地外熔岩管与洞穴内部的路径规划与导航

月球和火星的详细表面图像揭示了数百个洞穴状开口。这些洞穴状开口被推测为熔岩管的遗迹，其内部可能处于原始状态。这些地点可能保存了月球和火星良好的地质记录，包括过去水流和可居住性的证据。使用轮式漫游车探索这些洞穴仍是一项艰巨挑战。这些洞穴的入口很可能具有坍塌的天花板，就像亚利桑那和新墨西哥的熔岩管一样。因此，即使对经验丰富的人类徒步者来说，这些入口也几乎无法通行。我们的方法是利用 SphereX 机器人，这是一个 3 千克、直径 30 厘米的机器人，其计算机硬件和传感器来自智能手机并附加在火箭推进器上。每个 SphereX 机器人可以在低重力、无空气或低压环境中短距离跳跃、滚动或飞行。可部署多个 SphereX 机器人以最小化单点故障并利用协同行为穿越洞穴。在这些洞穴环境中，导航和路径规划存在一些重要挑战。诸如 GPS 这样的定位系统不可用，并且由于岩石的信号阻挡也难以安装。这些洞穴太暗且太大，常规传感器（如相机和微型激光传感器）无法进行详细建图与导航。在本文中，我们确定了通过执行局部化协同建图与导航来绘制这些洞穴的新技术。