具體描述
編輯推薦
本書為迄今為止關於空間機器人*全麵、*係統的學術專著，涵蓋瞭運動學、動力學、耦閤特性、軌跡規劃、協調控製、仿真與實驗等主要內容，體係完整、邏輯性強；所闡述的內容理論與實際緊密結閤，大多已發錶在國際*期刊或學術會議論文中，並已實際用於我國*空間機器人型號項目上，具有極強的創新性和實用價值。
內容簡介
本書基於作者多年來承擔國傢重大型號工程及其他*項目取得的研究成果，對空間機器人相關理論和方法進行係統、深入的論述，包括運動學及動力學建模、耦閤特性、參數辨識、非完整路徑規劃、動力學奇異迴避、非閤作目標測量、自主捕獲控製、協調控製、仿真及實驗驗證等。本書理論與實際緊密結閤，對於航天器維修維護、空間站建設、太空垃圾清理等所涉及的空間機器人技術具有很強的支撐作用。
本書可作為高等院校相關專業研究生和高年級本科生的教材，也可供從事空間機器人技術研究及應用的研發人員及工程技術人員參考。
作者簡介
梁斌，清華大學自動化係長聘教授、導航與控製研究所所長、博士生導師，曾擔任863空間智能機器人重大項目專傢組組長、重大項目任務設計總師，中國*空間機器人型號項目總指揮。曾任香港中文大學高級研究員、美國卡耐基梅隆大學（CMU）高級訪問學者。獲國傢科技進步特等奬1項、軍隊科技進步一等奬2項。徐文福，教授，哈爾濱工業大學青年拔尖人纔，博士生導師，深圳市青年科技人纔協會常務副會長，IEEE高級會員，香港中文大學訪問學者，軍隊科技進步奬一等奬獲得者。主持*項目10餘項，發錶學術論文90多篇，獲國傢發明專利15項。
目錄
目錄
第1章空間機器人發展現狀及趨勢
1.1引言
1.2空間機器人的概念及分類
1.3空間機器人需求分析
1.3.1頻繁的衛星失效導緻瞭巨大的經濟損失
1.3.2不斷增長的軌道垃圾嚴重影響正常衛星的安全
1.3.3大型空間設施的建設與維護需求越來越緊迫
1.3.4新型空間技術對在軌服務的推動
1.3.5空間機器人代替宇航員是未來在軌服務的必然
1.3.6空間機器人在軌服務內容
1.4載人航天器機械臂國內外發展現狀
1.4.1航天飛機機器人SRMS
1.4.2國際空間站機器人
1.4.2.1空間站移動服務係統
1.4.2.2日本實驗艙遙控機械臂係統
1.4.2.3歐洲機械臂係統
1.4.3中國的艙外自由移動機器人係統EMR
1.4.4中國的空間站機器人係統
1.5自由飛行空間機器人國內外發展現狀
1.5.1已成功在軌演示的自由飛行空間機器人
1.5.2美國的空間機器人技術發展分析
1.5.2.1軌道快車
1.5.2.2機器人燃料加注實驗
1.5.2.3FREND項目
1.5.2.4“鳳凰”計劃
1.5.2.5大型望遠鏡及空間結構在軌服務計劃
1.5.2.6太空服務基地計劃
1.5.2.7在軌製造計劃
1.5.2.8美國在軌服務發展小結
1.5.3日本的空間機器人技術發展分析
1.5.4德國的空間機器人技術發展分析
1.5.5歐洲空間局的空間機器人技術發展分析
1.5.6加拿大的空間機器人技術發展分析
1.5.7中國的空間機器人技術發展分析
1.6空間機器人技術發展趨勢分析
1.7小結
參考文獻
第2章機器人運動學基礎
2.1引言
2.2剛體的位置和姿態
2.2.1剛體位置的描述
2.2.2剛體姿態的描述
2.2.2.1鏇轉變換矩陣錶示法
2.2.2.2歐拉角錶示法
2.2.2.3歐拉軸�步潛硎�
2.2.2.4單位四元數錶示法
2.2.2.5小角度下的姿態錶示
2.2.2.6各種姿態錶示的優缺點分析
2.2.3齊次坐標與齊次變換
2.3剛體的運動
2.3.1剛體的一般運動
2.3.2剛體的姿態運動學
2.3.2.1鏇轉變換矩陣錶示下的姿態運動
2.3.2.2歐拉角錶示法
2.3.2.3歐拉軸�步潛硎�
2.3.2.4單位四元數錶示
2.3.3姿態奇異條件分析
2.3.3.1姿態奇異條件及特性分析
2.3.3.2第Ⅰ類歐拉角的奇異分析
2.3.3.3第Ⅱ類歐拉角的奇異分析
2.4機械臂狀態描述
2.4.1關節狀態變量與關節速度
2.4.2末端位姿與末端速度
2.4.3關節空間與任務空間
2.5機械臂運動學正問題和逆問題
2.6位置級運動學問題
2.6.1平麵2連杆機械臂位置級正運動學舉例
2.6.2平麵2連杆機械臂位置級逆運動學舉例
2.7機器人連杆坐標係建立的D�睭法
2.7.1經典D�睭錶示法
2.7.1.1D�睭坐標係與D�睭參數
2.7.1.2各連杆D�睭坐標係建立的步驟
2.7.1.3基於D�睭參數的齊次變換矩陣
2.7.2改造後的D�睭錶示法
2.8典型構型機械臂的解析運動學求解
2.8.13DOF擬人肘機械臂
2.8.1.13DOF擬人肘機械臂正運動學方程
2.8.1.23DOF擬人肘機械臂逆運動學方程
2.8.23DOF球腕機械臂
2.8.2.13DOF球腕機械臂正運動學方程
2.8.2.23DOF球腕機械臂逆運動學方程
2.8.36DOF腕部分離機械臂
2.8.3.16DOF腕部分離機械臂正運動學方程
2.8.3.26DOF腕部分離機械臂逆運動學方程
2.9小結
參考文獻
第3章機器人微分運動學與奇異分析基礎
3.1引言
3.2機器人的速度級運動學
3.2.1速度級運動學方程
3.2.2機器人的微分運動
3.2.2.1采用6D狀態變量描述末端位姿時
3.2.2.2采用齊次變換矩陣描述末端位姿時
3.2.3速度級運動學舉例
3.2.3.1平麵2連杆機械臂速度級正運動學舉例
3.2.3.2平麵2連杆機械臂速度級逆運動學舉例
3.3機器人的加速度級微分運動學
3.3.1加速度級運動學方程
3.3.2加速度級運動學舉例
3.3.2.1平麵2連杆機械臂加速度級正運動學舉例
3.3.2.2平麵2連杆機械臂加速度級逆運動學舉例
3.4雅可比矩陣的計算方法
3.4.1不同坐標係錶示下的雅可比矩陣的關係
3.4.2利用各關節位姿齊次變換矩陣
3.4.3根據末端位姿矩陣直接微分
3.5雅可比矩陣計算實例
3.5.1擬人的3DOF肘機械臂
3.5.23DOF球腕機械臂
3.5.36DOF腕部分離機械臂
3.6典型運動學奇異臂型分析
3.6.13DOF擬人肘機械臂
3.6.1.1奇異條件確定
3.6.1.2奇異臂型與運動退化分析
3.6.23DOF球腕機械臂
3.6.36DOF腕部分離機械臂
3.6.3.1腕部運動的分解
3.6.3.2奇異條件的確定
3.7基於微分運動學的通用逆運動學求解方法
3.7.1算法原理
3.7.2算法流程
3.7.3算法舉例
3.8小結
參考文獻
第4章機器人動力學基礎
4.1引言
4.2動力學建模的基本原理
4.2.1歐拉方程
4.2.1.1剛體動量矩
4.2.1.2歐拉力矩方程
4.2.2達朗貝爾原理
4.2.3虛位移原理
4.2.3.1廣義坐標
4.2.3.2虛位移原理
4.2.3.3廣義力
4.2.4拉格朗日方程
4.2.4.1僅考慮動能情況下
4.2.4.2僅考慮勢能情況下
4.2.4.3一般拉格朗日方程
4.3機器人動力學基礎
4.3.1拉格朗日方法
4.3.1.1連杆的動能
4.3.1.2連杆的勢能
4.3.1.3拉格朗日動力學方程
4.3.1.4拉格朗日動力學方程舉例
4.3.2牛頓�纔防�法
4.3.2.1力和力矩的遞推關係式
4.3.2.2遞推的牛頓�纔防�動力學算法
4.4小結
參考文獻
第5章空間機器人感知
5.1引言
5.2空間機器人基座姿態敏感器
5.2.1陀螺
5.2.2星敏感器
5.2.2.1工作原理
5.2.2.2主要技術指標
5.2.3太陽敏感器
5.2.4紅外地球敏感器
5.2.5典型姿態測量部件組成及姿態確定算法設計
5.2.5.1GNC分係統的組成
5.2.5.2姿態確定算法
5.3機器人關節位置檢測
5.3.1電位計
5.3.2鏇轉變壓器
5.3.3光電編碼器
5.3.3.1增量式光電編碼器
5.3.3.2絕對式光電編碼器
5.4機器人力/力矩感知
5.5機器人視覺
5.5.1相機成像模型
5.5.2單目視覺與位姿測量
5.5.2.1單目視覺係統與PnP算法
5.5.2.2常用的P3P問題及其求解
5.5.3雙目視覺係統與立體匹配
5.6天基目標測量敏感器
5.6.1天基目標分類
5.6.2國內外應用情況分析
5.6.3天基目標測量敏感器簡介
5.6.3.1微波測距儀
5.6.3.2激光測距儀
5.6.3.3差分GPS(RGPS)
5.6.3.4光學測角相機
5.6.3.5寬視場測量相機
5.6.3.6窄視場成像相機
5.6.3.7交會測量相機
5.6.3.8典型目標測量設備配置方案
5.7天基目標測量方案舉例
5.7.1GEO非閤作航天器在軌救援任務設計
5.7.1.1在軌接近任務
5.7.1.2繞飛監測任務
5.7.1.3停靠與抓捕
5.7.1.4在軌修復
5.7.2天基目標測量分係統配置方案
5.7.3GNC算法設計
5.7.3.1製導律的要求
5.7.3.2控製的要求
5.7.3.3導航的要求
5.8小結
參考文獻
第6章空間機器人運動學建模
6.1引言
6.2符號及坐標係定義
6.3位置級運動學方程
6.3.1位置級正運動學方程
6.3.1.1位置級正運動學方程一般式
6.3.1.2空間機器人的正運動學方程舉例
6.3.2位置級逆運動學方程
6.3.2.1空間機器人係統逆運動學方程解的存在性討論
6.3.2.2基座位姿已知時的逆運動學方程求解
6.3.2.3僅基座姿態已知但係統不受外力時的逆運動學方程求解
6.4微分運動學方程
6.4.1速度級正運動學方程
6.4.1.1空間機器人一般運動方程
6.4.1.2空間機器人係統綫動量和角動量
6.4.1.3基座位姿穩定時的運動學方程
6.4.1.4基座姿態受控模式的運動學方程
6.4.1.5自由漂浮模式的運動學方程
6.4.2速度級逆運動學方程
6.4.2.1一般情況下的逆運動學方程
6.4.2.2基座位姿固定時的逆運動學方程
6.4.2.3基座姿態受控、係統不受外力時的運動學方程
6.4.2.4自由漂浮模式的逆運動學方程與動力學奇異
6.4.3平麵2連杆空間機器人係統運動學方程舉例
6.4.3.1位置關係
6.4.3.2一般運動方程
6.4.3.3基座位姿固定模式下的運動學方程
6.4.3.4基座姿態受控模式下的運動學方程
6.4.3.5自由飄浮模式下的運動學方程
6.4.3.6平麵空間機器人PIW與PDW的分析
6.4.4平麵3連杆空間機器人係統運動學方程舉例
6.4.4.1位置關係
6.4.4.2一般運動方程
6.4.4.3基座位姿固定模式下的運動學方程
6.4.4.4基座姿態受控模式下的運動學方程
6.4.4.5自由飄浮模式下的運動學方程
6.5虛擬機械臂建模及其應用
6.5.1基於虛擬機械臂的運動學建模
6.5.2工作空間分析
6.5.2.1空間機器人工作空間類型
6.5.2.2平麵空間機器人係統示例
6.5.3基於虛擬機械臂的逆運動學求解
6.6小結
參考文獻
第7章空間機器人動力學建模
7.1引言
7.2空間機器人通用動力學建模方法
7.2.1拉格朗日法
7.2.1.1空間機器人係統的動能
7.2.1.2空間機器人的拉格朗日動力學方程
7.2.1.3自由漂浮空間機器人動力學方程
7.2.2平麵單連杆空間機器人動力學方程舉例
7.2.3平麵雙連杆空間機器人動力學方程舉例
7.3動力學等價機械臂建模
7.3.1不受外力作用下空間機器人係統動力學建模
7.3.2關節1為球關節時的固定基座機械臂動力學
7.3.3動力學等價機械臂(DEM)及其與SM的等價性
7.3.3.1動力學等價機械臂的定義
7.3.3.2SM與DEM的運動學等價
7.3.3.3SM與DEM的動力學等價
7.3.3.4仿真驗證
7.4多領域統一建模方法
7.4.1非因果建模思想
7.4.1.1因果建模的局限性
7.4.1.2非因果建模
7.4.2空間機器人係統的多領域功能模塊劃分
7.4.3單臂空間機器人係統多領域統一建模
7.4.3.1空間機器人機構部分的建模
7.4.3.2機械臂關節軸的建模
7.4.3.3機械臂路徑規劃器(PathPlanning)
7.4.3.4基座姿態控製執行機構的建模
7.4.3.5姿態及軌道控製器
7.4.4多臂空間機器人係統的多領域統一建模
7.4.5仿真研究
7.4.5.1單臂空間機器人操作的多領域統一仿真
7.4.5.2雙臂空間機器人操作的多領域統一仿真
7.5小結
參考文獻
精彩書摘
第3章機器人微分運動學與奇異分析基礎3.1引言
機器人微分運動學建立瞭機械臂末端運動速度、加速度與關節運動速度、加速度的關係，反映瞭機器人關節空間與任務空間之間的運動傳遞關係，是實現機器人運動控製的基礎［1］。從關節空間到任務空間的傳遞為正嚮傳遞，稱為正嚮微分運動學； 反之則為逆嚮傳遞，稱為逆嚮微分運動學。對於串聯機器人而言，正嚮運動學永遠有唯一解，反之則不然，即在求解逆嚮運動學方程時將齣現無有效解的情況，這就是所謂的運動學奇異問題［2］。
在實際的作業任務中，需要首先在任務空間中描述機器人末端的運動(末端速度和/或加速度)，然後根據微分運動學關係，求解相應的關節運動速度和/或加速度(逆嚮微分運動學求解)，求解的結果可作為關節伺服控製器的期望值(必要時需要進行插補)，由伺服控製器完成對期望值的跟隨，上述過程即為機器人的運動控製，也稱為分解運動控製［3��5］。當齣現奇異時，若不進行適當處理，將導緻運動控製的失敗［6］。因此，機器人運動學奇異的分析極其重要，常用的分析方法有解析法［7］和數值法［8］。
本章將首先對機器人的微分運動學展開論述，然後對關鍵的運動傳遞矩陣——雅可比矩陣的計算方法進行介紹，並給齣計算實例，接著分析典型構型機械臂的奇異條件，最後給齣基於微分運動學的一般構型機械臂位置級逆運動學求解算法。
3.2機器人的速度級運動學
3.2.1速度級運動學方程
速度級運動學建立瞭機械臂關節速度與末端速度之間的映射關係。常見的機器人關節包括鏇轉關節和平移關節，對末端運動速度的貢獻如圖3��1所示。若關節i為鏇轉關節，其角速度θ·i産生的末端綫速度和角速度分彆為
ωei=ξiθ·i=ξiq·i
?瘙經ei=ωei×ρi→n=(ξi×pi→n)θ·i=(ξi×ρi→n)q·i(3��1)
其中，ξi為關節i鏇轉軸的單位矢量，ρi→n為關節i指嚮機械臂末端點的位置矢量。
圖3��1鏇轉關節與平移關節對末端速度的貢獻分析
對於平移關節，其平移速度僅在末端産生綫速度而不産生角速度。以圖3��1所示的平移關節j為例，關節平移矢量為ξj，則平移速度d·j産生的末端運動為
ωej=0
?瘙經ej=ξjd·j=ξjq·j(3��2)
因此，對應於鏇轉關節i，根據式(3��1)可得雅可比矩陣第i列為
Ji=ξi×ρi→n
ξi(3��3)
而對應於平移關節i，根據式(3��2)可得
Ji=ξi
0(3��4)
所有關節的運動産生的末端閤成運動為
?瘙經e
ωe=?瘙經e1
ωe2+?瘙經e2
ωe2+…+?瘙經en
ωen
=J1q·1+J2q·2+…+Jnq·n
=J1,J2,…,Jnq·1
q·2
��
q·n(3��5)
前言/序言
前 言
自從第一顆人造地球衛星發射升空以後，人類對於太空的探索步伐從未放慢，而是越來越重視空間資源的開發和利用。各種類型的航天器不斷發射入軌，為人類提供通信、導航、遙感等多種服務； 同時，人類已經或計劃在太空建造各種空間站、太空望遠鏡、太陽能電站等大型、超大型的空間設施。然而，航天器由於故障、完全失效或任務結束而被放棄後，停留在空間將成為新的太空垃圾，不但占用瞭寶貴的軌道資源，還危及其他航天器的安全。隨著大量人造物體進入太空，空間碎片逐年增多，嚴重影響瞭人類進入和開發太空的步驟。因此，開展航天器維修維護、軌道垃圾清理及大型空間設施的建設具有極其重要的意義。如果這些工作依靠宇航員來完成，其成本將十分高昂，也是十分危險的，因為惡劣的太空環境會給宇航員的空間作業帶來巨大的威脅。用空間機器人代替宇航員進行太空作業不僅可以使宇航員避免在惡劣太空環境中工作時可能受到的傷害，還可以降低成本，提高空間探索的效益。
鑒於空間機器人及其在軌服務具有巨大的應用前景，包括中國在內的各主要航天大國開展瞭大量研究並已經或將要進行在軌演示驗證，在不遠的未來將達到實用化的目標。我們課題組早在20世紀90年代初就在國傢高技術研究發展計劃(即863計劃)、國傢自然科學基金等的持續支持下，開展瞭應用基礎理論研究和工程型號項目的研製。作為主要單位參與研製的我國首個空間機器人係統已於2013年成功發射並開展瞭在軌維護技術科學試驗，使我國一躍進入瞭世界空間機器人技術強國的行列。
相對於地麵固定基座或其他類型的機器人，空間機器人處於微重力狀態，基座自由漂浮，機械臂的運動會導緻基座的姿態和質心位置發生變化，而這一變化又影響瞭機械臂末端的定位和定姿，使得相關的建模、規劃及控製等與其他類型的機器人相比有極大的不同； 而且，為瞭確保空間機器人發射入軌後能圓滿完成任務，需要在發射前對關鍵的規劃和控製算法進行充分的仿真分析和實驗驗證，而在地麵進行空間環境的模擬和實驗係統的建設也是極其復雜的。經過20多年不懈的努力，作者所領導的課題組開展瞭大量相關的研究，剋服瞭各種睏難，取得瞭一係列的研究成果。本書旨在對這些研究成果進行係統的總結，以為相關的科學傢和工程師提供參考，同時，對未來需要進一步深化研究的課題也進行瞭闡述。書中涉及的理論及方法大多發錶在國際頂級期刊、國際頂級學術會議論文集中，並已實際用於我國的航天型號項目上，具有較強的創新性和實用價值。通過本書的學習，讀者將會在理論、方法和實踐上得到極大的提高，可用於解決航天器在軌製造、維修維護、太空垃圾清理、空間大型設施建設等所涉及的空間機器人技術方麵的問題。
全書共分為16章。第1章主要介紹空間機器人的概念、需求分析、國內外發展現狀及趨勢； 第2章為機器人運動學基礎知識，包括機器人狀態描述、正/逆運動學問題、D�睭及M�睤�睭建模方法和典型構型機械臂的解析逆運動學求解； 第3章介紹瞭機器人微分運動學及奇異分析的基礎，包括速度級及加速度級微分運動學方程的推導、雅可比矩陣的計算、典型機械臂的奇異構型分析等； 第4章為機器人動力學基礎知識，闡述瞭動力學建模的基本原理，以及常用的拉格朗日法和牛頓�纔防�法兩種建模方法； 第5章介紹瞭空間機器人的感知手段，包括基座姿態敏感器、關節位置和力/力矩傳感器、機器人視覺傳感器和天基目標測量敏感器； 第6章論述瞭空間機器人係統的運動學建模方法，包括一般運動學建模方法和虛擬機械臂建模方法及應用； 第7章介紹瞭空間機器人係統的動力學建模方法，包括通用動力學建模方法、動力學等價機械臂建模方法和多領域統一建模方法； 第8章闡述瞭空間機器人係統動力學耦閤的概念、建模及評估方法，定義瞭動力學耦閤因子並用於減小擾動的路徑規劃和目標捕獲後的魯棒控製； 第9章闡述瞭空間機器人係統動力學參數在軌辨識方法，實現瞭對基座、機械臂及目標衛星的動力學參數辨識，所采用的基於等效單體及等效雙體的辨識方法不僅可完整辨識係統的參數，還大大降低瞭計算量； 第10章介紹瞭空間機械臂路徑規劃的概念、關節空間路徑規劃以及笛卡兒空間路徑規劃方法，並針對具體任務進行瞭仿真； 第11章闡述瞭自由漂浮空間機器人非完整路徑規劃的理論依據、基於遺傳算法的非完整路徑規劃方法，以及目標停靠與基座姿態重穩定中的應用問題； 第12章闡述瞭“奇異條件分離+阻尼倒數”的運動學奇異迴避方法，以及將空間機器人動力學奇異迴避轉換為實時的運動學奇異迴避的算法； 第13章論述瞭空間機器人目標捕獲的自主路徑規劃方法，包括基於位置和基於圖像兩種方法，並進行瞭比較和分析； 第14章論述瞭3種典型的非閤作目標自主識彆與位姿測量方法，包括基於立體視覺的帆闆支架識彆與位姿測量、基於雙目協作相機的通信天綫支架識彆與位姿測量，以及基於立體視覺的星箭對接環及噴嘴的識彆與位姿測量方法； 第15章論述瞭空間機器人係統的協調控製方法，包括基於前饋補償的協調控製，以及可同時實現最優交會與目標捕獲的方法； 第16章針對空間機器人關鍵算法的驗證和評估，論述瞭空間機器人係統全數學仿真、半物理仿真以及全物理仿真（即實驗）等方法，並分析瞭各自的優缺點和應用情況。
本書得到瞭國傢自然科學基金（61673239，61573116，U1613227）、國傢863重大項目、國傢863重點項目，以及深圳市空間機器人與遙科學重點實驗室（ZDSYS20140512091043835）和深圳市基礎研究學科布局項目（JCYJ20160427183553203、JCYJ20150529141408781）等課題的資助。本書的完成是集體智慧的結晶，除瞭作者梁斌、徐文福教授外，課題組的研究生仇越、杜曉東、史也、王學謙、鬍鬆華、鬍忠華、閆磊等也進行瞭大量的工作，在此一並錶示感謝。另外，對本書所參考的所有文獻的作者錶示誠摯的謝意。
梁斌教授總體負責本書的統籌規劃和修訂，重點編寫瞭其中的第1、4、5、7、8、10、14、16章，徐文福教授重點編寫瞭第2、3、6、9、11、12、13、15章，李兵教授、王學謙博士、鬍忠華博士、牟宗高博士、閆磊博士等參與瞭本書的文字校閱工作。
由於空間機器人技術不斷發展完善，應用不斷普及，對其功能和性能的要求不斷提高，很多新技術在不斷地對相關的理論和方法産生影響，相關的理論和方法仍在發展和完善之中，加之編寫時間有限，書中難免有些不妥之處，敬請廣大讀者指正。
作者
2017年10月
用戶評價
作為一名長期關注機器人技術在極端環境中應用的工程師，近期我非常榮幸地閱讀瞭由清華大學齣版的學術專著《空間機器人：建模、規劃與控製》。這本書猶如一座精心設計的知識殿堂，係統地陳列瞭空間機器人這一復雜係統背後的科學原理和工程實踐。它以其嚴謹的學術態度和深厚的理論功底，為我打開瞭通往理解和駕馭太空機器人世界的大門。 書中對“建模”的闡釋，其深度和廣度都令人印象深刻。它不僅涵蓋瞭機器人本體的運動學和動力學描述，更重要的是，它將目光聚焦於空間環境的獨特性。例如，在處理微重力下的動力學行為時，書中提齣的模型不僅考慮瞭質量慣性，還細緻地分析瞭連杆之間的相互作用以及外部擾動（如地球引力梯度、太陽輻射壓）的影響。我特彆欣賞書中關於如何將航天器本體動力學與機械臂動力學進行耦閤建模的方法，這對於設計能夠精確執行任務的末端執行器至關重要。 在“規劃”部分，本書深入剖析瞭空間機器人執行任務時所麵臨的挑戰。這包括如何在復雜、動態且信息不完整的空間環境中，生成安全、高效且滿足任務需求的運動軌跡。書中對多種路徑規劃算法的比較分析，從經典的搜索算法到基於優化的方法，都提供瞭詳細的論述和實例。我從中學習到如何在考慮空間碎片、其他航天器、以及行星/月球錶麵地形等障礙物的情況下，設計齣最優的運動序列。 “控製”是本書的另一大亮點。它係統地介紹瞭多種先進控製技術在空間機器人上的應用，並對其優缺點進行瞭深入分析。從基本的PID控製到更復雜的模型預測控製（MPC）和自適應控製，書中都給齣瞭清晰的數學推導和仿真驗證。我尤其被書中關於如何設計魯棒控製器以應對模型不確定性和外部擾動（如傳感器噪聲、執行器誤差）的討論所吸引。這對於確保空間機器人在復雜環境下穩定可靠地工作至關重要。 本書的價值不僅在於理論的深度，更在於其與實際工程應用的緊密聯係。書中引用瞭大量的真實空間任務案例，並配以翔實的仿真數據和圖錶，使得抽象的理論能夠直觀地轉化為工程實踐。例如，書中對國際空間站機械臂操作的分析，對火星探測器移動規劃的探討，都極大地增強瞭我對書中內容的理解和認同感。 我個人在閱讀過程中，特彆留意到書中關於“不確定性處理”的章節。空間機器人往往需要在信息有限或充滿噪聲的環境下工作，如何在這種情況下做齣準確的判斷和決策，是其能否成功完成任務的關鍵。書中對基於概率模型（如貝葉斯方法）和模糊邏輯的介紹，以及魯棒控製的設計原則，為解決這一難題提供瞭非常有價值的參考。 另外，本書對“自主性”和“智能化”在空間機器人領域的探索，也讓我看到瞭未來的發展方嚮。隨著人類對深空探索的不斷深入，對空間機器人自主決策和協同作業能力的需求將越來越迫切。書中對人工智能技術在空間機器人應用前景的探討，為我提供瞭新的研究思路。 整本書的結構嚴謹，邏輯清晰，語言專業且精煉。清華大學作為國內頂尖的學術機構，其齣版的學術專著，其內容的權威性和深度自然不必多言。 它為我構建瞭一個完整且係統的空間機器人知識體係，從最底層的物理建模，到中間的智能規劃，再到頂層的精確控製，每一個環節都得到瞭細緻的梳理和深刻的剖析。 總而言之，《空間機器人：建模、規劃與控製》是一部具有裏程碑意義的學術著作。它不僅是對空間機器人領域現有知識的全麵總結，更是對未來發展方嚮的深刻洞察。對於任何有誌於在空間機器人領域深耕的研究者或工程師而言，這本書都將是一筆不可多得的寶貴財富。
評分作為一名長期在自動化技術領域探索的工程師，我近期有幸品讀瞭清華大學學術專著《空間機器人：建模、規劃與控製》一書。這本書猶如一位經驗豐富的嚮導，帶領我深入遊覽瞭空間機器人這一復雜而迷人的領域。它以其深邃的洞察力和嚴謹的邏輯，為我勾勒齣瞭一個清晰而完整的技術圖景。 書中對“建模”的闡述，其嚴謹性令人贊嘆。它不僅僅局限於描述機器人的幾何結構和運動學特性，更將焦點放在瞭空間環境中各種獨特的物理效應上。例如，如何精確地刻畫在微重力條件下的動力學行為，如何考慮航天器本體的姿態變化對機械臂操作的影響，以及如何將太陽輻射壓力、地球引力梯度等環境擾動納入模型。我尤其對書中關於多體係統動力學耦閤的詳盡推導印象深刻，這對於實現高精度空間操作至關重要。 在“規劃”部分，本書深入探討瞭空間機器人執行任務時所麵臨的各種挑戰。它詳細介紹瞭多種路徑規劃算法，並著重分析瞭如何在避開空間碎片、其他航天器以及復雜地形等障礙物的同時，生成安全、高效且滿足任務需求的運動軌跡。書中對如何優化能源消耗、如何處理通信延遲以及如何在遠程操作下進行規劃的論述，都極具指導意義。 “控製”方麵，本書係統地梳理瞭適用於空間機器人的各類先進控製理論與技術。從基礎的PID控製器到模型預測控製（MPC）、自適應控製、以及魯棒控製等，書中都進行瞭深入淺齣的講解，並配以詳實的仿真結果來驗證其有效性。我尤其關注瞭書中關於如何設計高魯棒性控製器以應對模型不確定性和外部擾動的討論，這對於確保空間機器人在太空極端環境下的可靠性至關重要。 本書的價值不僅在於其理論的深度，更在於其與實際工程應用的緊密結閤。書中穿插瞭大量真實空間任務的案例，例如國際空間站機械臂的操作、月球/火星探測器的移動和采樣任務，並輔以詳實的仿真數據和圖錶。這種將抽象理論轉化為具體工程實踐的呈現方式，極大地增強瞭讀者的理解和信心。 我個人在閱讀過程中，對書中關於“不確定性處理”的章節尤為重視。在太空探索中，信息的不完整性和不確定性是普遍存在的。書中對如何利用先進的狀態估計技術（如卡爾曼濾波、粒子濾波）以及設計魯棒控製策略來應對這些不確定性的係統性論述，為我提供瞭寶貴的思路。 此外，本書對“自主性”和“多機器人協同”在空間機器人領域的應用前景進行瞭前瞻性的探討。隨著人類對深空探索的不斷推進，提升空間機器人的自主決策和協同作業能力已成為必然趨勢。 整本書的結構設計嚴謹，邏輯清晰，學術語言專業且富有啓發性。作為一本清華大學齣版的學術專著，其內容的權威性和深度毋庸置疑。 它為我構建瞭一個極其全麵且係統的空間機器人知識體係，從最基礎的物理建模，到中層的智能規劃，再到頂層的精確控製，每一個環節都得到瞭深入的闡述和拔高。 總而言之，《空間機器人：建模、規劃與控製》是一部具有裏程碑意義的學術著作。它不僅為空間機器人領域的研究人員和工程師提供瞭寶貴的理論指導和實踐參考，更重要的是，它為人類更加深入、高效地探索和利用太空，插上瞭更加強勁的智慧之翼。
評分作為一名長期關注人工智能與機器人領域發展的工程師，最近有幸拜讀瞭清華大學學術專著《空間機器人：建模、規劃與控製》。這本書的齣版，無疑為我們這些深耕於此的研究人員和從業者提供瞭一份極為寶貴的理論與實踐相結閤的參考。它不僅僅是一本書，更像是一個精心構建的知識體係，係統地梳理瞭空間機器人這一前沿領域的核心要素。從最初的建模，也就是如何準確地描述一個在復雜空間環境中運行的機器人的物理特性、運動學以及動力學，到高效的路徑規劃，即如何讓機器人能夠安全、經濟地從起點到達目標點，再到精確的控製，確保機器人按照預定軌跡穩定運行並完成預期任務，書中都給齣瞭詳實而深入的論述。 特彆值得稱道的是，作者在建模部分並沒有止步於理論公式的堆砌，而是結閤瞭大量的實例和仿真分析，使得抽象的概念變得生動具體。例如，在描述自由度、關節約束以及考慮重力、慣性等影響時，書中提齣的方法不僅嚴謹，而且在實際應用中具有很高的參考價值。對於路徑規劃部分，我尤其欣賞其對不同算法的比較分析，比如A算法、RRT算法以及各種優化算法在處理高維空間、動態障礙物時的優缺點。書中提齣的混閤規劃策略，即結閤瞭全局規劃的搜索性和局部規劃的響應性，對於應對空間任務中層齣不窮的突發情況，有著重要的指導意義。 而在控製部分，作者深入淺齣地講解瞭PID控製、模型預測控製（MPC）以及自適應控製等多種控製策略在空間機器人上的應用。書中對這些控製算法的數學推導清晰明瞭，並且提供瞭大量的仿真結果來驗證其有效性。我個人在實際工作中遇到的很多控製難題，在書中都找到瞭潛在的解決方案或新的思路。例如，對於姿態控製中的耦閤問題，書中提齣的解耦控製方法，以及考慮瞭航天器本體和機械臂之間相互影響的聯閤控製策略，都給我留下瞭深刻的印象。 這本書的另一個亮點在於其對空間環境的深刻理解。在建模和規劃部分，作者充分考慮瞭微重力、軌道動力學、太陽輻射壓力、大氣阻力（在低軌道）等一係列影響因素，這些都是在地球錶麵機器人建模時鮮有考慮的。這種針對性使得書中提齣的方法在應對空間任務時具有天然的優勢，能夠更準確地預測和控製機器人的行為。對於規劃部分，書中對空間碎片、行星地形、月球錶麵等不同場景下的規劃挑戰進行瞭細緻的分析，並提齣瞭相應的策略。 我尤其喜歡書中對“考慮不確定性”這一方麵的論述。空間機器人往往需要在信息不完全或存在噪聲的環境下工作，書中對不確定性建模（如基於概率的方法、模糊邏輯）以及魯棒控製策略的探討，對於提高空間機器人的自主性和可靠性至關重要。例如，在目標識彆不準確或傳感器數據存在漂移的情況下，如何保證規劃的有效性和控製的穩定性，書中給齣瞭非常具有啓發性的思考。 此外，本書在仿真與實驗驗證方麵也做得非常齣色。作者不僅展示瞭大量的仿真結果，而且還引用瞭一些實際的空間任務數據和研究成果，這使得理論的嚴謹性與實際應用的可行性得到瞭有力的支撐。這種將理論與實踐緊密結閤的方式，對於初學者而言可以快速建立對空間機器人的整體認知，對於資深研究者而言則提供瞭深入鑽研的起點。 值得一提的是，書中對“多機器人協同”在空間場景下的應用也進行瞭探討。隨著未來空間探索任務的復雜化，多機器人協同作業將變得越來越普遍，例如空間站的維護、大型結構的在軌組裝等。本書在這方麵的初步探討，為未來的研究方嚮指明瞭道路，也為我們思考如何設計和控製復雜的空間機器人係統提供瞭基礎。 整本書的結構清晰，邏輯嚴謹，語言也相對通俗易懂，即使是對空間機器人理論接觸不多的讀者，也能從中獲得豐富的知識。圖錶和公式的運用恰到好處，既保證瞭理論的嚴謹性，又便於讀者理解。清華大學學術專著的品質確實名不虛傳，這本書的齣版，無疑將為中國乃至全球的空間機器人領域研究注入新的活力。 盡管書中涉及的理論深度和廣度都相當可觀，但我認為其最寶貴的價值在於提供瞭一個係統性的框架，幫助讀者理解空間機器人的核心挑戰以及應對這些挑戰的多種途徑。從最基本的運動學求解，到復雜的動力學耦閤分析，再到精妙的軌跡生成和精確的伺服控製，書中層層遞進，環環相扣，構建瞭一個完整的知識鏈條。 總而言之，《空間機器人：建模、規劃與控製》是一部裏程碑式的著作。它不僅全麵、深入地闡述瞭空間機器人的核心理論，更重要的是，它為實際應用提供瞭切實可行的指導。無論你是學生、研究人員還是行業從業者，閱讀此書都將是一次非常有價值的知識投資，它將極大地拓寬你對空間機器人領域的認知邊界，並為你的工作和研究提供源源不斷的靈感。
評分作為一名長期從事自動化控製領域研究的工程師，最近有幸通讀瞭清華大學齣版的學術專著《空間機器人：建模、規劃與控製》。這本書給我留下瞭極其深刻的印象，它以一種極其係統和全麵的方式，為我揭示瞭空間機器人這一復雜技術領域的核心奧秘。我仿佛置身於一個精心構建的知識迷宮，而這本書則為我提供瞭最清晰的路綫圖。 書中對“建模”的闡述，遠超瞭我以往對機器人建模的認知。它不僅僅關注於機器人自身的運動學和動力學特性，更將重心放在瞭其所處的獨特空間環境中。例如，如何精確地描述在微重力下的慣性效應、如何考慮航天器的軌道動力學對機械臂操作的影響、以及如何納入如太陽輻射壓力、地球引力梯度等外部擾動。我尤其欣賞書中對多體動力學耦閤的細緻分析，這對於理解和預測空間機器人復雜的運動行為至關重要。 在“規劃”部分，本書深入探討瞭空間機器人在麵對復雜三維環境、動態障礙物以及通信限製時的策略。我從中學習到瞭如何利用多種路徑規劃算法，如A、RRT、PRM等，來生成安全、高效且滿足特定任務需求的運動軌跡。書中對如何考慮能源消耗、任務優先級以及遠程操作下的規劃挑戰的論述，都極具指導意義。 “控製”是本書的另一大亮點。它係統地介紹瞭各種先進的控製理論和技術，包括PID控製、模型預測控製（MPC）、自適應控製以及魯棒控製等，並深入分析瞭它們在空間機器人姿態控製、軌跡跟蹤、力控等方麵的應用。我被書中關於如何設計能夠在模型不確定性、外部擾動和傳感器噪聲等條件下保持高魯棒性和穩定性的控製律的講解所深深吸引。 本書的價值不僅在於其理論的深度，更在於其與實際工程應用的緊密結閤。書中引用瞭大量的真實空間任務案例，並輔以詳細的仿真數據和圖錶，這使得抽象的理論概念變得生動易懂，並驗證瞭方法的有效性。例如，對國際空間站機械臂操作的詳細分析，以及對月球/火星探測器移動規劃的探討，都為我提供瞭寶貴的工程參考。 讓我印象深刻的是，書中對“不確定性”的係統性處理。在太空探索中，不確定性無處不在，如何確保機器人在信息不全或存在誤差的情況下依然能夠可靠地工作，是其自主性的關鍵。書中對如何利用先進的狀態估計技術（如卡爾曼濾波）以及設計能夠應對這些不確定性的魯棒控製策略的論述，非常有啓發性。 此外，本書對“多機器人協同”在空間任務中的應用進行瞭前瞻性的探討，這為未來大規模空間基礎設施建設和深空探索任務描繪瞭美好的藍圖。 整本書的結構設計嚴謹，邏輯清晰，語言專業且富於啓發性。作為一本清華大學的學術專著，其內容的權威性和深度毋庸置疑。 它為我構建瞭一個極其完善的空間機器人知識體係，從最底層的物理建模，到中層的智能規劃，再到頂層的精確控製，每一個環節都得到瞭深入的闡述和拔高。 總而言之，《空間機器人：建模、規劃與控製》是一部具有裏程碑意義的學術著作。它不僅為空間機器人領域的研究人員和工程師提供瞭寶貴的理論指導和實踐參考，更重要的是，它為人類更加深入、高效地探索和利用太空，插上瞭更加強勁的智慧之翼。
評分作為一名對工程科學領域抱有極大熱情，並長期關注其最新發展動態的獨立研究者，近期有幸接觸到瞭清華大學齣版的學術專著《空間機器人：建模、規劃與控製》。這本書為我提供瞭一個極其詳盡且係統性的框架，以理解和駕馭在極端宇宙環境中運作的機器人技術。它宛如一座信息豐富、結構精密的知識寶庫，為我揭示瞭空間機器人領域的深層奧秘。 書中對“建模”的闡述，其專業性和深度令人矚目。它不僅僅停留在對傳統機器人本體的幾何和動力學描述，更是將復雜的空間環境因素——如微重力下的慣性效應、地球或行星引力的空間分布變化、太陽輻射壓力的影響、以及大氣阻力（在低軌道）——悉數納入考量。我尤其欣賞書中對於航天器本體動力學與附帶機械臂動力學之間耦閤關係的細緻分析，以及如何精確建模這些多體係統的相對運動，這對於實現高精度空間操作至關重要。 在“規劃”部分，本書深入探討瞭空間機器人執行任務時所麵臨的諸多挑戰。它詳細介紹瞭多種路徑規劃算法，包括如何生成避開空間碎片、其他航天器以及復雜地形等障礙物的安全軌跡，如何優化能源消耗以延長任務續航，以及如何在通信延遲的環境下進行遠程操作的規劃。書中對基於優化的規劃方法，以及如何處理動態環境下的實時規劃問題，都提供瞭極具價值的見解。 “控製”理論的闡述，是本書的一大亮點。書中係統地介紹瞭多種先進的控製策略，如PID、模型預測控製（MPC）、自適應控製、以及魯棒控製，並深入分析瞭它們在空間機器人姿態穩定、軌跡跟蹤、力控等方麵的應用。我特彆關注瞭書中關於如何設計高魯棒性控製器以應對模型不確定性和外部擾動（如傳感器噪聲、執行器誤差）的討論，這對於確保空間機器人在太空極端環境下的可靠性至關重要。 本書的價值不僅體現在其理論的深度，更在於其與實際工程應用的緊密結閤。書中穿插瞭大量真實空間任務的案例，例如國際空間站機械臂的操作、月球/火星探測器的移動和采樣任務，並輔以詳實的仿真數據和圖錶。這種將抽象理論轉化為具體工程實踐的呈現方式，極大地增強瞭讀者的理解和信心。 我個人在閱讀過程中，對書中關於“不確定性處理”的章節尤為重視。在太空探索中，信息的不完整性和不確定性是普遍存在的。書中對如何利用先進的狀態估計技術（如卡爾曼濾波、粒子濾波）以及設計魯棒控製策略來應對這些不確定性的係統性論述，為我提供瞭寶貴的思路。 此外，本書對“自主性”和“多機器人協同”在空間機器人領域的應用前景進行瞭前瞻性的探討。隨著人類對深空探索的不斷推進，提升空間機器人的自主決策和協同作業能力已成為必然趨勢。 整本書的結構設計嚴謹，邏輯清晰，學術語言專業且富有啓發性。作為一本清華大學齣版的學術專著，其內容的權威性和深度毋庸置疑。 它為我構建瞭一個極其全麵且係統的空間機器人知識體係，從最基礎的物理建模，到中層的智能規劃，再到頂層的精確控製，每一個環節都得到瞭深入的闡述和拔高。 總而言之，《空間機器人：建模、規劃與控製》是一部具有裏程碑意義的學術著作。它不僅為空間機器人領域的研究人員和工程師提供瞭寶貴的理論指導和實踐參考，更重要的是，它為人類更加深入、高效地探索和利用太空，插上瞭更加強勁的智慧之翼。
評分作為一名對前沿科技充滿好奇心的愛好者，最近我有幸接觸到一本由清華大學齣版的學術專著《空間機器人：建模、規劃與控製》。這本書如同一個引人入勝的宇宙探險故事，詳細講述瞭那些在高遠、真空、極端環境下工作的機器人們的“大腦”和“身體”是如何被精心設計的。 首先，它深入淺齣地解釋瞭“建模”的藝術。這不僅僅是把機器人畫齣來，更是要精確地描述它在太空中的每一個細微之處。從它有多少個關節，每個關節能怎麼動（這叫做運動學），到它受到的推力、拉力以及慣性會如何影響它的運動（這叫做動力學）。書中特彆強調瞭如何考慮太空環境的特殊性，比如沒有重力但有慣性，以及太陽光、地球磁場這些在地麵上不太顯眼但對太空機器人卻很重要的影響。這些詳細的描述，讓我對建造一個能適應太空環境的機器人有瞭更直觀的理解。 接著，書中展開瞭“規劃”的精彩篇章。這就像是給機器人製定一套完美的“太空旅行攻略”。在浩瀚無垠的太空中，機器人需要從一個點移動到另一個點，完成比如安裝衛星、維修空間站這樣的任務。這就意味著需要規劃齣一條既安全（避開軌道碎片）又高效（節省能源）的路綫。我被書中介紹的各種路徑規劃算法深深吸引，比如如何讓機器人在復雜的空間站結構周圍靈活穿梭，或者如何在行星錶麵崎嶇的地形上找到最佳的探測路徑。 然後，書中的“控製”部分，讓我看到瞭工程師們如何讓這些“太空大腦”精確地執行指令。即使有瞭完美的計劃，也需要精確的執行。書中介紹瞭各種精密的控製技術，如何讓機器人的手臂以毫秒級的精度移動，如何保持穩定的姿態，如何在進行抓取時施加恰到好處的力。我尤其對書中關於如何應對太空中的各種突發情況，比如傳感器數據不準確或者外部乾擾，依然能讓機器人保持穩定的控製技術印象深刻。 這本書不僅僅是理論的堆砌，它還穿插瞭許多真實的太空任務案例，比如國際空間站上的機械臂是如何工作的，火星探測器是如何規劃和執行任務的。這些生動的例子，讓我感覺仿佛親身參與瞭這些偉大的太空探索項目。 我特彆欣賞書中對“不確定性”的討論。在太空中，一切都不是絕對確定的，傳感器可能會有誤差，環境也可能隨時變化。書中介紹的方法，如何讓機器人在信息不全的情況下也能做齣明智的決策，這讓我看到瞭機器人“智慧”的另一麵。 書中還對未來“多機器人協同”在太空中的應用進行瞭展望，比如多個機器人一起閤作建造大型空間設施，這讓我對人類未來的太空生活充滿瞭期待。 整本書的結構清晰，語言雖然專業，但讀起來並不晦澀。清華大學的學術專著，果然名不虛傳，內容嚴謹而富有啓發性。 它為我構建瞭一個完整的空間機器人知識框架，從最基本的物理原理，到中級的智能規劃，再到頂層的精密控製，每一個部分都得到瞭深入的闡述。 總而言之，《空間機器人：建模、規劃與控製》是一本極具價值的讀物。它不僅是專業人士的案頭必備，也是對太空科技感興趣的讀者瞭解前沿技術的絕佳入口。它讓我更加理解，那些在太空中默默工作的機器人，承載著人類多少智慧和夢想。
評分作為一名在空間科學與技術領域深耕多年的研究者，近期有幸拜讀瞭清華大學學術專著《空間機器人：建模、規劃與控製》一書，其內容之充實、體係之嚴謹，令我深受啓發。這本書為我提供瞭一個極其詳盡的視角，來審視和理解在浩瀚宇宙中，那些承擔著人類探索重任的機器人是如何被構想、設計並最終實現其功能的。 書中“建模”部分，不僅僅是對機器人本體幾何和動力學特性的靜態描述，更是將其置於動態變化、充滿未知因素的空間環境中進行考量。作者深入剖析瞭微重力、真空、極端溫度變化以及外在擾動（如太陽風、宇宙射綫）對機器人行為的影響，並提供瞭相應的數學模型。我尤其贊賞書中關於如何處理多體動力學耦閤效應的論述，例如航天器本體與機械臂之間的相互作用，以及如何在建模中考慮柔性結構和關節間隙等非理想因素，這對於提升空間機器人的運動精度具有至關重要的意義。 “規劃”環節，本書不僅介紹瞭經典路徑規劃算法，如A、RRT等，更著重於討論如何在空間環境中解決諸如避障、能源優化、任務序列生成等復雜問題。我從中學習到瞭如何根據不同的空間任務場景（如軌道操作、行星錶麵探索、空間站維護），選擇並優化相應的規劃策略。書中對動態環境下的規劃方法，以及如何處理通信延遲和遠程控製下的規劃限製，都給齣瞭非常有價值的解決方案。 “控製”方麵，本書係統地梳理瞭適用於空間機器人的各類先進控製理論與技術。從基礎的PID控製器到模型預測控製（MPC）、自適應控製、魯棒控製等，書中都進行瞭深入淺齣的講解，並配以詳實的仿真結果來驗證其有效性。我特彆關注瞭書中關於如何設計能夠應對模型不確定性、外部擾動以及執行器誤差的控製律，這對於確保空間機器人在復雜環境下能夠穩定、精確地執行任務至關重要。 本書的卓越之處在於其理論與實踐的完美結閤。它不僅提供瞭紮實的理論基礎，更引用瞭大量真實的航天任務數據和案例，例如國際空間站上 Canadarm2 的操作、好奇號火星車的路徑規劃與控製等。這種結閤使得書中的概念更加生動，理論的應用價值也得以充分體現。 讓我印象深刻的是，書中對“不確定性”的係統性分析。在信息不完全或存在誤差的情況下，如何保證空間機器人的決策和行動的可靠性，是其自主性的關鍵。書中對如何利用先進的狀態估計技術（如擴展卡爾曼濾波）以及設計魯棒的控製策略來應對不確定性，提供瞭極其詳實的指導。 此外，本書對“多機器人協同”在空間任務中的應用也進行瞭前瞻性的探討，這為未來大規模空間建造、資源開發等復雜任務提供瞭理論基礎。 整本書的結構設計精巧，邏輯綫索清晰，學術語言嚴謹而富有啓發性。作為清華大學的學術專著，其質量和深度毋庸置疑。 它為我構建瞭一個全方位、係統性的空間機器人知識體係，從最基礎的物理建模，到中層的智能規劃，再到頂層的精確控製，每一個層次都得到瞭深入的闡述和拔高。 總而言之，《空間機器人：建模、規劃與控製》是一部具有劃時代意義的學術著作。它不僅為空間機器人領域的研究人員和工程師提供瞭寶貴的理論指導和實踐參考，更重要的是，它為人類更加深入、高效地探索和利用太空，插上瞭更加強勁的智慧之翼。
評分作為一名對航天科技懷揣極大熱情，並一直在關注其最新進展的愛好者，我最近有幸接觸到瞭一本名為《空間機器人：建模、規劃與控製》的學術專著，據說是齣自清華大學。這本書的齣現，仿佛在我心中搭建起瞭一座通往浩瀚宇宙的知識橋梁。它以極其詳盡的方式，係統地解析瞭在地球之外的極端環境中，機器人是如何被設計、如何思考以及如何行動的。 首先，它深入探討瞭“建模”這一概念。這不僅僅是畫幾條綫、寫幾個公式那麼簡單。書中詳細闡述瞭如何精確地描述一個在失重、真空、強輻射等復雜環境下工作的機器人。從它的物理結構，到它內部各個部件的運動方式（學名是運動學），再到它受到各種外部力和自身運動産生的慣性力（學名是動力學），每一個細節都被嚴謹地剖析。我印象最深的是，書中對於如何處理空間環境中特有的各種擾動，例如微小的軌道變化、太陽光壓帶來的微小推力，甚至是月球或行星的引力差異，都給齣瞭非常富有洞察力的建模方法。這讓我理解到，設計空間機器人，必須對其所處的“傢”——太空，有極其深刻的認識。 接著，本書引齣瞭“規劃”這一環節。這就像是為機器人設計一套周密的行動計劃。在一個龐大而危險的空間環境中，機器人需要從一個地點移動到另一個地點，並完成特定的任務。這其中充滿瞭挑戰。書中詳細介紹瞭各種路徑規劃的算法，比如如何讓機器人在避開空間碎片、衛星殘骸以及未知的障礙物的同時，找到一條最高效、最省力（在太空，能源極其寶貴）的路徑。我特彆贊賞書中對於不同規劃算法在應對高維度、動態變化的環境時的錶現差異的分析。例如，對於如何處理突然齣現的空間站結構變化，或者是在行星錶麵探索時遇到的復雜地形，書中提齣的結閤全局和局部規劃的策略，非常有實用價值。 最後，也是至關重要的一環，便是“控製”。即使有瞭完美的計劃，也需要精準的執行。書中詳細講解瞭各種控製技術，如何讓機器人按照預設的軌跡精確地移動，如何保持穩定的姿態，如何以恰到好處的力量執行抓取或安裝任務。我被書中對於模型預測控製（MPC）在處理空間機器人非綫性動力學時的強大能力所吸引，以及如何利用自適應控製來應對模型不確定性或外部擾動。那些密集的數學公式背後，隱藏著的是讓機器人在失重環境中也能穩如磐石的智慧。 讓我驚喜的是，本書並沒有將理論停留在紙麵上。書中引用瞭大量的仿真數據和實際的航天任務案例，這讓枯燥的理論變得生動起來。我仿佛看到瞭真實的機器臂在空間站外進行維修，或者火星探測器在崎嶇的錶麵上穩步前行。這種理論與實踐的緊密結閤，極大地增強瞭我對書中內容的理解和信任。 此外，本書還觸及瞭“不確定性”這一在空間任務中不可避免的挑戰。在信息不完整、傳感器數據有誤差的情況下，如何保證機器人的決策和行動的可靠性，是空間機器人麵臨的重大難題。書中對基於概率的方法和模糊邏輯的運用，以及魯棒控製策略的討論，為提高空間機器人的自主性和容錯能力提供瞭重要的思路。 我也看到瞭書中對“多機器人協同”在太空場景下的應用進行瞭初步探討。這讓我對未來大規模的空間建設和探索任務充滿瞭期待。想象一下，多颱機器人在太空中協同工作，共同完成建造大型空間望遠鏡、維護地球軌道上的關鍵設施，這樣的場景，本書已經為我們勾勒齣瞭理論上的藍圖。 整本書的排版清晰，章節劃分閤理，語言雖然嚴謹，但並不晦澀難懂，對於有一定基礎的讀者來說，能夠快速地進入狀態。清華大學學術專著的齣版，無疑為國內空間機器人領域的研究和發展貢獻瞭重要的力量。 它提供瞭一個非常完整的知識體係，從最基礎的幾何描述，到復雜的力學分析，再到智能的決策和精密的執行，書中層層遞進，環環相扣，展現瞭空間機器人研究的完整圖景。 總而言之，《空間機器人：建模、規劃與控製》是一部信息量極大、內容嚴謹且極具前瞻性的學術專著。它不僅是理解空間機器人技術的重要參考，更是激發未來創新靈感的寶貴財富。它讓我更加深刻地認識到，人類探索宇宙的腳步，離不開這些在太空中默默奉獻的智慧之體。
評分作為一名對航天科技領域孜孜不求的工程技術愛好者，近期有幸接觸到瞭清華大學齣版的學術專著《空間機器人：建模、規劃與控製》。這本書仿佛是一扇開啓宇宙奧秘的鑰匙，以其極其詳盡和係統的方式，為我解析瞭那些在浩瀚星辰間穿梭的智能生命體——空間機器人的設計與運行之道。 書中對“建模”的闡釋，其嚴謹性令人稱贊。它不僅僅局限於對機器人自身幾何和動力學特性的描述，更將重心放在瞭空間環境中各種獨特的物理效應上。例如，如何精確地刻畫在微重力條件下的動力學行為，如何考慮航天器本體的姿態變化對機械臂操作的影響，以及如何將太陽輻射壓力、地球引力梯度等環境擾動納入模型。我尤其對書中關於多體係統動力學耦閤的詳盡推導印象深刻，這對於實現高精度空間操作至關重要。 在“規劃”部分，本書深入探討瞭空間機器人執行任務時所麵臨的各種挑戰。它詳細介紹瞭多種路徑規劃算法，並著重分析瞭如何在避開空間碎片、其他航天器以及復雜地形等障礙物的同時，生成安全、高效且滿足任務需求的運動軌跡。書中對如何優化能源消耗、如何處理通信延遲以及如何在遠程操作下進行規劃的論述，都極具指導意義。 “控製”方麵，本書係統地梳理瞭適用於空間機器人的各類先進控製理論與技術。從基礎的PID控製器到模型預測控製（MPC）、自適應控製、以及魯棒控製等，書中都進行瞭深入淺齣的講解，並配以詳實的仿真結果來驗證其有效性。我尤其關注瞭書中關於如何設計高魯棒性控製器以應對模型不確定性和外部擾動的討論，這對於確保空間機器人在太空極端環境下的可靠性至關重要。 本書的價值不僅在於其理論的深度，更在於其與實際工程應用的緊密結閤。書中穿插瞭大量真實空間任務的案例，例如國際空間站機械臂的操作、月球/火星探測器的移動和采樣任務，並輔以詳實的仿真數據和圖錶。這種將抽象理論轉化為具體工程實踐的呈現方式，極大地增強瞭讀者的理解和信心。 我個人在閱讀過程中，對書中關於“不確定性處理”的章節尤為重視。在太空探索中，信息的不完整性和不確定性是普遍存在的。書中對如何利用先進的狀態估計技術（如卡爾曼濾波、粒子濾波）以及設計魯棒控製策略來應對這些不確定性的係統性論述，為我提供瞭寶貴的思路。 此外，本書對“自主性”和“多機器人協同”在空間機器人領域的應用前景進行瞭前瞻性的探討。隨著人類對深空探索的不斷推進，提升空間機器人的自主決策和協同作業能力已成為必然趨勢。 整本書的結構設計嚴謹，邏輯清晰，學術語言專業且富有啓發性。作為一本清華大學齣版的學術專著，其內容的權威性和深度毋庸置疑。 它為我構建瞭一個極其全麵且係統的空間機器人知識體係，從最基礎的物理建模，到中層的智能規劃，再到頂層的精確控製，每一個環節都得到瞭深入的闡述和拔高。 總而言之，《空間機器人：建模、規劃與控製》是一部具有裏程碑意義的學術著作。它不僅為空間機器人領域的研究人員和工程師提供瞭寶貴的理論指導和實踐參考，更重要的是，它為人類更加深入、高效地探索和利用太空，插上瞭更加強勁的智慧之翼。
評分作為一名對航空航天工程領域抱有濃厚興趣的在讀博士生，近期有幸得以研讀清華大學齣版的學術專著《空間機器人：建模、規劃與控製》。這本書的齣現，在我研究生涯中如同一盞指路明燈，為我深入理解和探索空間機器人這一復雜且前沿的學科領域，提供瞭極其係統和權威的指導。書中涵蓋的內容之全麵、論述之深入，讓我受益匪淺。 從“建模”的起點來看，書中對空間機器人本體以及其所處環境的描述，都達到瞭極高的嚴謹性。它不僅僅停留在對經典機械臂或移動機器人的通用建模，而是將重心放在瞭針對空間環境的特殊性上，比如如何精確地描述和處理在微重力下的動力學行為，如何考慮航天器本身的姿態變化對機械臂工作的影響，以及如何納入如熱輻射、粒子撞擊等在地麵上鮮有考慮的物理效應。我尤其欣賞書中對於相對運動學和動力學建模的詳細推導，這對於分析復雜多體係統在太空中的交互行為至關重要。 在“規劃”層麵，書中對路徑規劃算法的講解，充分考慮瞭空間任務的獨特性。這包括如何生成在具有復雜三維障礙物（如空間站結構、其他航天器）的環境下安全高效的運動軌跡，如何規劃能源最優的飛行路徑，以及如何在通信延遲的情況下進行遠程操作的規劃。書中對諸如A、RRT、PRM等經典算法在空間機器人場景下的改進和應用，以及對基於優化的規劃方法（如軌跡優化、運動學逆解優化）的深入剖析，都為我解決實際研究中的規劃難題提供瞭寶貴的思路。 而“控製”部分，則是我認為本書最具有挑戰性也最令人興奮的部分。空間機器人由於其工作環境的特殊性，對控製係統的精度和魯棒性要求極高。書中係統地介紹瞭PID控製、最優控製、模型預測控製（MPC）、自適應控製以及模糊邏輯控製等多種先進控製策略，並深入分析瞭它們在空間機器人姿態控製、軌跡跟蹤、力控等方麵的應用。我特彆關注瞭書中關於考慮瞭外部擾動和模型不確定性的魯棒控製方法，以及如何實現多機器人之間的協調控製，這對於未來大型空間結構的在軌建造和維護任務至關重要。 本書的價值不僅在於理論的深度，還在於其理論與實踐的緊密結閤。書中引用瞭大量實際的空間任務案例，如國際空間站的機械臂操作、月球/火星探測器的移動和采樣任務，以及相關的仿真結果。這使得抽象的理論概念能夠與真實的工程應用場景相結閤，大大增強瞭讀者的理解和信心。 我尤其欣賞書中對“不確定性”的係統性探討。在太空探索中，我們常常麵臨傳感器噪聲、執行器誤差、模型參數不確定性等挑戰。書中對如何通過先進的濾波技術（如卡爾曼濾波、粒子濾波）來估計狀態，以及如何設計能夠應對這些不確定性的魯棒控製器，提供瞭非常詳實的指導。 此外，書中對“自主性”和“智能性”在空間機器人中的應用也進行瞭前瞻性的討論。隨著未來空間任務的復雜化和遙遠化，提升空間機器人的自主決策和執行能力已成為必然趨勢。書中對機器學習、強化學習等技術在空間機器人領域的潛在應用進行瞭探討，為我未來的研究方嚮提供瞭新的啓示。 整本書的語言風格嚴謹而清晰，學術氛圍濃厚，但同時又不失可讀性。圖文並茂的設計，使得復雜的公式和概念更容易被理解和消化。作為一本清華大學的學術專著，其質量和權威性毋庸置疑。 這本書為我構建瞭一個非常完整的空間機器人知識框架，從最基礎的幾何運動學，到復雜的動力學耦閤，再到高層次的智能規劃和魯棒控製，每一個環節都得到瞭深入的闡述。 總而言之，《空間機器人：建模、規劃與控製》是一部具有裏程碑意義的學術著作。它不僅為空間機器人領域的研究者和工程師提供瞭寶貴的理論財富，更重要的是，它指明瞭該領域未來的發展方嚮，並為實現更具挑戰性的太空探索任務奠定瞭堅實的基礎。
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