月球车驱动轮在模拟月壤上的沉陷特性实验分析

车轮沉陷量是影响月球车通过性能的关键因素之一。文章用一种月球车的刚性车轮在模拟月壤上进行了以不同滑转率滚动的沉陷量测试实验;根据模拟月壤的加载和重复加载力学特性模型,探讨了车轮首次通过和重复通过的沉陷量的计算方法,计算结果与测量值的差小于8%;进一步分析了等重的两轴和三轴月球车的后轮沉陷量。     

一种多源测距与视觉惯性融合的月球车定位方法

针对月球车月面探测活动任务中对高精度定位的需求,当前视觉惯性定位方法存在误差累积,并且在缺乏先验环境信息时无法消除,基于三角测量原理的无线电定位方法可以通过测量接收端到至少三个不同发射端的距离来确定目标物体位置,但需要架设三台以上基站,因此难以满足月面环境下大范围定位的需求。文章提出了一种基于基站无线测距和视觉惯性里程计融合定位方法,以解决上述定位手段存在的问题。该方法首先利用视觉惯性里程计构建的环境模型将WIFI、UHF和UWB三类无线电基站测距信息进行融合,然后将测距结果和视觉IMU信息进行位置联合解算来确定月球车位置,最后在Matlab和Gazebo软件平台上进行仿真验证,在距离基站最远行进1500米的条件下实现了0.92米定位误差。实验结果表明,该方法能够在满足月面探测任务对于精准定位的需求。     

基于单应视差的月面着陆区离面测量及平坦性分析

文章针对月球探测器的软着陆,提出了基于由平面诱导的单应视差的月面着陆区离面距离测量及平坦性分析方法.对于特征点分布不均匀情况,采用邻近特征点内插方法在全图强制性近似均匀选择点云作为兴趣点,用基于极线约束和单应约束融合的方法匹配纹理不丰富的兴趣点.使用由平面诱导的单应视差计算兴趣点的离面距离,以离面距离的最大值、绝对值的...     

车辙图像频域分析及星球车车轮滑转率估计方法

在月面环境下车轮滑转影响月球车的运动性能和定位精度,针对星球车车轮滑转率检测问题,提出一种基于车辙图像频域特征的滑转率估计方法。通过分析车轮与土壤相互作用过程与车辙形成机理,建立车辙的时域参数化解析模型。并在车辙构造时域解析模型基础上,通过对车辙图像进行频域分析,建立了基于车辙图像基频特征的车轮滑转率估计模型。此外,介绍了一种适用于该方法的车辙频域特征提取和图像处理技术。通过试验证明,该方法只需检测车辙图像基频便可以实现车轮滑转率非接触式精确估计。采用本方法估计车轮滑转率,相对精度可达3%。     

基于模糊逻辑的月球车逆运动学求解方法

研究了月球车逆运动学问题，即在月面数字地形图、月球车水平面坐标和航向角给定时，实时估计6轮摇臂转向架式月球车质心高度、位形（configuration）和姿态中的俯仰角和横滚角的问题。分析了6轮摇臂转向架式（rocker-bogie）月球车运动学模型，提出使用模糊逻辑结合虚拟传感器快速实时求解月球车逆运动学问题的新方法。此方法在月球车三维仿真平台中得到验证。实验结果表明此方法求解速度小于1／40s，同时保证月球车车轮到地面的距离小于0．02m。     

基于改进ORB的月面着陆视觉导航的配准方法

月球探测器在下降着陆过程中探测到的月面图像灰度均匀,缺少纹理信息,而视觉辅助导航采用传统ORB算法对灰度均匀的月面图像检测出的特征点数量较少,容易出现团簇现象,因此提出一种基于改进ORB算法的图像特征提取与匹配算法.首先对月面图像构建金字塔尺度空间模型,设置自适应阈值并构建掩膜逐一分块检测特征点;然后采用非极大值抑制使...     

月球车立体视觉的一种标定与三维重建算法

为提高月球车视觉系统的摄像机标定和图像的三维重建精度,提出了一种基于多平面标定点的改进Tsai氏两步法,用线性重建算法对标定和匹配结果进行空间景物点的重建,根据最小二乘曲面拟合原理拟合视场区域的基本轮廓。对一标定模板的标定和图形的三维重建结果表明,该算法的精度高、速度快,可用于月球车立体视觉系统。     

基于Zernike矩的高精度太阳图像质心提取算法

在基于太阳观测的月球车天文导航系统中,针对太阳传感器中图像噪声以及典型图像退化的不良影响,提出了一种基于Zernike矩的高精度太阳质心提取算法。采用Sobel算子进行边缘检测,Zernike矩重定位亚像素边缘,用最小二乘法拟合圆心。而当图像存在退化时,进行有效圆边缘点检测后,再用该法提取质心。从理论上分析了Zernike矩亚像素边缘检测对圆拟合法的改进作用。利用仿真图像和地表实验图像,将本文方法与传统的重心法、带阈值的重心法和圆拟合法进行了比较。结果表明,本文方法精度更高,具有更好的稳定性,可以对月球车天文导航精度的提高起良好作用。     

载人月球车单轮月面直线加速行驶的模拟算法

当载人月球车(LRV)的车轮在地面与月面使用相同的驱动方式时,重力加速度的不同会导致其产生完全不同的直线运动加速度。针对上述问题,以单个车轮为研究目标,首先建立车轮垂直载荷、挂钩牵引力、驱动力矩的力学模型,分析月面与地面重力条件下能够产生相同直线加速度的车轮运动条件,然后推导同直线加速度运动时车轮力矩驱动的模拟算法。最后,对比月面、地面采用模拟算法、地面不采用模拟算法的三种情况下单个车轮直线加速度,验证模拟算法。计算结果表明:采用模拟算法驱动的地面车轮在与月面同质量或同垂直载荷情况下均可保持相同的直线运动加速度,而不使用模拟算法的地面车轮无法获得相同的直线加速度。     

月球车车轮原地转向力学特性分析

为了给月球车的车轮构型设计、动力学分析和模拟仿真提供车轮转向力学参考,基于地面力学理论,分析了车轮原地转向时底面的剪切特性,以及端面和纵向的推土特性,建立了转向阻力矩与松散沙土力学参数及车轮参数间的定量关系。通过分析转向阻力矩与车轮半径和宽度的理论关系,证明车轮宽度对转向阻力矩的影响程度更大。在月球车车轮运动性能测试系统上对3种尺寸的圆柱车轮进行了原地转向实验,验证了利用该理论模型预测车轮原地转向阻力矩的可行性。
     

月球车轮与月面相互作用的两种仿真模型的比较与应用

文章进行了月球车单个车轮和模拟月壤相互作用的初步研究,并将两种不同轮下分布模型得到的单轮力学性能仿真分析的结果和土槽试验结果进行了对比,从中选出合适的模型对车轮的牵引性能进行仿真计算。根据试验结果,利用动沉陷量-滑转率之间的线性关系获得了动沉陷系数,然后对不同垂直载荷、不同表面形状车轮牵引力的变化规律进行了预测,并进行了相应的试验验证。     

刚性轮与模拟月壤相互作用初步研究

文章在初步总结当前月球车轮与月面土壤相互作用研究成果的基础上,利用自主开发的仿真平台开展了刚性车轮和模拟月壤的相互作用的仿真计算,并与土槽试验结果进行了初步的对比研究。研究表明,仿真结果和试验的测量值误差在30%以内,尤其在车轮的垂直沉陷量的计算上和试验结果一致性较好,从而验证了轮-土相互作用的模型的局部合理性,但是在切向力的计算上还存在一定的误差,需要继续完善。     

利用着陆器立体视觉对月面巡视探测器定位

在月面巡视探测器漫游过程中,需要测量月面巡视探测器的位置和姿态信息,以使巡视探测器行驶在规划好的路径上,并确保其安全。定位系统可以采取多种方式。在文章中,利用着陆器立体视觉系统对月面巡视探测器定位方法进行了研究,它采用立体视觉测量技术以及彩色图像分割的方法,进行跟踪测量月面巡视探测器位姿信息,能够对惯导系统加里程计的定位方法进行修正,减小月面巡视探测器的计算工作量。在定位方法的研究中,采用彩色图像分割方法对月面巡视探测器进行识别,能够适应变光照条件,并且运算速度快,达到实时图像伺服控制的目的。通过月面巡视探测器上制作特征点及采用基于四边形约束的特征点匹配方法,提高了图像匹配概率。通过卡尔曼滤波技术,能够满足任意时刻的月面巡视探测器定位要求。     

模拟月尘对巡视器车轮轮轴材料的磨损试验研究

文章以CE-3巡视器车轮轮轴为研究对象,利用北京卫星环境工程研究所的月尘环境模拟器、摩擦磨损试验机以及自行研制的模拟月尘,对车轮轮轴主要材料进行了磨损试验研究。试验样品为轮轴常用的铝合金、聚四氟乙烯及轴承钢。文章分析了试验前后样品的表面形貌,采用测试系统获得了轮轴材料在不同试验条件下的摩擦系数曲线,采用电子天平测量了材料的质量损失;分析了真空、大气、有无月尘等试验条件以及材料本身在磨损试验中的效应。研究结果可为月面巡视器等月面应用设备的研制提供可借鉴的信息。     

月面巡视器实时动力学建模与牵引控制

为实现月面巡视器GNC系统的闭环测试,研究了六轮摇臂式巡视器在月表崎岖地形、松软土壤和低重力环境下的动力学建模与控制问题。基于弹塑性轮—土力学和粘弹性运动副约束分析,建立了巡视器的牛顿—欧拉动力学模型。以跟踪期望速度、角速度为目标,采用速度协调控制和车轮滑移控制,完成了巡视器闭环牵引控制。在实时操作系统下实现了巡视器动力学模型和牵引控制系统,并建立了三维可视化平台,对该动力学模型和牵引控制方法进行验证。测试结果证实了建立的动力学模型准确、稳定,可以真实地模拟巡视器在月球表面的运动行为和轮—土作用关系,且满足运动副的约束;所设计的牵引控制方法可以较准确地实现巡视器跟踪期望的运动。     

一种新型复合构型月球车的越障特性分析

将轮式、腿关节式、履带式三种机构结合起来设计了一种月球车,此车对低重力条件下的月球表面实际环境具有良好的适应性。月球车在起伏不平的地表环境中具有独特的动态特性,通过对月球车障碍地形下的越障运动过程进行理论建模和数值仿真,进而建立虚拟样机模型进行动态仿真对比研究,分析了月球车的越障特性,验证了机构设计的有效性。     

月球图像传输与处理的分析和仿真

需要一个平台对探月卫星,探月图像传输和处理进行研究. 嫦娥一号月球图像的传输与处理的仿真,结合了链路分析,采用MATLAB GUI 和虚拟现实设计工具。由于图像在深空传输中,距离较远,信号会受到很大的衰减,传输质量会受到噪声干扰的严重影响。因此要对系统链路进行严格的预算分析,包括考虑地球大气产生的影响,以确保信号传输质量满足要求,另外还要通过适当算法提高图像的清晰度。这种仿真方法对探月图像传输的研究奠定了基础,并且对降低探月成本有一定的帮助。     

地面力学在火星壤力学参数估计研究中的 进展与展望

掌握火星土壤的力学参数是保障火星车顺利完成巡视探测的关键。通过对已成功开展的火星巡视探测任务进行汇总，探讨了复杂火星地貌对火星车移动性能的影响，分析了基于地面力学理论的火星土壤力学参数估计方法，包括：基于车轮的火星壤在轨力学参数估计方法和基于轮壤力学模型的力学参数辨识方法。最后，对未来关于地面力学在星壤力学参数评估进行了探讨。