航天员与类人机器人月面联合探测概念初步研究

介绍了人机联合探测中涉及的类人机器人、遥操作、人机共享控制、地面验证等技术发展现状;对月面类人机器人与航天员联合探测的概念进行了初步研究,规划出了月面人机联合探测系统结构、探测模式和探测任务等;并对类人机器人技术、人机协同操作技术、遥操作控制技术和地面仿真验证技术等关键技术进行了总结。     

面向载人月球探测任务的月面机器人系统初探

未来有人参与的月面活动将更加复杂和多样化。针对载人月球探测任务对月面机器人系统的需求,介绍了空间机器人的发展现状,提出了我国月面活动按机器人先导探测、人机联合探测、远期科研站建设分步开展的设想,论证了月面活动不同发展阶段对机器人系统的任务及能力需求,按有限规模、多功能集成的原则提出了各阶段机器人配置设想,分析了月面机器人系统发展在移动、操作、感知、交互、环境适应性方面需解决的关键问题。     

月面人机联合探测概念研究

月面人机联合探测是载人月球探测任务的基础,是制定载人登月任务模式、设计登月飞行器系统方案的前提。以未来载人登月和月球基地任务为背景,对月面人机联合探测的需求进行了分析,梳理了不同阶段月面典型作业活动,并以此为基础,对月面人机联合探测系统方案进行了论证,设计了面向不同任务的系统组成,分析了月面人机联合探测关键技术,为后续开展有人参与的月球探测任务提供参考。     

面向月面探测的空间机器人-航天员手势交互方法的研究

针对月面探测机器人-航天员手势交互的问题,以航天员助手机器人(AAR-2)为实验平台,运用卷积神经网络模型,提出了一种静态手势识别方法。采用该方法对设计的8种空间人机交互手势进行了手势识别试验,并将试验结果与单通道的CNN等方法的结果进行对比,证明了该方法能在一定程度上提高静态手势识别率,识别准确率达到93.3%。并自制了一套小型空间人机交互的手势数据集,用以补充该方法在月面探测的实际任务中的不足。     

月面服务机器人研究进展及发展设想

针对我国后续无人月球探测和载人月球探测中巡视勘察、资源利用、设施建造等任务对多功能巡视作业功能的月面服务机器人的迫切需求,综述了国内外轮腿式、可重构、仿生、翻滚式、弹跳式等新概念月面机器人的研究进展;结合无人月球探测及有人月球探测的任务,分析了月面活动对机器人高效移动、载荷操作、月面组装等需求;在此基础上,提出了月面服务机器人向轮腿式、可重构、多机协同、人机协作等方面发展的设想。可为我国后续无人月球探测和载人月球探测提供参考和借鉴。     

月面灵巧探测网络系统设计探讨

针对月球广覆盖、长时连续探测的需求,提出了一种基于无线传感网络的月面灵巧探测网络系统.该系统以低功耗探测器作为感知节点,基于LoRa技术构建月面分布式探测网络,通过容器技术封装上层信息处理流程,实现月面探测数据实时处理.仿真选取了月球南半球一块面积为23350 m×58300 m的典型区域,搭建了月面灵巧探测网络的地面...     

月面仿人机器人实时控制系统设计

针对月面仿人机器人复杂运动控制面临的实时通信和控制问题,设计采用QNX实时操作系统和EtherCAT工业以太网相结合的机器人控制系统,并构建多线程实时控制系统框架。主要测试QNX操作系统在上下文切换、中断响应和时钟精度的实时性以及EtherCAT工业以太网的通信周期及其抖动,证明了QNX操作系统的实时性能显著优于Windows和Linux,实现了250μs的数据通信周期和1 ms的系统控制周期,并在仿人机器人WUKONG-II上开展了多线程控制程序框架的功能试验,实现3.24 km/h的平地快速跑动,验证了控制系统的实时性和有效性。     

月面大范围探测功能需求分析及其研究现状

为满足月面大范围探测任务中千公里级探测范围要求,分析了月面大范围探测应满足的基本任务和功能,通过对行星探测器研究现状和发展状况的调查研究,得到了实现大范围探测的4种潜在技术途径。结合月面大范围探测器的任务和功能需求,确定月面飞行器方案为大范围探测的最优方案。该方案能够满足要求,为大范围探测前期研究提供可靠参考。     

月面多机器人的分布式协同定位算法研究

针对月面多机器人协同定位问题,建立了优化模型,提出了一种基于梯度的分布式步长一致算法,使每个机器人通过测量与邻居机器人的局部距离信息确定自己在网络中的位置。进行了基于测量距离信息的多机器人网络的仿真试验,结果表明,对网络中单个机器人任意给定初始位置估计值,经过该方法都可以有效获得其在网络中的全局定位;该算法也适用于移动机器人网络,静态网络定位中从给定初值到准确定位的收敛轨迹可作为多机器人移动过程的实时定位的轨迹。     

月面巡视机器人快速安全路径规划

为提高月面巡视机器人自主探测任务的效率及安全性,提出了一种基于月面数字高程地图的大范围自主探测快速安全路径规划算法。首先根据获取的月面数字高程地图设计了一种地形可通过性分析方法,并生成了欧几里得距离地图（EDM）为安全路径规划提供参考。然后针对A^*算法解决月面巡视探测问题时搜索速度慢、未考虑路径安全性的问题,提出了FSA^*算法,改进了A^*算法的搜索机制以适用于月面大范围路径的快速搜索,并结合EDM地图设计了一种安全启发式函数,可使生成路径尽量远离危险区域,提高了巡视机器人自主探测过程的安全性。最后选取月球艾特肯盆地区域作为仿真场景,验证了该算法的有效性。     

模块化轮腿式月面机器人方案设计

针对传统月面轮腿式机器人受限于结构及尺寸的问题,引入模块化设计观点,基于图论理论建立了机器人构型与模块之间的数学关系。以直线运动车身动态平稳度为评价标准,通过机器人足式运动学分析,以直线型与环形六支链轮腿式月面机器人为例,进行了机器人构型设计。仿真结果表明,直线型构型机器人在足式直线运动步态下更加平稳,可作为模块化可重构轮腿式月面机器人的设计参考。     

人机共融机器人的月面驻留服务及应用展望

针对我国载人登月工程目标和任务需求,综述了人机共融机器人技术的研究进展,分析月面驻留活动中人机共融机器人的任务、能力需求和关键技术。在此基础上制定了共融机器人系统在我国首次载人登月中的任务目标和能力需求,提出首次载人登月中人机共融作业系统的工作模式。为共融机器人在我国后续无人、载人月球探测以及月面驻留服务的应用提供借鉴和参考。     

六支链轮腿式月面机器人机构优化设计

针对六支链轮腿式月面机器人构型尺寸综合及可调构型参数与运动性能适配的问题,以机器人爬坡作为典型工况,在ADAMS中建立了六支链轮腿机构参数化优化设计模型,分析了轮腿尺寸参数、腿部关节角与爬坡驱动力的关系,以爬坡中车轮驱动力最小为优化目标,计算得出了较优的机构尺寸及关节角参数。可为六支链轮腿式月面机器人移动机构的设计提供方法及依据。     

月面人机联合采样探测发展趋势与任务设想

针对月球资源的探测与原位利用需求,概述了月球资源遥感探测、采样返回分析及原位采样探测技术现状和发展趋势。面向载人登月采样探测工程需求,围绕月面人机联合采样探测,提出了不同阶段表层样品采样探测、广域分布式原位探测、大尺度月壤剖面科学钻探等任务设想,为我国未来载人月球探测总体方案制定和航天员用智能设备的研制提供参考。     

中国首次月球探测工程第一幅月面图像

2007年11月26日发布中国首次月球探测工程第一幅月面图像是由嫦娥一号卫星上的 CCD 立体相机获得的。CCD 相机采用线阵推扫的方式获取图像,轨道高度约200千米,每一轨的月面幅宽60千米,像元     

深空探测车辆与我国月面巡视探测器研制进展

月面巡视探测器是一个技术高度集成的行走机构,涉及车辆工程、车辆-地面力学、多体动力学、信息处理及自动控制方法等若干现代科学基础理论及工程技术领域.此外,还包括热控、材料.电控、传感器、星际通讯等工程技术.     

月面居住舱可折叠轮式移动机构方案设想

为实现月球居住舱的移动并能够充分利用空间,根据月球表面的作业环境分析了居住舱的任务,提出了一种能够提高探测能力的月面居住舱移动机构设计方案,介绍了该移动机构在月球折叠着陆、展开移动、锁定停放及折叠起飞返回4种工作模式,总结了月面机构设计、着陆缓冲、驱动控制、能源动力以及自主维护等方面的关键技术与难题。     

载人月面着陆器贮箱热控方案分析

针对月球表面低温、高温热环境与地月转移过程空间深冷环境,提出了多种载人月面着陆器贮箱热控方案,对不同热环境下的不同热控方案进行仿真计算,得到了载人月面着陆器侧壁与贮箱温度变化趋势.结果表明:3种方案中,方案一系统代价最低,为最优方案;贮箱通过被动热控设计可以使温度满足任务要求,且不需要增加额外代价.     

星表移动探测机器人研究现状综述

星表移动探测机器人是多学科、高新技术的结晶,用于非结构化环境中的星球表面探测,能有效减轻人类工作强度、保护人身安全以及代替人类完成恶劣环境下的科研探测工作,有着巨大的经济和社会效益。本文对已发射的探测器进行了统计,系统梳理了成功着陆月球、火星的探测机器人的技术参数、结构与机构组成等,综合对比了各国在星表移动探测机器人研制方面的技术状态。结合国内外的研究现状和成果,重点针对星表移动探测机器人移动系统的研究进行了梳理,将星表移动探测机器人从运动形式上划分为轮式、腿式、履带式及其他类型4种形式,对每类机器人的研究进展、技术参数、结构与机构形式、运动形态等进行了系统回顾和详细分析。结合星表移动探测机器人面临的探测任务及发展方向,对星表移动探测机器人未来发展趋势进行了展望。     

月面巡视探测器

为了对巡视探测器的移动能力、导航与控制能力进行充分试验,在唐家岭航天城建设了月面巡视探测器试验场.利用火山灰来模拟月壤,同时构建了典型月表地形地貌,并模拟了着陆区的背景星空和光照条件.