《戶外未知環(huán)境中的自主移動機器人》探討了戶外自主移動機器人系統(tǒng)的很多方面，包括機構設計、運動控制、定位和制圖等。首先，從戶外移動機器人的運動機構開始討論，通過移動性和可操縱性介紹和分析了具有柔性梁結構的輪式模塊化移動機器人（CFMMR）原型；然后，引入了一個通用的協作運動控制和傳感器架構，并定義了架構中每個子系統(tǒng)及其相應的設計要求，包括運動學控制子系統(tǒng)、動力學控制子系統(tǒng)和傳感子系統(tǒng)；然后，討論了如何設計這些子系統(tǒng)以滿足機器人控制系統(tǒng)的設計要求，并詳盡闡述了具體的算法且在CFMMR上進行了實驗驗證。
《戶外未知環(huán)境中的自主移動機器人》針對戶外未知環(huán)境中的自主移動機器人討論架構和算法設計，希望激發(fā)自主移動機器人、人工智能甚至自動駕駛技術的研發(fā)人員去開展更多新的研究。
本書突出貢獻在以下四個方面：
*介紹戶外移動機器人領域的新方法
*討論包括云機器人在內的新技術
*覆蓋了戶外移動機器人設計的所有基礎知識
*橫跨了美國、韓國、中國在內的研究和應用
譯者序
移動機器人被越來越多地應用在許多不同的領域，如搜索和救援及太空探索等，而這些領域都要求機器人能在戶外崎嶇路面甚至環(huán)境下自主移動。本書為設計這類自主移動機器人系統(tǒng)提供了完整的架構和算法，是率先聚焦戶外機器人領域的作品。
作為本書英文版作者和中文版譯者，我從2000年開始從事移動機器人方向的研究，也是國際上早一批聚焦戶外機器人領域的學者。從初關注機器人柔性機構、機器人魯棒控制到機器人戶外導航，我和我的科研伙伴們在長期科研過程中積累了大量的研究成果，在機器人領域的國際期刊IJRR、TRO和JFR發(fā)表了一系列的高水平論文。然而，遺憾的是我們當時未將這些研究成果進行系統(tǒng)講解和闡述。2015年我在美國西雅圖參加機器人領域頂會ICRA的時候，很榮幸入選了Notable Women in Robotics。也是在那次會議上，我遇到了美國CRC出版社的編輯。我和他聊過之后，認為是時候將我們之前有關戶外移動機器人的長期研究成果匯總起來，形成一本著作。于是我聯合了來自美國猶他大學、哈爾濱工業(yè)大學（深圳）和韓國國立韓巴大學的幾位重要科研合作伙伴，歷時兩年半時間，形成了本書初的英文版書稿，并交由CRC出版社出版。我們的初衷是希望本書會在一定程度上啟發(fā)并激勵從事移動機器人的青年研究者，或者給移動機器人感興趣的讀者提供必要的基礎知識和方法論。
當機械工業(yè)出版社買下本書中文版版權后，編輯時間聯系到我，詢問是否有興趣翻譯本書。我想沒有人比我更熟悉本書內容了，再加上認為翻譯成中文應該是件容易的事情，就很痛快地接下了翻譯工作。然而，當我和我在哈爾濱工業(yè)大學（深圳）指導的研究生開始這項工作之后，發(fā)現其實這是專業(yè)性要求很高的工作，尤其是翻譯這種艱澀的學術類著作，需要對每個專業(yè)詞匯的中英文切換都非常熟悉。于是我斷斷續(xù)續(xù)利用業(yè)余時間，花了近兩年時間才將其成稿。這里特此感謝協助我工作的學生們，感謝機械工業(yè)出版社對本書翻譯工作的支持。另外也向所有從事學術翻譯工作、意在促進學術交流的譯者們致敬。
本書探討了戶外機器人系統(tǒng)的很多方面，包括機構設計、運動控制、定位和制圖等。本書涉及的大部分方法被整合進一個原型輪式機器人具有柔性梁結構的輪式模塊化移動機器人（CFMMR），進行了實驗驗證。本書涉及的架構和算法均服務于在未知戶外環(huán)境中的自主移動機器人系統(tǒng)設計。我相信這些技術能幫助和激發(fā)讀者去開展更多戶外機器人領域的新研究。
本書從戶外移動機器人的運動機構開始討論，通過移動性和可操縱性介紹和分析了原型機器人；隨后，引入了一個通用的協作運動控制和傳感器架構，并定義了架構中每個子系統(tǒng)及其相應的設計要求，包括運動學控制子系統(tǒng)、動力學控制子系統(tǒng)和傳感子系統(tǒng)；然后，討論了如何設計這些子系統(tǒng)以滿足機器人控制系統(tǒng)的設計要求，并詳盡闡述了具體的算法且在原型機器人CFMMR上進行了實驗驗證。
本書的定位和制圖部分，探討了對于戶外移動機器人更具有普適性的方法論。這部分可以被認為是移動機器人系統(tǒng)更上層的設計。本書后討論的是長期一致導航中的機器人自定位問題，探討了一個云機器人架構，并進行了實際場景驗證。
朱曉蕊
朱曉蕊，于1998年和2000年分別在哈爾濱工業(yè)大學取得學士和碩士學位，于2006年在美國猶他大學取得博士學位，專業(yè)均為機械工程；2007年至2020年為哈爾濱工業(yè)大學（深圳）自動化系教授；現為珠海嶺南大數據研究院院長；同時，是包括深圳大疆創(chuàng)新和深圳速騰聚創(chuàng)在內的幾家知名高科技公司的首席科學家和聯合創(chuàng)始人；主要研究領域包括移動機器人、無人機、自動駕駛和三維建模。
金福巖（Youngshik Kim），于1996年在韓國仁荷大學取得學士學位，于2003年和2008年分別在美國猶他大學取得碩士和博士學位，專業(yè)均為機械工程；現在是韓國國立韓巴大學機械工程系的副教授；主要研究領域包括記憶合金驅動器、仿生機器人、傳感器融合以及柔性機器人系統(tǒng)的運動控制、機動性和操縱。
馬克·安德魯·邁納（Mark Andrew Minor），于1993年在美國密歇根大學機械工程系取得學士學位，于1996年和2000年分別在美國密歇根州立大學機械工程系取得碩士和博士學位；自2000年任教至今，現在是美國猶他大學機械工程系的終身教授；主要研究領域包括移動機器人系統(tǒng)的設計和控制、自主移動機器人、飛行機器人、康復系統(tǒng)和虛擬現實系統(tǒng)。
邱純鑫，于2007年在燕山大學取得學士學位，于2010年和2014年分別在哈爾濱工業(yè)大學（深圳）取得碩士和博士學位，專業(yè)均為自動化；現在是深圳速騰聚創(chuàng)科技有限公司的首席執(zhí)行官。
目錄
譯者序
作者簡介
第1章引言
1.1戶外移動機器人
1.2本書概述
第2章運動機構
2.1概述
2.2輪式移動機器人中的柔性設計
2.3具有柔性梁結構的輪式模塊化移動機器人（CFMMR）
2.3.1機械結構
2.3.2通用運動學模型
2.3.3簡化的運動學模型
2.3.4移動性和可操縱性
2.3.5通用動力學模型
第3章協作運動控制和傳感器架構
3.1概述
3.2運動控制和傳感策略
3.3運動學控制器
3.4動力學控制器
3.5傳感系統(tǒng)
第4章運動學控制
4.1概述
4.2單輪機器人的控制
4.2.1運動學模型
4.2.2路徑流形
4.2.3控制律
4.2.4控制器實現與評估
4.3多軸機器人的控制
4.3.1運動學模型
4.3.2控制律
4.3.3轉向算法
4.3.4控制器評估
第5章多傳感器融合系統(tǒng)
5.1概述
5.2相對位置傳感器
5.2.1柔性梁模型
5.2.2安裝實現
5.3層數據融合
5.4第二層數據融合
5.4.1協方差交叉濾波
5.4.2相對測量概率位姿誤差校正（RMSPEC）
5.5RPS靜態(tài)測試
5.5.1實驗方法
5.5.2實驗結果和討論
5.6RPS測試及數據融合
5.6.1方法和步驟
5.6.2結果和討論
第6章魯棒運動控制
6.1概述
6.2運動學模型和動力學模型
6.2.1模塊化動力學模型
6.2.2模塊化運動學模型
6.2.3柔性梁模型
6.3單軸非線性阻尼控制器設計
6.3.1單軸模塊的結構變換
6.3.2單軸控制器的性質和假設
6.3.3單軸模塊的非線性阻尼控制器設計
6.3.4控制器設計中的柔性梁效應
6.4多軸分布式控制器設計
6.5控制器評價
6.5.1方法和步驟
6.5.2結論
6.5.3討論
第7章閉環(huán)控制系統(tǒng)總體評估
7.1概述
7.2實驗評估
7.2.1方法及程序
7.2.2實驗結果和討論
第8章基于地形坡度的定位與制圖
8.1概述
8.2基于地形坡度的三維定位
8.2.1機器人地形坡度模型提取
8.2.2基于粒子濾波的地形坡度定位
8.3環(huán)境制圖
8.3.1數據采集和點云分離
8.3.2基于ICP算法的制圖
8.4實驗結果和討論
8.4.1方法和過程
8.4.2結果和討論
第9章大范圍環(huán)境下云機器人定位架構
9.1概述
9.2云機器人定位架構
9.2.1離線階段
9.2.2在線階段
9.3云機器人定位算法
9.3.1云端算法
9.3.2機器人端定位算法
9.4實驗和討論
9.4.1方法和步驟
9.4.2結果和討論
參考文獻
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