当代行星机器人学：一种自主化系统设计方法

　　ContemporaryPlanetaryRobotics：AnApproachTowardAutonomousSystems一书的作者高阳教授系英国萨里大学萨里空间中心行星实验室的负责人，长期从事人工智能、计算 机 视 觉 和 仿 生 学 等 方 面 的 研 究，先 后 参 与 了 ExoMars、MoonLITE、Moonraker、LunarEX、LunarNet和 Marco PoloR 等多项行星探测器的研制任务.高阳教授在该书中系统阐述了当代行星机器人的视觉、导航、控制和操作等内容;介绍了行星机器人自主化软件设计方法，剖析了俄罗斯、美国、欧空局等多款具有成功飞行经历的行星机器人（例如：月球车、火星车等）的典型工程案例;详细介绍了相关研究成果和经验教训，特别是对算法、策略、软件架构及硬件配置等方面的技术细节与性能指标都给出了颇有深度的解析.这本书无疑是深空探测领域科研人员的 “良师益友”.

暂缺《当代行星机器人学：一种自主化系统设计方法》作者简介

目录

第1章引言

1.1地外天体探测与机器人学发展历程

1.2行星机器人学概述

1.3本书的范围和组织架构

1.4致谢

第2章行星机器人系统设计

2.1引言

2.2系统设计方法:从任务概念到基线设计

2.2.1任务场景定义

2.2.2功能分析

2.2.3需求定义和评价

2.2.4设计驱动因素识别

2.2.5概念评估与权衡

2.3任务场景:过去、现在和将来

2.3.1着陆任务

2.3.2巡视任务

2.3.3未来任务概念

2.4环境驱动因素设计考虑

2.4.1重力

2.4.2温度

2.4.3大气和真空

2.4.4轨道特征

2.4.5星表环境

2.4.6行星体和卫星的特征属性

目录

.Ⅳ.

2.5系统设计驱动因素与权衡

2.5.1基于任务驱动的系统设计因素

2.5.2系统设计权衡:案例研究

2.6系统运行选项

2.6.1工作流程

2.6.2自主工作

2.7子系统设计选项

2.7.1能源子系统

2.7.2热控子系统

参考文献

第3章视觉与图像处理

3.1引言

3.2视觉处理范畴

3.2.1器载需求

3.2.2视觉传感器建图:立体视觉为核心

3.2.3物理环境

3.3视觉传感器和感知技术

3.3.1被动式(无源)视觉传感器

3.3.2主动式(有源)视觉感知策略

3.3.3专用导航视觉传感器:欧洲火星太空生物漫游者(ＥｘｏＭａｒｓ)案例

3.4视觉传感器标定技术

3.4.1几何标定

3.4.2辐射标定

3.4.3误差影响

3.5基于地面的视觉处理技术

3.5.1压缩与解压

3.5.2三维建图

3.5.3离线定位

3.5.4可视化与仿真

3.6器载视觉处理技术

3.6.1预处理

当代行星机器人学---一种自主化系统设计方法

.Ⅴ.

3.6.2压缩模式

3.6.3立体视觉感知软件流程

3.6.4视觉里程计

3.6.5自主导航

3.7过去和现有的任务方法

3.7.1月球探测视觉系统:着陆器和巡视器

3.7.2海盗号视觉系统

3.7.3火星探路者号视觉处理系统

3.7.4火星探测漫游者和火星科学实验室地面视觉处理流程

3.7.5欧洲火星太空生物漫游者器载视觉闭环控制流程

3.7.6欧洲火星太空生物漫游者器载(在轨)视觉测试与验证

3.7.7欧洲火星太空生物漫游者全景相机地面处理技术

3.7.8其他机器人视觉系统

3.8前沿概念

3.8.1行星显著性模型

3.8.2基于视觉的巡视器沉陷检测开展土壤特性研究

3.8.3科学自主性

3.8.4传感器融合

3.8.5人工智能和视觉控制论

参考文献

第4章星表导航技术

4.1引言

4.2研究背景

4.2.1术语定义

4.2.2地外天体导航技术

4.2.3当前和过去飞行巡视器导航系统

4.3导航系统设计

4.3.1需求分析

4.3.2设计要素

4.4定位技术与系统

4.4.1方向估计

目录

.Ⅵ.

4.4.2相对定位

4.4.3绝对定位

4.4.4组合定位源

4.4.5定位系统案例

4.5自主导航

4.5.1感知技术

4.5.2建图技术

4.5.3地形评估

4.5.4路径规划

4.5.5控制技术

4.6未来星表导航技术

4.6.1计划发射的飞行巡视器

4.6.2未来巡视器任务

4.6.3为未来导航技术提供试验场地

4.6.4未来能力

参考文献

第5章操控与控制

5.1前言

5.1.1行星机械臂综述

5.2机械臂系统设计

5.2.1规格和要求

5.2.2设计权衡

5.3机械臂控制

5.3.1底层控制策略

5.3.2机械臂轨迹生成

5.3.3碰撞规避

5.3.4顶层控制策略

5.4测试和验证

5.4.1测试策略

5.4.2测试活动范围

5.4.3验证方法

当代行星机器人学---一种自主化系统设计方法

.Ⅶ.

5.5未来趋势

5.5.1双臂操作

5.5.2全身运动控制

5.5.3移动操作

参考文献

第6章任务操作和自主性

6.1引言

6.2背景

6.2.1任务操作概念

6.2.2任务操作步骤

6.2.3器载部分运行模式

6.3任务操作软件

6.3.1设计考虑

6.3.2地面操作软件

6.3.3器载操作软件

6.3.4性能测量

6.4规划和调度

6.4.1规划调度软件设计考虑

6.4.2基本概念和技术

6.4.3规划调度软件系统

6.4.4规划调度软件开发框架

6.5可重构的自主性

6.5.1基本原理

6.5.2先进方法

6.5.3分类标准

6.5.4设计案例:可重构的巡视器GNC

6.6验证与确认

6.6.1仿真工具

6.6.2模型检查

6.6.3基于本体的系统模型

6.7案例研究:火星巡视器以目标为导向的自主操作

目录

.Ⅷ.

6.7.1设计目标

6.7.2器载软件架构

6.7.3实现和验证

6.7.4与地面操作结合

6.7.5设计注意事项

6.8未来趋势

6.8.1自主机器人

6.8.2通用机器人操作系统

6.8.3多智能体系统

参考文献