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星球探测机器人导航定位技术研究进展

岳海媛解玉文丁希仑秦世引

北京航空航天大学

[摘要]针对当前星球探测技术的发展，重点综述了国内外星球探测机器人导航定位技术的研究现状，分析了正面临并需

要解决的关键性科学和技术问题，并预测和展望了星球探测机器人导航定位技术的发展趋势，提出了进一步的研发设想。

[关键词]导航定位；星球探测机器人；双目视觉

1引言

月球探测机器人也被叫做“月球车”的研究，是我国“绕、

落、回”三步走探月工程中，实现第二步“落”的重要组成部

分之一。宇宙空间具有微重力、高真空、强

[1]

辐射、剧烈变化的温度和亮度等特点，因此，不论是在

空间探测阶段，还是开发利用阶段，都将使用更多的空间机

器人和星球探测机器人来完成许多人类难以或无法胜任的探

测、取样、实验、操作等任务。

定位和导航是星球探测机器人在星球表面自主漫游

[2]图1Sojourner火星探测机器人及其视觉系统

的关键技术。星球探测机器人要自主导航，需要有路

径规划、定位、避障、运动控制等基本功能。由于地的决定。另外，通过一台SiliconGraphics工作站可以对

球与太空之间存在很大的通信时延和带宽限制等问题，Sojourner进行指挥与控制，地面控制人员可以头戴立体眼镜

地面站只能向太空发送星球探测机器人宏观和全局行动观察工作站的屏幕，看到火星车周围的地形，并利用软件工

的指令，而微观和局部的行动只能通过机器人的感知和具测出岩石的高度，计算出Sojourner能否越过它，实现其

导航系统来规划。有效的导航定位技术可使星球探测机半自主的导航。它的定位利用航位推算实现，在离着陆器

器人安全到达预定探测区域或重返曾经探测过的区域，附近10m×10m范围内的定位误差可达到10%，这个定位精度

实现多机器人的协同工作，延长工作寿命。很显然，星球在火星车探路任务中是足够的，但是在长距离范围的漫游导

探测机器人的导航和定位技术，对于确保其安全巡游，完航中还需要进一步提高。

成预定科学探测任务具有重要的应用价值。b.Rocky7[6]

2国内外星球探测机器人导航定位系统Rocky7火星车也是美国JPL研制的，它比Sojourner

从20世纪五、六十年代以来，包括美国、俄罗斯、日更为复杂，功能也更强大，其导航系统是由三套立体视觉

本在内的许多国家都各自开发了用于星球探测的漫游车系统。组成的，每一套都由两个黑白CCD摄像机构成，其中，车体

很多漫游车都是以立体视觉为环境感知的主要手段，使漫游前部

车得以实现自主避障和导航。

2.1国外星球探测机器人的导航定位系统[3]

a.Sojourner火星探测机器人[4-5]

Sojourner火星车是美国喷气推进实验室(JPL)研制

的，它于1997年7月至9月在火星上进行了为期80多天的探

测活动。它是一辆自主式的机器人车辆，同时又可从地

面