Environment Learning for Indoor Mobile Robots pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Sanfeliu, Alberto

出品人:

页数:152

译者:

出版时间:

价格:$ 168.37

装帧:HRD

isbn号码:9783540327950

丛书系列:

图书标签:

机器人学
室内机器人
环境学习
强化学习
SLAM
感知
路径规划
自主导航
机器学习
人工智能

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具体描述

This monograph covers theoretical aspects of simultaneous localization and map building for mobile robots, such as estimation stability, nonlinear models for the propagation of uncertainties, temporal landmark compatibility, as well as issues pertaining the coupling of control and SLAM. One of the most relevant topics covered in this monograph is the theoretical formalism of partial observability in SLAM. The authors show that the typical approach to SLAM using a Kalman filter results in marginal filter stability, making the final reconstruction estimates dependant on the initial vehicle estimates. However, by anchoring the map to a fixed landmark in the scene, they are able to attain full observability in SLAM, with reduced covariance estimates. This result earned the first author the EURON Georges Giralt Best PhD Award in its fourth edition, and has prompted the SLAM community to think in new ways to approach the mapping problem. For example, by creating local maps anchored on a landmark, or on the robot initial estimate itself, and then using geometric relations to fuse local maps globally. This monograph is appropriate as a text for an introductory estimation-theoretic approach to the SLAM problem, and as a reference book for people who work in mobile robotics research in general.

《星际工程学：深空探测器的设计与优化》第一章：引言与基础概念本书旨在深入探讨星际航行领域中，对深空探测器进行系统化设计、集成与性能优化的核心工程学原理与实践。随着人类对太阳系边界乃至更远星际空间的探索需求日益增长，设计出能够在极端环境中长期稳定运行、具备高自主性和多任务处理能力的探测器变得至关重要。本章首先回顾了人类航天史上的里程碑事件，特别是对早期行星际任务（如“旅行者号”、“先驱者号”）的工程挑战进行剖析，为后续章节建立理论基础。我们将详细阐述星际环境的严苛性，包括但不限于：极低温度、高能宇宙射线辐射、微流星体撞击风险、长距离通信延迟以及对能源和质量的极端限制。理解这些限制条件是进行有效工程设计的前提。本章将引入航天器设计流程的通用框架，强调任务需求定义（包括科学目标、轨道约束和寿命要求）如何驱动系统层级的技术选型和架构决策。核心概念部分将聚焦于“系统工程思维”在航天器设计中的应用，强调跨学科知识的融合，特别是结构力学、热控、电源管理、导航制导与控制（GNC）以及有效载荷集成之间的相互依赖性。我们还将概述当前主流的星际探测器架构范式，并为读者建立一个全局的视角，理解任何单一子系统的优化都必须服务于整体任务的成功。第二章：结构与热控系统设计星际探测器的结构系统不仅要承受发射过程中的巨大载荷和振动，还必须在数十年星际飞行中保持结构完整性和刚度。本章将从材料选择入手，深入探讨用于深空环境的先进复合材料、轻质合金及层压结构的应用。重点分析如何通过有限元分析（FEA）进行模态分析和应力分布预测，以确保结构在极端热应力下的稳定性。热控系统（TCS）是深空探测器生存的关键。在远离太阳的深空，环境温度接近绝对零度，因此，有效的被动与主动热控策略至关重要。本章详细介绍多层隔热材料（MLI）的设计优化，包括层数、材料吸收率与发射率的选择。对于需要维持工作温度的电子设备和科学仪器，我们将探讨放射性同位素加热单元（RHU）和小型电加热器的精确布局与功率分配。此外，对于需要主动散热的组件（如大功率推进器或高性能计算机），热管、循环回路以及表面辐射器的设计原理也将被全面阐述。第三章：推进系统与轨道机动深空任务的特点是需要极高的速度增量（Delta-V），这使得推进系统的效率和可靠性成为设计瓶颈。本章首先对化学推进系统进行回顾，但重点将放在更适用于星际航行的先进推进技术。我们将深入研究高比冲推进技术，特别是电推进系统（如霍尔推力器和离子推进器）的工作原理、效率曲线和长期可靠性挑战。讨论如何根据任务时间窗和有效载荷质量，匹配不同功率等级的电推进单元。对于更具前瞻性的星际旅行，本章将详细分析核热推进（NTP）和核电推进（NEP）的概念设计与技术成熟度评估。此外，对引力助推（Gravity Assist）的精确轨道规划和实施技术进行数学建模，说明如何通过行星际弹道学实现最大化的能量获取，从而延长任务寿命或增加科学载荷。第四章：电力系统与能源管理星际探测器在远离太阳后，依赖太阳能的效率急剧下降，使得核电源成为主流选择。本章的核心内容聚焦于放射性同位素热电发电机（RTG）和先进斯特林放射性同位素发电机（ASRG）的设计、安全认证与长期性能衰减模型。讨论如何精确计算钚-238燃料的衰变速率及其对输出电能的影响。对于需要高瞬时功率的任务阶段（如深空通信或大功率科学探测），本章还将探讨超级电容器和先进锂离子电池组的集成设计，强调它们在短期内作为功率缓冲器的作用。电力系统管理（EPS）部分，我们将介绍冗余设计、故障隔离机制，以及如何在任务寿命周期内动态调整能源分配策略，以最大化关键科学仪器的运行时间。第五章：通信、导航与自主控制（GNC）星际通信面临巨大的距离衰减和极长的往返延迟，这要求探测器具备极高的通信链路可靠性和极高的天线指向精度。本章详细分析深空网络（DSN）的链路预算计算，以及探测器高增益天线（HGA）的波束形成与精确对准技术。讨论如何利用先进的编码/解码技术（如Turbo码和LDPC码）来提高数据传输效率和抗噪声能力。导航与制导是实现自主性的核心。本章将从星际导航的基础——深空测距、多普勒频移测量，过渡到先进的自主导航技术。重点介绍利用星敏感器、陀螺仪和加速度计进行自主姿态确定与控制（ADCS），以及如何在没有地面实时干预的情况下，执行复杂的轨道修正机动。最后，探讨星际飞行中的故障检测、隔离与恢复（FDIR）软件架构，确保探测器在数十年内保持“自愈”能力。第六章：有效载荷集成与数据处理科学有效载荷的设计选择必须严格遵循任务的科学目标，并与探测器整体的质量、功率和热预算相匹配。本章分析了用于星际环境的先进传感器技术，例如高分辨率成像仪、磁力计、等离子体分析仪和中微子探测器等。讨论如何对这些仪器进行电磁兼容性（EMC）设计，防止它们之间产生相互干扰。数据处理系统（DPS）是深空探测器的“大脑”。鉴于数据下传带宽的限制，实时或板载数据压缩与预处理是必须的。本章将介绍高可靠性、抗辐射加固的嵌入式处理单元架构，以及如何设计高效的飞行软件（FSW）来管理海量科学数据的采集、存储、压缩和优先级排序。强调冗余存储介质的设计和数据完整性校验机制。第七章：可靠性、寿命预测与任务终止星际任务的特点是“不可维修性”。因此，硬件的可靠性是超越性能的最高追求。本章深入探讨“失效率（Failure Rate）”的建模方法，如Weibull分析和加速寿命试验（ALT）在航天器部件认证中的应用。重点分析辐射效应（SEE, SEL）对微电子器件的长期影响，以及如何通过屏蔽、冗余设计和器件筛选来提高抗辐射能力。寿命预测模型必须涵盖所有关键子系统（结构疲劳、电池容量衰减、RTG功率下降、推进剂耗尽）。最后，本章讨论了符合行星保护协议的最终任务终止策略，包括安全轨道设计或受控的再入/漂移程序，确保探测器不对目标天体或环境造成污染。结论星际工程学是一个要求极高精确性和前瞻性的学科领域。本书所涵盖的技术和方法论，旨在为下一代深空探测器的设计者提供一个全面、深入的技术参考框架，以应对人类探索宇宙最遥远角落的挑战。