），就立即将数据/image_data直接发送到另外两个节点。
图3-1
正确答案及解析
正确答案
解析
【问题1】
ROS与嵌入式实时操作系统的共同点：
（1）系统微型化
（2）系统专用性强
（3）软硬件依赖性强
（4）系统资源受限
ROS与嵌入式实时操作系统的差异：
实时性：ROS弱于嵌入式实时操作系统
通信方式：ROS的通信方式较为丰富，嵌入式实时操作系统通信方式单一。
【问题2】
（1）（2）（c）（k） （3）（4）（i）（j） （5） （f）
【问题3】
（1）Registration （2）Data （3）Publish （4）Subscribe （5）Subscribe
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