具体描述
编辑推荐
本书为迄今为止关于空间机器人*全面、*系统的学术专著，涵盖了运动学、动力学、耦合特性、轨迹规划、协调控制、仿真与实验等主要内容，体系完整、逻辑性强；所阐述的内容理论与实际紧密结合，大多已发表在国际*期刊或学术会议论文中，并已实际用于我国*空间机器人型号项目上，具有极强的创新性和实用价值。
内容简介
本书基于作者多年来承担国家重大型号工程及其他*项目取得的研究成果，对空间机器人相关理论和方法进行系统、深入的论述，包括运动学及动力学建模、耦合特性、参数辨识、非完整路径规划、动力学奇异回避、非合作目标测量、自主捕获控制、协调控制、仿真及实验验证等。本书理论与实际紧密结合，对于航天器维修维护、空间站建设、太空垃圾清理等所涉及的空间机器人技术具有很强的支撑作用。
本书可作为高等院校相关专业研究生和高年级本科生的教材，也可供从事空间机器人技术研究及应用的研发人员及工程技术人员参考。
作者简介
梁斌，清华大学自动化系长聘教授、导航与控制研究所所长、博士生导师，曾担任863空间智能机器人重大项目专家组组长、重大项目任务设计总师，中国*空间机器人型号项目总指挥。曾任香港中文大学高级研究员、美国卡耐基梅隆大学（CMU）高级访问学者。获国家科技进步特等奖1项、军队科技进步一等奖2项。徐文福，教授，哈尔滨工业大学青年拔尖人才，博士生导师，深圳市青年科技人才协会常务副会长，IEEE高级会员，香港中文大学访问学者，军队科技进步奖一等奖获得者。主持*项目10余项，发表学术论文90多篇，获国家发明专利15项。
目录
目录
第1章空间机器人发展现状及趋势
1.1引言
1.2空间机器人的概念及分类
1.3空间机器人需求分析
1.3.1频繁的卫星失效导致了巨大的经济损失
1.3.2不断增长的轨道垃圾严重影响正常卫星的安全
1.3.3大型空间设施的建设与维护需求越来越紧迫
1.3.4新型空间技术对在轨服务的推动
1.3.5空间机器人代替宇航员是未来在轨服务的必然
1.3.6空间机器人在轨服务内容
1.4载人航天器机械臂国内外发展现状
1.4.1航天飞机机器人SRMS
1.4.2国际空间站机器人
1.4.2.1空间站移动服务系统
1.4.2.2日本实验舱遥控机械臂系统
1.4.2.3欧洲机械臂系统
1.4.3中国的舱外自由移动机器人系统EMR
1.4.4中国的空间站机器人系统
1.5自由飞行空间机器人国内外发展现状
1.5.1已成功在轨演示的自由飞行空间机器人
1.5.2美国的空间机器人技术发展分析
1.5.2.1轨道快车
1.5.2.2机器人燃料加注实验
1.5.2.3FREND项目
1.5.2.4“凤凰”计划
1.5.2.5大型望远镜及空间结构在轨服务计划
1.5.2.6太空服务基地计划
1.5.2.7在轨制造计划
1.5.2.8美国在轨服务发展小结
1.5.3日本的空间机器人技术发展分析
1.5.4德国的空间机器人技术发展分析
1.5.5欧洲空间局的空间机器人技术发展分析
1.5.6加拿大的空间机器人技术发展分析
1.5.7中国的空间机器人技术发展分析
1.6空间机器人技术发展趋势分析
1.7小结
参考文献
第2章机器人运动学基础
2.1引言
2.2刚体的位置和姿态
2.2.1刚体位置的描述
2.2.2刚体姿态的描述
2.2.2.1旋转变换矩阵表示法
2.2.2.2欧拉角表示法
2.2.2.3欧拉轴�步潜硎�
2.2.2.4单位四元数表示法
2.2.2.5小角度下的姿态表示
2.2.2.6各种姿态表示的优缺点分析
2.2.3齐次坐标与齐次变换
2.3刚体的运动
2.3.1刚体的一般运动
2.3.2刚体的姿态运动学
2.3.2.1旋转变换矩阵表示下的姿态运动
2.3.2.2欧拉角表示法
2.3.2.3欧拉轴�步潜硎�
2.3.2.4单位四元数表示
2.3.3姿态奇异条件分析
2.3.3.1姿态奇异条件及特性分析
2.3.3.2第Ⅰ类欧拉角的奇异分析
2.3.3.3第Ⅱ类欧拉角的奇异分析
2.4机械臂状态描述
2.4.1关节状态变量与关节速度
2.4.2末端位姿与末端速度
2.4.3关节空间与任务空间
2.5机械臂运动学正问题和逆问题
2.6位置级运动学问题
2.6.1平面2连杆机械臂位置级正运动学举例
2.6.2平面2连杆机械臂位置级逆运动学举例
2.7机器人连杆坐标系建立的D�睭法
2.7.1经典D�睭表示法
2.7.1.1D�睭坐标系与D�睭参数
2.7.1.2各连杆D�睭坐标系建立的步骤
2.7.1.3基于D�睭参数的齐次变换矩阵
2.7.2改造后的D�睭表示法
2.8典型构型机械臂的解析运动学求解
2.8.13DOF拟人肘机械臂
2.8.1.13DOF拟人肘机械臂正运动学方程
2.8.1.23DOF拟人肘机械臂逆运动学方程
2.8.23DOF球腕机械臂
2.8.2.13DOF球腕机械臂正运动学方程
2.8.2.23DOF球腕机械臂逆运动学方程
2.8.36DOF腕部分离机械臂
2.8.3.16DOF腕部分离机械臂正运动学方程
2.8.3.26DOF腕部分离机械臂逆运动学方程
2.9小结
参考文献
第3章机器人微分运动学与奇异分析基础
3.1引言
3.2机器人的速度级运动学
3.2.1速度级运动学方程
3.2.2机器人的微分运动
3.2.2.1采用6D状态变量描述末端位姿时
3.2.2.2采用齐次变换矩阵描述末端位姿时
3.2.3速度级运动学举例
3.2.3.1平面2连杆机械臂速度级正运动学举例
3.2.3.2平面2连杆机械臂速度级逆运动学举例
3.3机器人的加速度级微分运动学
3.3.1加速度级运动学方程
3.3.2加速度级运动学举例
3.3.2.1平面2连杆机械臂加速度级正运动学举例
3.3.2.2平面2连杆机械臂加速度级逆运动学举例
3.4雅可比矩阵的计算方法
3.4.1不同坐标系表示下的雅可比矩阵的关系
3.4.2利用各关节位姿齐次变换矩阵
3.4.3根据末端位姿矩阵直接微分
3.5雅可比矩阵计算实例
3.5.1拟人的3DOF肘机械臂
3.5.23DOF球腕机械臂
3.5.36DOF腕部分离机械臂
3.6典型运动学奇异臂型分析
3.6.13DOF拟人肘机械臂
3.6.1.1奇异条件确定
3.6.1.2奇异臂型与运动退化分析
3.6.23DOF球腕机械臂
3.6.36DOF腕部分离机械臂
3.6.3.1腕部运动的分解
3.6.3.2奇异条件的确定
3.7基于微分运动学的通用逆运动学求解方法
3.7.1算法原理
3.7.2算法流程
3.7.3算法举例
3.8小结
参考文献
第4章机器人动力学基础
4.1引言
4.2动力学建模的基本原理
4.2.1欧拉方程
4.2.1.1刚体动量矩
4.2.1.2欧拉力矩方程
4.2.2达朗贝尔原理
4.2.3虚位移原理
4.2.3.1广义坐标
4.2.3.2虚位移原理
4.2.3.3广义力
4.2.4拉格朗日方程
4.2.4.1仅考虑动能情况下
4.2.4.2仅考虑势能情况下
4.2.4.3一般拉格朗日方程
4.3机器人动力学基础
4.3.1拉格朗日方法
4.3.1.1连杆的动能
4.3.1.2连杆的势能
4.3.1.3拉格朗日动力学方程
4.3.1.4拉格朗日动力学方程举例
4.3.2牛顿�才防�法
4.3.2.1力和力矩的递推关系式
4.3.2.2递推的牛顿�才防�动力学算法
4.4小结
参考文献
第5章空间机器人感知
5.1引言
5.2空间机器人基座姿态敏感器
5.2.1陀螺
5.2.2星敏感器
5.2.2.1工作原理
5.2.2.2主要技术指标
5.2.3太阳敏感器
5.2.4红外地球敏感器
5.2.5典型姿态测量部件组成及姿态确定算法设计
5.2.5.1GNC分系统的组成
5.2.5.2姿态确定算法
5.3机器人关节位置检测
5.3.1电位计
5.3.2旋转变压器
5.3.3光电编码器
5.3.3.1增量式光电编码器
5.3.3.2绝对式光电编码器
5.4机器人力/力矩感知
5.5机器人视觉
5.5.1相机成像模型
5.5.2单目视觉与位姿测量
5.5.2.1单目视觉系统与PnP算法
5.5.2.2常用的P3P问题及其求解
5.5.3双目视觉系统与立体匹配
5.6天基目标测量敏感器
5.6.1天基目标分类
5.6.2国内外应用情况分析
5.6.3天基目标测量敏感器简介
5.6.3.1微波测距仪
5.6.3.2激光测距仪
5.6.3.3差分GPS(RGPS)
5.6.3.4光学测角相机
5.6.3.5宽视场测量相机
5.6.3.6窄视场成像相机
5.6.3.7交会测量相机
5.6.3.8典型目标测量设备配置方案
5.7天基目标测量方案举例
5.7.1GEO非合作航天器在轨救援任务设计
5.7.1.1在轨接近任务
5.7.1.2绕飞监测任务
5.7.1.3停靠与抓捕
5.7.1.4在轨修复
5.7.2天基目标测量分系统配置方案
5.7.3GNC算法设计
5.7.3.1制导律的要求
5.7.3.2控制的要求
5.7.3.3导航的要求
5.8小结
参考文献
第6章空间机器人运动学建模
6.1引言
6.2符号及坐标系定义
6.3位置级运动学方程
6.3.1位置级正运动学方程
6.3.1.1位置级正运动学方程一般式
6.3.1.2空间机器人的正运动学方程举例
6.3.2位置级逆运动学方程
6.3.2.1空间机器人系统逆运动学方程解的存在性讨论
6.3.2.2基座位姿已知时的逆运动学方程求解
6.3.2.3仅基座姿态已知但系统不受外力时的逆运动学方程求解
6.4微分运动学方程
6.4.1速度级正运动学方程
6.4.1.1空间机器人一般运动方程
6.4.1.2空间机器人系统线动量和角动量
6.4.1.3基座位姿稳定时的运动学方程
6.4.1.4基座姿态受控模式的运动学方程
6.4.1.5自由漂浮模式的运动学方程
6.4.2速度级逆运动学方程
6.4.2.1一般情况下的逆运动学方程
6.4.2.2基座位姿固定时的逆运动学方程
6.4.2.3基座姿态受控、系统不受外力时的运动学方程
6.4.2.4自由漂浮模式的逆运动学方程与动力学奇异
6.4.3平面2连杆空间机器人系统运动学方程举例
6.4.3.1位置关系
6.4.3.2一般运动方程
6.4.3.3基座位姿固定模式下的运动学方程
6.4.3.4基座姿态受控模式下的运动学方程
6.4.3.5自由飘浮模式下的运动学方程
6.4.3.6平面空间机器人PIW与PDW的分析
6.4.4平面3连杆空间机器人系统运动学方程举例
6.4.4.1位置关系
6.4.4.2一般运动方程
6.4.4.3基座位姿固定模式下的运动学方程
6.4.4.4基座姿态受控模式下的运动学方程
6.4.4.5自由飘浮模式下的运动学方程
6.5虚拟机械臂建模及其应用
6.5.1基于虚拟机械臂的运动学建模
6.5.2工作空间分析
6.5.2.1空间机器人工作空间类型
6.5.2.2平面空间机器人系统示例
6.5.3基于虚拟机械臂的逆运动学求解
6.6小结
参考文献
第7章空间机器人动力学建模
7.1引言
7.2空间机器人通用动力学建模方法
7.2.1拉格朗日法
7.2.1.1空间机器人系统的动能
7.2.1.2空间机器人的拉格朗日动力学方程
7.2.1.3自由漂浮空间机器人动力学方程
7.2.2平面单连杆空间机器人动力学方程举例
7.2.3平面双连杆空间机器人动力学方程举例
7.3动力学等价机械臂建模
7.3.1不受外力作用下空间机器人系统动力学建模
7.3.2关节1为球关节时的固定基座机械臂动力学
7.3.3动力学等价机械臂(DEM)及其与SM的等价性
7.3.3.1动力学等价机械臂的定义
7.3.3.2SM与DEM的运动学等价
7.3.3.3SM与DEM的动力学等价
7.3.3.4仿真验证
7.4多领域统一建模方法
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空间机器人系统的多领域功能模块划分
7.4.3单臂空间机器人系统多领域统一建模
7.4.3.1空间机器人机构部分的建模
7.4.3.2机械臂关节轴的建模
7.4.3.3机械臂路径规划器(PathPlanning)
7.4.3.4基座姿态控制执行机构的建模
7.4.3.5姿态及轨道控制器
7.4.4多臂空间机器人系统的多领域统一建模
7.4.5仿真研究
7.4.5.1单臂空间机器人操作的多领域统一仿真
7.4.5.2双臂空间机器人操作的多领域统一仿真
7.5小结
参考文献
精彩书摘
第3章机器人微分运动学与奇异分析基础3.1引言
机器人微分运动学建立了机械臂末端运动速度、加速度与关节运动速度、加速度的关系，反映了机器人关节空间与任务空间之间的运动传递关系，是实现机器人运动控制的基础［1］。从关节空间到任务空间的传递为正向传递，称为正向微分运动学； 反之则为逆向传递，称为逆向微分运动学。对于串联机器人而言，正向运动学永远有唯一解，反之则不然，即在求解逆向运动学方程时将出现无有效解的情况，这就是所谓的运动学奇异问题［2］。
在实际的作业任务中，需要首先在任务空间中描述机器人末端的运动(末端速度和/或加速度)，然后根据微分运动学关系，求解相应的关节运动速度和/或加速度(逆向微分运动学求解)，求解的结果可作为关节伺服控制器的期望值(必要时需要进行插补)，由伺服控制器完成对期望值的跟随，上述过程即为机器人的运动控制，也称为分解运动控制［3��5］。当出现奇异时，若不进行适当处理，将导致运动控制的失败［6］。因此，机器人运动学奇异的分析极其重要，常用的分析方法有解析法［7］和数值法［8］。
本章将首先对机器人的微分运动学展开论述，然后对关键的运动传递矩阵——雅可比矩阵的计算方法进行介绍，并给出计算实例，接着分析典型构型机械臂的奇异条件，最后给出基于微分运动学的一般构型机械臂位置级逆运动学求解算法。
3.2机器人的速度级运动学
3.2.1速度级运动学方程
速度级运动学建立了机械臂关节速度与末端速度之间的映射关系。常见的机器人关节包括旋转关节和平移关节，对末端运动速度的贡献如图3��1所示。若关节i为旋转关节，其角速度θ·i产生的末端线速度和角速度分别为
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为关节i旋转轴的单位矢量，ρi→n为关节i指向机械臂末端点的位置矢量。
图3��1旋转关节与平移关节对末端速度的贡献分析
对于平移关节，其平移速度仅在末端产生线速度而不产生角速度。以图3��1所示的平移关节j为例，关节平移矢量为ξj，则平移速度d·j产生的末端运动为
ωej=0
?瘙經ej=ξjd·j=ξjq·j(3��2)
因此，对应于旋转关节i，根据式(3��1)可得雅可比矩阵第i列为
Ji=ξi×ρi→n
ξi(3��3)
而对应于平移关节i，根据式(3��2)可得
Ji=ξi
0(3��4)
所有关节的运动产生的末端合成运动为
?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
自从第一颗人造地球卫星发射升空以后，人类对于太空的探索步伐从未放慢，而是越来越重视空间资源的开发和利用。各种类型的航天器不断发射入轨，为人类提供通信、导航、遥感等多种服务； 同时，人类已经或计划在太空建造各种空间站、太空望远镜、太阳能电站等大型、超大型的空间设施。然而，航天器由于故障、完全失效或任务结束而被放弃后，停留在空间将成为新的太空垃圾，不但占用了宝贵的轨道资源，还危及其他航天器的安全。随着大量人造物体进入太空，空间碎片逐年增多，严重影响了人类进入和开发太空的步骤。因此，开展航天器维修维护、轨道垃圾清理及大型空间设施的建设具有极其重要的意义。如果这些工作依靠宇航员来完成，其成本将十分高昂，也是十分危险的，因为恶劣的太空环境会给宇航员的空间作业带来巨大的威胁。用空间机器人代替宇航员进行太空作业不仅可以使宇航员避免在恶劣太空环境中工作时可能受到的伤害，还可以降低成本，提高空间探索的效益。
鉴于空间机器人及其在轨服务具有巨大的应用前景，包括中国在内的各主要航天大国开展了大量研究并已经或将要进行在轨演示验证，在不远的未来将达到实用化的目标。我们课题组早在20世纪90年代初就在国家高技术研究发展计划(即863计划)、国家自然科学基金等的持续支持下，开展了应用基础理论研究和工程型号项目的研制。作为主要单位参与研制的我国首个空间机器人系统已于2013年成功发射并开展了在轨维护技术科学试验，使我国一跃进入了世界空间机器人技术强国的行列。
相对于地面固定基座或其他类型的机器人，空间机器人处于微重力状态，基座自由漂浮，机械臂的运动会导致基座的姿态和质心位置发生变化，而这一变化又影响了机械臂末端的定位和定姿，使得相关的建模、规划及控制等与其他类型的机器人相比有极大的不同； 而且，为了确保空间机器人发射入轨后能圆满完成任务，需要在发射前对关键的规划和控制算法进行充分的仿真分析和实验验证，而在地面进行空间环境的模拟和实验系统的建设也是极其复杂的。经过20多年不懈的努力，作者所领导的课题组开展了大量相关的研究，克服了各种困难，取得了一系列的研究成果。本书旨在对这些研究成果进行系统的总结，以为相关的科学家和工程师提供参考，同时，对未来需要进一步深化研究的课题也进行了阐述。书中涉及的理论及方法大多发表在国际顶级期刊、国际顶级学术会议论文集中，并已实际用于我国的航天型号项目上，具有较强的创新性和实用价值。通过本书的学习，读者将会在理论、方法和实践上得到极大的提高，可用于解决航天器在轨制造、维修维护、太空垃圾清理、空间大型设施建设等所涉及的空间机器人技术方面的问题。
全书共分为16章。第1章主要介绍空间机器人的概念、需求分析、国内外发展现状及趋势； 第2章为机器人运动学基础知识，包括机器人状态描述、正/逆运动学问题、D�睭及M�睤�睭建模方法和典型构型机械臂的解析逆运动学求解； 第3章介绍了机器人微分运动学及奇异分析的基础，包括速度级及加速度级微分运动学方程的推导、雅可比矩阵的计算、典型机械臂的奇异构型分析等； 第4章为机器人动力学基础知识，阐述了动力学建模的基本原理，以及常用的拉格朗日法和牛顿�才防�法两种建模方法； 第5章介绍了空间机器人的感知手段，包括基座姿态敏感器、关节位置和力/力矩传感器、机器人视觉传感器和天基目标测量敏感器； 第6章论述了空间机器人系统的运动学建模方法，包括一般运动学建模方法和虚拟机械臂建模方法及应用； 第7章介绍了空间机器人系统的动力学建模方法，包括通用动力学建模方法、动力学等价机械臂建模方法和多领域统一建模方法； 第8章阐述了空间机器人系统动力学耦合的概念、建模及评估方法，定义了动力学耦合因子并用于减小扰动的路径规划和目标捕获后的鲁棒控制； 第9章阐述了空间机器人系统动力学参数在轨辨识方法，实现了对基座、机械臂及目标卫星的动力学参数辨识，所采用的基于等效单体及等效双体的辨识方法不仅可完整辨识系统的参数，还大大降低了计算量； 第10章介绍了空间机械臂路径规划的概念、关节空间路径规划以及笛卡儿空间路径规划方法，并针对具体任务进行了仿真； 第11章阐述了自由漂浮空间机器人非完整路径规划的理论依据、基于遗传算法的非完整路径规划方法，以及目标停靠与基座姿态重稳定中的应用问题； 第12章阐述了“奇异条件分离+阻尼倒数”的运动学奇异回避方法，以及将空间机器人动力学奇异回避转换为实时的运动学奇异回避的算法； 第13章论述了空间机器人目标捕获的自主路径规划方法，包括基于位置和基于图像两种方法，并进行了比较和分析； 第14章论述了3种典型的非合作目标自主识别与位姿测量方法，包括基于立体视觉的帆板支架识别与位姿测量、基于双目协作相机的通信天线支架识别与位姿测量，以及基于立体视觉的星箭对接环及喷嘴的识别与位姿测量方法； 第15章论述了空间机器人系统的协调控制方法，包括基于前馈补偿的协调控制，以及可同时实现最优交会与目标捕获的方法； 第16章针对空间机器人关键算法的验证和评估，论述了空间机器人系统全数学仿真、半物理仿真以及全物理仿真（即实验）等方法，并分析了各自的优缺点和应用情况。
本书得到了国家自然科学基金（61673239，61573116，U1613227）、国家863重大项目、国家863重点项目，以及深圳市空间机器人与遥科学重点实验室（ZDSYS20140512091043835）和深圳市基础研究学科布局项目（JCYJ20160427183553203、JCYJ20150529141408781）等课题的资助。本书的完成是集体智慧的结晶，除了作者梁斌、徐文福教授外，课题组的研究生仇越、杜晓东、史也、王学谦、胡松华、胡忠华、闫磊等也进行了大量的工作，在此一并表示感谢。另外，对本书所参考的所有文献的作者表示诚挚的谢意。
梁斌教授总体负责本书的统筹规划和修订，重点编写了其中的第1、4、5、7、8、10、14、16章，徐文福教授重点编写了第2、3、6、9、11、12、13、15章，李兵教授、王学谦博士、胡忠华博士、牟宗高博士、闫磊博士等参与了本书的文字校阅工作。
由于空间机器人技术不断发展完善，应用不断普及，对其功能和性能的要求不断提高，很多新技术在不断地对相关的理论和方法产生影响，相关的理论和方法仍在发展和完善之中，加之编写时间有限，书中难免有些不妥之处，敬请广大读者指正。
作者
2017年10月
用户评价
作为一名长期关注机器人技术在极端环境中应用的工程师，近期我非常荣幸地阅读了由清华大学出版的学术专著《空间机器人：建模、规划与控制》。这本书犹如一座精心设计的知识殿堂，系统地陈列了空间机器人这一复杂系统背后的科学原理和工程实践。它以其严谨的学术态度和深厚的理论功底，为我打开了通往理解和驾驭太空机器人世界的大门。 书中对“建模”的阐释，其深度和广度都令人印象深刻。它不仅涵盖了机器人本体的运动学和动力学描述，更重要的是，它将目光聚焦于空间环境的独特性。例如，在处理微重力下的动力学行为时，书中提出的模型不仅考虑了质量惯性，还细致地分析了连杆之间的相互作用以及外部扰动（如地球引力梯度、太阳辐射压）的影响。我特别欣赏书中关于如何将航天器本体动力学与机械臂动力学进行耦合建模的方法，这对于设计能够精确执行任务的末端执行器至关重要。 在“规划”部分，本书深入剖析了空间机器人执行任务时所面临的挑战。这包括如何在复杂、动态且信息不完整的空间环境中，生成安全、高效且满足任务需求的运动轨迹。书中对多种路径规划算法的比较分析，从经典的搜索算法到基于优化的方法，都提供了详细的论述和实例。我从中学习到如何在考虑空间碎片、其他航天器、以及行星/月球表面地形等障碍物的情况下，设计出最优的运动序列。 “控制”是本书的另一大亮点。它系统地介绍了多种先进控制技术在空间机器人上的应用，并对其优缺点进行了深入分析。从基本的PID控制到更复杂的模型预测控制（MPC）和自适应控制，书中都给出了清晰的数学推导和仿真验证。我尤其被书中关于如何设计鲁棒控制器以应对模型不确定性和外部扰动（如传感器噪声、执行器误差）的讨论所吸引。这对于确保空间机器人在复杂环境下稳定可靠地工作至关重要。 本书的价值不仅在于理论的深度，更在于其与实际工程应用的紧密联系。书中引用了大量的真实空间任务案例，并配以翔实的仿真数据和图表，使得抽象的理论能够直观地转化为工程实践。例如，书中对国际空间站机械臂操作的分析，对火星探测器移动规划的探讨，都极大地增强了我对书中内容的理解和认同感。 我个人在阅读过程中，特别留意到书中关于“不确定性处理”的章节。空间机器人往往需要在信息有限或充满噪声的环境下工作，如何在这种情况下做出准确的判断和决策，是其能否成功完成任务的关键。书中对基于概率模型（如贝叶斯方法）和模糊逻辑的介绍，以及鲁棒控制的设计原则，为解决这一难题提供了非常有价值的参考。 另外，本书对“自主性”和“智能化”在空间机器人领域的探索，也让我看到了未来的发展方向。随着人类对深空探索的不断深入，对空间机器人自主决策和协同作业能力的需求将越来越迫切。书中对人工智能技术在空间机器人应用前景的探讨，为我提供了新的研究思路。 整本书的结构严谨，逻辑清晰，语言专业且精炼。清华大学作为国内顶尖的学术机构，其出版的学术专著，其内容的权威性和深度自然不必多言。 它为我构建了一个完整且系统的空间机器人知识体系，从最底层的物理建模，到中间的智能规划，再到顶层的精确控制，每一个环节都得到了细致的梳理和深刻的剖析。 总而言之，《空间机器人：建模、规划与控制》是一部具有里程碑意义的学术著作。它不仅是对空间机器人领域现有知识的全面总结，更是对未来发展方向的深刻洞察。对于任何有志于在空间机器人领域深耕的研究者或工程师而言，这本书都将是一笔不可多得的宝贵财富。
评分作为一名长期从事自动化控制领域研究的工程师，最近有幸通读了清华大学出版的学术专著《空间机器人：建模、规划与控制》。这本书给我留下了极其深刻的印象，它以一种极其系统和全面的方式，为我揭示了空间机器人这一复杂技术领域的核心奥秘。我仿佛置身于一个精心构建的知识迷宫，而这本书则为我提供了最清晰的路线图。 书中对“建模”的阐述，远超了我以往对机器人建模的认知。它不仅仅关注于机器人自身的运动学和动力学特性，更将重心放在了其所处的独特空间环境中。例如，如何精确地描述在微重力下的惯性效应、如何考虑航天器的轨道动力学对机械臂操作的影响、以及如何纳入如太阳辐射压力、地球引力梯度等外部扰动。我尤其欣赏书中对多体动力学耦合的细致分析，这对于理解和预测空间机器人复杂的运动行为至关重要。 在“规划”部分，本书深入探讨了空间机器人在面对复杂三维环境、动态障碍物以及通信限制时的策略。我从中学习到了如何利用多种路径规划算法，如A、RRT、PRM等，来生成安全、高效且满足特定任务需求的运动轨迹。书中对如何考虑能源消耗、任务优先级以及远程操作下的规划挑战的论述，都极具指导意义。 “控制”是本书的另一大亮点。它系统地介绍了各种先进的控制理论和技术，包括PID控制、模型预测控制（MPC）、自适应控制以及鲁棒控制等，并深入分析了它们在空间机器人姿态控制、轨迹跟踪、力控等方面的应用。我被书中关于如何设计能够在模型不确定性、外部扰动和传感器噪声等条件下保持高鲁棒性和稳定性的控制律的讲解所深深吸引。 本书的价值不仅在于其理论的深度，更在于其与实际工程应用的紧密结合。书中引用了大量的真实空间任务案例，并辅以详细的仿真数据和图表，这使得抽象的理论概念变得生动易懂，并验证了方法的有效性。例如，对国际空间站机械臂操作的详细分析，以及对月球/火星探测器移动规划的探讨，都为我提供了宝贵的工程参考。 让我印象深刻的是，书中对“不确定性”的系统性处理。在太空探索中，不确定性无处不在，如何确保机器人在信息不全或存在误差的情况下依然能够可靠地工作，是其自主性的关键。书中对如何利用先进的状态估计技术（如卡尔曼滤波）以及设计能够应对这些不确定性的鲁棒控制策略的论述，非常有启发性。 此外，本书对“多机器人协同”在空间任务中的应用进行了前瞻性的探讨，这为未来大规模空间基础设施建设和深空探索任务描绘了美好的蓝图。 整本书的结构设计严谨，逻辑清晰，语言专业且富于启发性。作为一本清华大学的学术专著，其内容的权威性和深度毋庸置疑。 它为我构建了一个极其完善的空间机器人知识体系，从最底层的物理建模，到中层的智能规划，再到顶层的精确控制，每一个环节都得到了深入的阐述和拔高。 总而言之，《空间机器人：建模、规划与控制》是一部具有里程碑意义的学术著作。它不仅为空间机器人领域的研究人员和工程师提供了宝贵的理论指导和实践参考，更重要的是，它为人类更加深入、高效地探索和利用太空，插上了更加强劲的智慧之翼。
评分作为一名对航天科技领域孜孜不求的工程技术爱好者，近期有幸接触到了清华大学出版的学术专著《空间机器人：建模、规划与控制》。这本书仿佛是一扇开启宇宙奥秘的钥匙，以其极其详尽和系统的方式，为我解析了那些在浩瀚星辰间穿梭的智能生命体——空间机器人的设计与运行之道。 书中对“建模”的阐释，其严谨性令人称赞。它不仅仅局限于对机器人自身几何和动力学特性的描述，更将重心放在了空间环境中各种独特的物理效应上。例如，如何精确地刻画在微重力条件下的动力学行为，如何考虑航天器本体的姿态变化对机械臂操作的影响，以及如何将太阳辐射压力、地球引力梯度等环境扰动纳入模型。我尤其对书中关于多体系统动力学耦合的详尽推导印象深刻，这对于实现高精度空间操作至关重要。 在“规划”部分，本书深入探讨了空间机器人执行任务时所面临的各种挑战。它详细介绍了多种路径规划算法，并着重分析了如何在避开空间碎片、其他航天器以及复杂地形等障碍物的同时，生成安全、高效且满足任务需求的运动轨迹。书中对如何优化能源消耗、如何处理通信延迟以及如何在远程操作下进行规划的论述，都极具指导意义。 “控制”方面，本书系统地梳理了适用于空间机器人的各类先进控制理论与技术。从基础的PID控制器到模型预测控制（MPC）、自适应控制、以及鲁棒控制等，书中都进行了深入浅出的讲解，并配以详实的仿真结果来验证其有效性。我尤其关注了书中关于如何设计高鲁棒性控制器以应对模型不确定性和外部扰动的讨论，这对于确保空间机器人在太空极端环境下的可靠性至关重要。 本书的价值不仅在于其理论的深度，更在于其与实际工程应用的紧密结合。书中穿插了大量真实空间任务的案例，例如国际空间站机械臂的操作、月球/火星探测器的移动和采样任务，并辅以详实的仿真数据和图表。这种将抽象理论转化为具体工程实践的呈现方式，极大地增强了读者的理解和信心。 我个人在阅读过程中，对书中关于“不确定性处理”的章节尤为重视。在太空探索中，信息的不完整性和不确定性是普遍存在的。书中对如何利用先进的状态估计技术（如卡尔曼滤波、粒子滤波）以及设计鲁棒控制策略来应对这些不确定性的系统性论述，为我提供了宝贵的思路。 此外，本书对“自主性”和“多机器人协同”在空间机器人领域的应用前景进行了前瞻性的探讨。随着人类对深空探索的不断推进，提升空间机器人的自主决策和协同作业能力已成为必然趋势。 整本书的结构设计严谨，逻辑清晰，学术语言专业且富有启发性。作为一本清华大学出版的学术专著，其内容的权威性和深度毋庸置疑。 它为我构建了一个极其全面且系统的空间机器人知识体系，从最基础的物理建模，到中层的智能规划，再到顶层的精确控制，每一个环节都得到了深入的阐述和拔高。 总而言之，《空间机器人：建模、规划与控制》是一部具有里程碑意义的学术著作。它不仅为空间机器人领域的研究人员和工程师提供了宝贵的理论指导和实践参考，更重要的是，它为人类更加深入、高效地探索和利用太空，插上了更加强劲的智慧之翼。
评分作为一名长期关注人工智能与机器人领域发展的工程师，最近有幸拜读了清华大学学术专著《空间机器人：建模、规划与控制》。这本书的出版，无疑为我们这些深耕于此的研究人员和从业者提供了一份极为宝贵的理论与实践相结合的参考。它不仅仅是一本书，更像是一个精心构建的知识体系，系统地梳理了空间机器人这一前沿领域的核心要素。从最初的建模，也就是如何准确地描述一个在复杂空间环境中运行的机器人的物理特性、运动学以及动力学，到高效的路径规划，即如何让机器人能够安全、经济地从起点到达目标点，再到精确的控制，确保机器人按照预定轨迹稳定运行并完成预期任务，书中都给出了详实而深入的论述。 特别值得称道的是，作者在建模部分并没有止步于理论公式的堆砌，而是结合了大量的实例和仿真分析，使得抽象的概念变得生动具体。例如，在描述自由度、关节约束以及考虑重力、惯性等影响时，书中提出的方法不仅严谨，而且在实际应用中具有很高的参考价值。对于路径规划部分，我尤其欣赏其对不同算法的比较分析，比如A算法、RRT算法以及各种优化算法在处理高维空间、动态障碍物时的优缺点。书中提出的混合规划策略，即结合了全局规划的搜索性和局部规划的响应性，对于应对空间任务中层出不穷的突发情况，有着重要的指导意义。 而在控制部分，作者深入浅出地讲解了PID控制、模型预测控制（MPC）以及自适应控制等多种控制策略在空间机器人上的应用。书中对这些控制算法的数学推导清晰明了，并且提供了大量的仿真结果来验证其有效性。我个人在实际工作中遇到的很多控制难题，在书中都找到了潜在的解决方案或新的思路。例如，对于姿态控制中的耦合问题，书中提出的解耦控制方法，以及考虑了航天器本体和机械臂之间相互影响的联合控制策略，都给我留下了深刻的印象。 这本书的另一个亮点在于其对空间环境的深刻理解。在建模和规划部分，作者充分考虑了微重力、轨道动力学、太阳辐射压力、大气阻力（在低轨道）等一系列影响因素，这些都是在地球表面机器人建模时鲜有考虑的。这种针对性使得书中提出的方法在应对空间任务时具有天然的优势，能够更准确地预测和控制机器人的行为。对于规划部分，书中对空间碎片、行星地形、月球表面等不同场景下的规划挑战进行了细致的分析，并提出了相应的策略。 我尤其喜欢书中对“考虑不确定性”这一方面的论述。空间机器人往往需要在信息不完全或存在噪声的环境下工作，书中对不确定性建模（如基于概率的方法、模糊逻辑）以及鲁棒控制策略的探讨，对于提高空间机器人的自主性和可靠性至关重要。例如，在目标识别不准确或传感器数据存在漂移的情况下，如何保证规划的有效性和控制的稳定性，书中给出了非常具有启发性的思考。 此外，本书在仿真与实验验证方面也做得非常出色。作者不仅展示了大量的仿真结果，而且还引用了一些实际的空间任务数据和研究成果，这使得理论的严谨性与实际应用的可行性得到了有力的支撑。这种将理论与实践紧密结合的方式，对于初学者而言可以快速建立对空间机器人的整体认知，对于资深研究者而言则提供了深入钻研的起点。 值得一提的是，书中对“多机器人协同”在空间场景下的应用也进行了探讨。随着未来空间探索任务的复杂化，多机器人协同作业将变得越来越普遍，例如空间站的维护、大型结构的在轨组装等。本书在这方面的初步探讨，为未来的研究方向指明了道路，也为我们思考如何设计和控制复杂的空间机器人系统提供了基础。 整本书的结构清晰，逻辑严谨，语言也相对通俗易懂，即使是对空间机器人理论接触不多的读者，也能从中获得丰富的知识。图表和公式的运用恰到好处，既保证了理论的严谨性，又便于读者理解。清华大学学术专著的品质确实名不虚传，这本书的出版，无疑将为中国乃至全球的空间机器人领域研究注入新的活力。 尽管书中涉及的理论深度和广度都相当可观，但我认为其最宝贵的价值在于提供了一个系统性的框架，帮助读者理解空间机器人的核心挑战以及应对这些挑战的多种途径。从最基本的运动学求解，到复杂的动力学耦合分析，再到精妙的轨迹生成和精确的伺服控制，书中层层递进，环环相扣，构建了一个完整的知识链条。 总而言之，《空间机器人：建模、规划与控制》是一部里程碑式的著作。它不仅全面、深入地阐述了空间机器人的核心理论，更重要的是，它为实际应用提供了切实可行的指导。无论你是学生、研究人员还是行业从业者，阅读此书都将是一次非常有价值的知识投资，它将极大地拓宽你对空间机器人领域的认知边界，并为你的工作和研究提供源源不断的灵感。
评分作为一名对工程科学领域抱有极大热情，并长期关注其最新发展动态的独立研究者，近期有幸接触到了清华大学出版的学术专著《空间机器人：建模、规划与控制》。这本书为我提供了一个极其详尽且系统性的框架，以理解和驾驭在极端宇宙环境中运作的机器人技术。它宛如一座信息丰富、结构精密的知识宝库，为我揭示了空间机器人领域的深层奥秘。 书中对“建模”的阐述，其专业性和深度令人瞩目。它不仅仅停留在对传统机器人本体的几何和动力学描述，更是将复杂的空间环境因素——如微重力下的惯性效应、地球或行星引力的空间分布变化、太阳辐射压力的影响、以及大气阻力（在低轨道）——悉数纳入考量。我尤其欣赏书中对于航天器本体动力学与附带机械臂动力学之间耦合关系的细致分析，以及如何精确建模这些多体系统的相对运动，这对于实现高精度空间操作至关重要。 在“规划”部分，本书深入探讨了空间机器人执行任务时所面临的诸多挑战。它详细介绍了多种路径规划算法，包括如何生成避开空间碎片、其他航天器以及复杂地形等障碍物的安全轨迹，如何优化能源消耗以延长任务续航，以及如何在通信延迟的环境下进行远程操作的规划。书中对基于优化的规划方法，以及如何处理动态环境下的实时规划问题，都提供了极具价值的见解。 “控制”理论的阐述，是本书的一大亮点。书中系统地介绍了多种先进的控制策略，如PID、模型预测控制（MPC）、自适应控制、以及鲁棒控制，并深入分析了它们在空间机器人姿态稳定、轨迹跟踪、力控等方面的应用。我特别关注了书中关于如何设计高鲁棒性控制器以应对模型不确定性和外部扰动（如传感器噪声、执行器误差）的讨论，这对于确保空间机器人在太空极端环境下的可靠性至关重要。 本书的价值不仅体现在其理论的深度，更在于其与实际工程应用的紧密结合。书中穿插了大量真实空间任务的案例，例如国际空间站机械臂的操作、月球/火星探测器的移动和采样任务，并辅以详实的仿真数据和图表。这种将抽象理论转化为具体工程实践的呈现方式，极大地增强了读者的理解和信心。 我个人在阅读过程中，对书中关于“不确定性处理”的章节尤为重视。在太空探索中，信息的不完整性和不确定性是普遍存在的。书中对如何利用先进的状态估计技术（如卡尔曼滤波、粒子滤波）以及设计鲁棒控制策略来应对这些不确定性的系统性论述，为我提供了宝贵的思路。 此外，本书对“自主性”和“多机器人协同”在空间机器人领域的应用前景进行了前瞻性的探讨。随着人类对深空探索的不断推进，提升空间机器人的自主决策和协同作业能力已成为必然趋势。 整本书的结构设计严谨，逻辑清晰，学术语言专业且富有启发性。作为一本清华大学出版的学术专著，其内容的权威性和深度毋庸置疑。 它为我构建了一个极其全面且系统的空间机器人知识体系，从最基础的物理建模，到中层的智能规划，再到顶层的精确控制，每一个环节都得到了深入的阐述和拔高。 总而言之，《空间机器人：建模、规划与控制》是一部具有里程碑意义的学术著作。它不仅为空间机器人领域的研究人员和工程师提供了宝贵的理论指导和实践参考，更重要的是，它为人类更加深入、高效地探索和利用太空，插上了更加强劲的智慧之翼。
评分作为一名在空间科学与技术领域深耕多年的研究者，近期有幸拜读了清华大学学术专著《空间机器人：建模、规划与控制》一书，其内容之充实、体系之严谨，令我深受启发。这本书为我提供了一个极其详尽的视角，来审视和理解在浩瀚宇宙中，那些承担着人类探索重任的机器人是如何被构想、设计并最终实现其功能的。 书中“建模”部分，不仅仅是对机器人本体几何和动力学特性的静态描述，更是将其置于动态变化、充满未知因素的空间环境中进行考量。作者深入剖析了微重力、真空、极端温度变化以及外在扰动（如太阳风、宇宙射线）对机器人行为的影响，并提供了相应的数学模型。我尤其赞赏书中关于如何处理多体动力学耦合效应的论述，例如航天器本体与机械臂之间的相互作用，以及如何在建模中考虑柔性结构和关节间隙等非理想因素，这对于提升空间机器人的运动精度具有至关重要的意义。 “规划”环节，本书不仅介绍了经典路径规划算法，如A、RRT等，更着重于讨论如何在空间环境中解决诸如避障、能源优化、任务序列生成等复杂问题。我从中学习到了如何根据不同的空间任务场景（如轨道操作、行星表面探索、空间站维护），选择并优化相应的规划策略。书中对动态环境下的规划方法，以及如何处理通信延迟和远程控制下的规划限制，都给出了非常有价值的解决方案。 “控制”方面，本书系统地梳理了适用于空间机器人的各类先进控制理论与技术。从基础的PID控制器到模型预测控制（MPC）、自适应控制、鲁棒控制等，书中都进行了深入浅出的讲解，并配以详实的仿真结果来验证其有效性。我特别关注了书中关于如何设计能够应对模型不确定性、外部扰动以及执行器误差的控制律，这对于确保空间机器人在复杂环境下能够稳定、精确地执行任务至关重要。 本书的卓越之处在于其理论与实践的完美结合。它不仅提供了扎实的理论基础，更引用了大量真实的航天任务数据和案例，例如国际空间站上 Canadarm2 的操作、好奇号火星车的路径规划与控制等。这种结合使得书中的概念更加生动，理论的应用价值也得以充分体现。 让我印象深刻的是，书中对“不确定性”的系统性分析。在信息不完全或存在误差的情况下，如何保证空间机器人的决策和行动的可靠性，是其自主性的关键。书中对如何利用先进的状态估计技术（如扩展卡尔曼滤波）以及设计鲁棒的控制策略来应对不确定性，提供了极其详实的指导。 此外，本书对“多机器人协同”在空间任务中的应用也进行了前瞻性的探讨，这为未来大规模空间建造、资源开发等复杂任务提供了理论基础。 整本书的结构设计精巧，逻辑线索清晰，学术语言严谨而富有启发性。作为清华大学的学术专著，其质量和深度毋庸置疑。 它为我构建了一个全方位、系统性的空间机器人知识体系，从最基础的物理建模，到中层的智能规划，再到顶层的精确控制，每一个层次都得到了深入的阐述和拔高。 总而言之，《空间机器人：建模、规划与控制》是一部具有划时代意义的学术著作。它不仅为空间机器人领域的研究人员和工程师提供了宝贵的理论指导和实践参考，更重要的是，它为人类更加深入、高效地探索和利用太空，插上了更加强劲的智慧之翼。
评分作为一名对前沿科技充满好奇心的爱好者，最近我有幸接触到一本由清华大学出版的学术专著《空间机器人：建模、规划与控制》。这本书如同一个引人入胜的宇宙探险故事，详细讲述了那些在高远、真空、极端环境下工作的机器人们的“大脑”和“身体”是如何被精心设计的。 首先，它深入浅出地解释了“建模”的艺术。这不仅仅是把机器人画出来，更是要精确地描述它在太空中的每一个细微之处。从它有多少个关节，每个关节能怎么动（这叫做运动学），到它受到的推力、拉力以及惯性会如何影响它的运动（这叫做动力学）。书中特别强调了如何考虑太空环境的特殊性，比如没有重力但有惯性，以及太阳光、地球磁场这些在地面上不太显眼但对太空机器人却很重要的影响。这些详细的描述，让我对建造一个能适应太空环境的机器人有了更直观的理解。 接着，书中展开了“规划”的精彩篇章。这就像是给机器人制定一套完美的“太空旅行攻略”。在浩瀚无垠的太空中，机器人需要从一个点移动到另一个点，完成比如安装卫星、维修空间站这样的任务。这就意味着需要规划出一条既安全（避开轨道碎片）又高效（节省能源）的路线。我被书中介绍的各种路径规划算法深深吸引，比如如何让机器人在复杂的空间站结构周围灵活穿梭，或者如何在行星表面崎岖的地形上找到最佳的探测路径。 然后，书中的“控制”部分，让我看到了工程师们如何让这些“太空大脑”精确地执行指令。即使有了完美的计划，也需要精确的执行。书中介绍了各种精密的控制技术，如何让机器人的手臂以毫秒级的精度移动，如何保持稳定的姿态，如何在进行抓取时施加恰到好处的力。我尤其对书中关于如何应对太空中的各种突发情况，比如传感器数据不准确或者外部干扰，依然能让机器人保持稳定的控制技术印象深刻。 这本书不仅仅是理论的堆砌，它还穿插了许多真实的太空任务案例，比如国际空间站上的机械臂是如何工作的，火星探测器是如何规划和执行任务的。这些生动的例子，让我感觉仿佛亲身参与了这些伟大的太空探索项目。 我特别欣赏书中对“不确定性”的讨论。在太空中，一切都不是绝对确定的，传感器可能会有误差，环境也可能随时变化。书中介绍的方法，如何让机器人在信息不全的情况下也能做出明智的决策，这让我看到了机器人“智慧”的另一面。 书中还对未来“多机器人协同”在太空中的应用进行了展望，比如多个机器人一起合作建造大型空间设施，这让我对人类未来的太空生活充满了期待。 整本书的结构清晰，语言虽然专业，但读起来并不晦涩。清华大学的学术专著，果然名不虚传，内容严谨而富有启发性。 它为我构建了一个完整的空间机器人知识框架，从最基本的物理原理，到中级的智能规划，再到顶层的精密控制，每一个部分都得到了深入的阐述。 总而言之，《空间机器人：建模、规划与控制》是一本极具价值的读物。它不仅是专业人士的案头必备，也是对太空科技感兴趣的读者了解前沿技术的绝佳入口。它让我更加理解，那些在太空中默默工作的机器人，承载着人类多少智慧和梦想。
评分作为一名长期在自动化技术领域探索的工程师，我近期有幸品读了清华大学学术专著《空间机器人：建模、规划与控制》一书。这本书犹如一位经验丰富的向导，带领我深入游览了空间机器人这一复杂而迷人的领域。它以其深邃的洞察力和严谨的逻辑，为我勾勒出了一个清晰而完整的技术图景。 书中对“建模”的阐述，其严谨性令人赞叹。它不仅仅局限于描述机器人的几何结构和运动学特性，更将焦点放在了空间环境中各种独特的物理效应上。例如，如何精确地刻画在微重力条件下的动力学行为，如何考虑航天器本体的姿态变化对机械臂操作的影响，以及如何将太阳辐射压力、地球引力梯度等环境扰动纳入模型。我尤其对书中关于多体系统动力学耦合的详尽推导印象深刻，这对于实现高精度空间操作至关重要。 在“规划”部分，本书深入探讨了空间机器人执行任务时所面临的各种挑战。它详细介绍了多种路径规划算法，并着重分析了如何在避开空间碎片、其他航天器以及复杂地形等障碍物的同时，生成安全、高效且满足任务需求的运动轨迹。书中对如何优化能源消耗、如何处理通信延迟以及如何在远程操作下进行规划的论述，都极具指导意义。 “控制”方面，本书系统地梳理了适用于空间机器人的各类先进控制理论与技术。从基础的PID控制器到模型预测控制（MPC）、自适应控制、以及鲁棒控制等，书中都进行了深入浅出的讲解，并配以详实的仿真结果来验证其有效性。我尤其关注了书中关于如何设计高鲁棒性控制器以应对模型不确定性和外部扰动的讨论，这对于确保空间机器人在太空极端环境下的可靠性至关重要。 本书的价值不仅在于其理论的深度，更在于其与实际工程应用的紧密结合。书中穿插了大量真实空间任务的案例，例如国际空间站机械臂的操作、月球/火星探测器的移动和采样任务，并辅以详实的仿真数据和图表。这种将抽象理论转化为具体工程实践的呈现方式，极大地增强了读者的理解和信心。 我个人在阅读过程中，对书中关于“不确定性处理”的章节尤为重视。在太空探索中，信息的不完整性和不确定性是普遍存在的。书中对如何利用先进的状态估计技术（如卡尔曼滤波、粒子滤波）以及设计鲁棒控制策略来应对这些不确定性的系统性论述，为我提供了宝贵的思路。 此外，本书对“自主性”和“多机器人协同”在空间机器人领域的应用前景进行了前瞻性的探讨。随着人类对深空探索的不断推进，提升空间机器人的自主决策和协同作业能力已成为必然趋势。 整本书的结构设计严谨，逻辑清晰，学术语言专业且富有启发性。作为一本清华大学出版的学术专著，其内容的权威性和深度毋庸置疑。 它为我构建了一个极其全面且系统的空间机器人知识体系，从最基础的物理建模，到中层的智能规划，再到顶层的精确控制，每一个环节都得到了深入的阐述和拔高。 总而言之，《空间机器人：建模、规划与控制》是一部具有里程碑意义的学术著作。它不仅为空间机器人领域的研究人员和工程师提供了宝贵的理论指导和实践参考，更重要的是，它为人类更加深入、高效地探索和利用太空，插上了更加强劲的智慧之翼。
评分作为一名对航天科技怀揣极大热情，并一直在关注其最新进展的爱好者，我最近有幸接触到了一本名为《空间机器人：建模、规划与控制》的学术专著，据说是出自清华大学。这本书的出现，仿佛在我心中搭建起了一座通往浩瀚宇宙的知识桥梁。它以极其详尽的方式，系统地解析了在地球之外的极端环境中，机器人是如何被设计、如何思考以及如何行动的。 首先，它深入探讨了“建模”这一概念。这不仅仅是画几条线、写几个公式那么简单。书中详细阐述了如何精确地描述一个在失重、真空、强辐射等复杂环境下工作的机器人。从它的物理结构，到它内部各个部件的运动方式（学名是运动学），再到它受到各种外部力和自身运动产生的惯性力（学名是动力学），每一个细节都被严谨地剖析。我印象最深的是，书中对于如何处理空间环境中特有的各种扰动，例如微小的轨道变化、太阳光压带来的微小推力，甚至是月球或行星的引力差异，都给出了非常富有洞察力的建模方法。这让我理解到，设计空间机器人，必须对其所处的“家”——太空，有极其深刻的认识。 接着，本书引出了“规划”这一环节。这就像是为机器人设计一套周密的行动计划。在一个庞大而危险的空间环境中，机器人需要从一个地点移动到另一个地点，并完成特定的任务。这其中充满了挑战。书中详细介绍了各种路径规划的算法，比如如何让机器人在避开空间碎片、卫星残骸以及未知的障碍物的同时，找到一条最高效、最省力（在太空，能源极其宝贵）的路径。我特别赞赏书中对于不同规划算法在应对高维度、动态变化的环境时的表现差异的分析。例如，对于如何处理突然出现的空间站结构变化，或者是在行星表面探索时遇到的复杂地形，书中提出的结合全局和局部规划的策略，非常有实用价值。 最后，也是至关重要的一环，便是“控制”。即使有了完美的计划，也需要精准的执行。书中详细讲解了各种控制技术，如何让机器人按照预设的轨迹精确地移动，如何保持稳定的姿态，如何以恰到好处的力量执行抓取或安装任务。我被书中对于模型预测控制（MPC）在处理空间机器人非线性动力学时的强大能力所吸引，以及如何利用自适应控制来应对模型不确定性或外部扰动。那些密集的数学公式背后，隐藏着的是让机器人在失重环境中也能稳如磐石的智慧。 让我惊喜的是，本书并没有将理论停留在纸面上。书中引用了大量的仿真数据和实际的航天任务案例，这让枯燥的理论变得生动起来。我仿佛看到了真实的机器臂在空间站外进行维修，或者火星探测器在崎岖的表面上稳步前行。这种理论与实践的紧密结合，极大地增强了我对书中内容的理解和信任。 此外，本书还触及了“不确定性”这一在空间任务中不可避免的挑战。在信息不完整、传感器数据有误差的情况下，如何保证机器人的决策和行动的可靠性，是空间机器人面临的重大难题。书中对基于概率的方法和模糊逻辑的运用，以及鲁棒控制策略的讨论，为提高空间机器人的自主性和容错能力提供了重要的思路。 我也看到了书中对“多机器人协同”在太空场景下的应用进行了初步探讨。这让我对未来大规模的空间建设和探索任务充满了期待。想象一下，多台机器人在太空中协同工作，共同完成建造大型空间望远镜、维护地球轨道上的关键设施，这样的场景，本书已经为我们勾勒出了理论上的蓝图。 整本书的排版清晰，章节划分合理，语言虽然严谨，但并不晦涩难懂，对于有一定基础的读者来说，能够快速地进入状态。清华大学学术专著的出版，无疑为国内空间机器人领域的研究和发展贡献了重要的力量。 它提供了一个非常完整的知识体系，从最基础的几何描述，到复杂的力学分析，再到智能的决策和精密的执行，书中层层递进，环环相扣，展现了空间机器人研究的完整图景。 总而言之，《空间机器人：建模、规划与控制》是一部信息量极大、内容严谨且极具前瞻性的学术专著。它不仅是理解空间机器人技术的重要参考，更是激发未来创新灵感的宝贵财富。它让我更加深刻地认识到，人类探索宇宙的脚步，离不开这些在太空中默默奉献的智慧之体。
评分作为一名对航空航天工程领域抱有浓厚兴趣的在读博士生，近期有幸得以研读清华大学出版的学术专著《空间机器人：建模、规划与控制》。这本书的出现，在我研究生涯中如同一盏指路明灯，为我深入理解和探索空间机器人这一复杂且前沿的学科领域，提供了极其系统和权威的指导。书中涵盖的内容之全面、论述之深入，让我受益匪浅。 从“建模”的起点来看，书中对空间机器人本体以及其所处环境的描述，都达到了极高的严谨性。它不仅仅停留在对经典机械臂或移动机器人的通用建模，而是将重心放在了针对空间环境的特殊性上，比如如何精确地描述和处理在微重力下的动力学行为，如何考虑航天器本身的姿态变化对机械臂工作的影响，以及如何纳入如热辐射、粒子撞击等在地面上鲜有考虑的物理效应。我尤其欣赏书中对于相对运动学和动力学建模的详细推导，这对于分析复杂多体系统在太空中的交互行为至关重要。 在“规划”层面，书中对路径规划算法的讲解，充分考虑了空间任务的独特性。这包括如何生成在具有复杂三维障碍物（如空间站结构、其他航天器）的环境下安全高效的运动轨迹，如何规划能源最优的飞行路径，以及如何在通信延迟的情况下进行远程操作的规划。书中对诸如A、RRT、PRM等经典算法在空间机器人场景下的改进和应用，以及对基于优化的规划方法（如轨迹优化、运动学逆解优化）的深入剖析，都为我解决实际研究中的规划难题提供了宝贵的思路。 而“控制”部分，则是我认为本书最具有挑战性也最令人兴奋的部分。空间机器人由于其工作环境的特殊性，对控制系统的精度和鲁棒性要求极高。书中系统地介绍了PID控制、最优控制、模型预测控制（MPC）、自适应控制以及模糊逻辑控制等多种先进控制策略，并深入分析了它们在空间机器人姿态控制、轨迹跟踪、力控等方面的应用。我特别关注了书中关于考虑了外部扰动和模型不确定性的鲁棒控制方法，以及如何实现多机器人之间的协调控制，这对于未来大型空间结构的在轨建造和维护任务至关重要。 本书的价值不仅在于理论的深度，还在于其理论与实践的紧密结合。书中引用了大量实际的空间任务案例，如国际空间站的机械臂操作、月球/火星探测器的移动和采样任务，以及相关的仿真结果。这使得抽象的理论概念能够与真实的工程应用场景相结合，大大增强了读者的理解和信心。 我尤其欣赏书中对“不确定性”的系统性探讨。在太空探索中，我们常常面临传感器噪声、执行器误差、模型参数不确定性等挑战。书中对如何通过先进的滤波技术（如卡尔曼滤波、粒子滤波）来估计状态，以及如何设计能够应对这些不确定性的鲁棒控制器，提供了非常详实的指导。 此外，书中对“自主性”和“智能性”在空间机器人中的应用也进行了前瞻性的讨论。随着未来空间任务的复杂化和遥远化，提升空间机器人的自主决策和执行能力已成为必然趋势。书中对机器学习、强化学习等技术在空间机器人领域的潜在应用进行了探讨，为我未来的研究方向提供了新的启示。 整本书的语言风格严谨而清晰，学术氛围浓厚，但同时又不失可读性。图文并茂的设计，使得复杂的公式和概念更容易被理解和消化。作为一本清华大学的学术专著，其质量和权威性毋庸置疑。 这本书为我构建了一个非常完整的空间机器人知识框架，从最基础的几何运动学，到复杂的动力学耦合，再到高层次的智能规划和鲁棒控制，每一个环节都得到了深入的阐述。 总而言之，《空间机器人：建模、规划与控制》是一部具有里程碑意义的学术著作。它不仅为空间机器人领域的研究者和工程师提供了宝贵的理论财富，更重要的是，它指明了该领域未来的发展方向，并为实现更具挑战性的太空探索任务奠定了坚实的基础。
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