基于矢量法的月球车运动学分析

为解决月球车在月球表面上的运动学问题,对月球车在非结构化环境下并且轮地之间存在滑移的情况下的运动学进行建模与分析.在分析多刚体链式机构运动的速度特性的基础上,建立整车速度的矢量表达式,利用矢量分析方法,建立摇臂悬架式月球车在崎岖地形中行进并且轮地之间存在滑转情况的运动学模型.利用ADAMS和MATLAB对运动控制过程进...     

月球车运动协调控制研究

对六轮摇臂式月球车的运动协调控制进行了研究.采用轮式行星车的地形检测技术,根据测试数据和刚体运动学理论估算月球车各车轮的轮地夹角,获得实际的地形特征.用仿真验证了其有效性.另提出了基于地形特征控制车轮滑转率的月球车运动协调控制规则.定义了协调控制算法的启用、运行和结束准则.规定仅对满足一定条件的崎岖地形才作协调控制,忽略微小的地形起伏,以减少控制系统负担.     

一种基于UPF的月球车自主天文导航方法

介绍了月球车自主天文导航原理和传统的迭代解析高度差方法，提出了一种基于月球车运动模型和UPF（Unscented粒子滤波）的自主天文导航新方法。该方法仅需利用由星敏感器和惯性测量单元测量得到的恒星的天体高度，结合月球车的运动模型，通过UPF滤波，即可获得高精度的月球车实时位置信息。计算机仿真结果表明该方法与传统方法相比，定位精度有了大幅提高，同时对几个关键的精度影响因素的仿真分析显示该方法可以有效的减弱量测噪声，星历误差等对系统性能的影响，使系统具有更高的适应能力。     

偏置式冗余空间机械臂逆运动学求解的参数化方法

针对肩、肘、腕均有偏置的空间站遥操作机械臂（SSRMS）型7DOF冗余机械臂,提出了逆运动学求解的关节角参数化及臂型角参数化两种方法。前者根据机械臂的臂型特征,推导以θ1、θ2、θ6、θ7中的一个作为给定参数时其他关节角的表达式,得出8种可能解;后者首先构造与SSRMS型机械臂相对应的零偏置球关节-旋转关节-球关节（SRS）机械臂,然后以臂型角为参数求解SRS机械臂的逆运动学,再根据SSRMS与SRS机械臂的关系,得到SSRMS的8组逆解。仿真算例校验了所提方法的有效性。     

基于地球敏感器和加速度计的月球车自主定向算法研究

月球车定向是月球车导航的一个重要组成部分，它是月球车定位的基础和前提。针对这一问题，提出了一种适用于月球车长时间、长距离导航的绝对定向算法。该算法利用非线性最小二乘平差原理对CCD地球敏感器成像进行处理，实现了在月球表面CCD地球敏感器的矢量观测功能。结合加速度计的测角原理，实现了航向角确定。以理论分析和实际推算描述了该定向方法的具体实现过程，最后以仿真结果验证了该方案的可行性，为未来我国月球探测中月球车的实际应用提供了技术参考。     

冗余SGCMG系统非奇异逆运动学闭环求解

为进一步简化单框架控制力矩陀螺（ＳＧＣＭＧ）系统逆运动学的求解，在借鉴国内外相关研究的基础上，将冗余机械臂逆运动学闭环求解方法引入到ＳＧＣＭＧ系统中来，并在闭环求解过程中，施加非奇异条件，即得到冗余ＳＧＣＭＧ系统非奇异逆运动学闭环解。这种方法不但可以得到逆运动学的非奇异解，且可通过选择适当的增益阵，控制算法的收敛速度。而且由于此种方法不用计算Ｊａｃｏｂｉ矩阵的伪逆，而是代之以Ｊａｃｏｂｉ阵的转置，大大简化了计算量，适于实时实现。对金字塔构形的４－ＳＧＣＭＧ系统的仿真结果表明，上述算法是可行的。     

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。     

一种双层框架型腿式月球探测车方案

月球车的设计,就行进方式而言,多以轮式车为主。考虑到国外已有的车型及相关研究也多以轮式车为先,这里提出了一种双层框架型腿式车的设计方案,它兼具腿式车和轮式车的优点。文章建立了该型车的三维模型,并利用虚拟样机技术,构建起月球车的动力学仿真环境,并进行了控制算法和步态的设计,通过联合仿真,完成了此车的初步方案设计工作。     

基于联邦卡尔曼滤波的月球车自主导航方法

月球车自主导航系统是其完成月球探测任务的基础和关键,因此针对月球车导航的特殊要求设计了一种基于天文导航与航位推算相结合的月球车自主导航方法.首先根据月球车运动模型建立了系统的状态方程,然后利用太阳敏感器测量的太阳高度和方位角为观测信息建立了天文子导航系统,以航位推算系统输出的航向角速率和月球车行进距离为观测信息建立了DR子导航系统,并采用了联邦卡尔曼滤波实现导航信息的最优估计和信息综合以增加导航系统的可靠性和容错能力.最后,通过计算机仿真证明该方法具有很好的位置和航向估计精度,同时该方法有效提高了月球车导航系统的可靠性和容错能力,是解决月球车自主导航问题的一种有效而实用的方法.     

行星探测车连杆式差动平衡机构设计及运动学分析

根据行星探测车移动系统连接车体与左右两侧悬架的支撑机构的设计要求,提出一种对称的空间连杆式差动平衡机构,合理的空间布置、较大的摇臂摆角范围和良好的线平均性使其在移动系统中的运用取得较好效果。首先分析了机构的输入输出关系,给出车体与摇臂位姿关系的表达式。然后运用旋转变换的方法建立该差动平衡机构车体与左右摇臂的俯仰角位移方程。再运用Pro/Mechanism仿真校验理论模型的正确性,并运用校验后的理论模型分析部分参数对该差动平衡机构摇臂摆角范围和线性均化特性的影响,求解球铰连杆上下球面副相对主平面和在主平面内的转角范围,为机构的结构设计和装配提供了依据。最后展示了该机构在6轮导杆联动式悬架上的应用。     

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。     

我国月面巡视探测器定位方法研究

月球自动巡视勘查技术中的月面巡视探测器的导航控制,需要研究月面巡视探测器的定位技术。文章通过对国外漫游车定位方法的研究,提出了我国月面巡视探测器在全局坐标系和局部坐标系中进行定位的方法。月面巡视探测器在全局坐标系中的定位可以采用星敏感器以及陆标辨识的方式;局部坐标系的定位可以采用惯性导航系统 里程计以及着陆器帮助下定位和视觉里程计的定位方法。这几种定位方式的组合应用,能够满足月面巡视探测器导航方面的定位要求。     

月球低重力模拟设备位姿测控系统优化设计

为巡视器地面行走验证试验专门研制了月球低重力模拟设备。在验证试验中需要对巡视器的位姿进行测量,针对这一需求,文章提出了基于双相机的非接触测量方案,同时研制了相应的位姿测控系统,对其硬件和软件进行了优化设计。利用该位姿测控系统开展了巡视器的位姿测量,有效解决了位姿测量和控制过程中的问题。经充分测试验证,系统满足巡视器地面行走验证试验的要求。     

月球表面及月壤内温度分布特征的数值模拟

文章建立了月表辐射与月壤内二维非稳态导热的耦合传热模型,采用控制容积法数值模拟月壤内的温度分布,主要研究了月表、月壤内温度的分布和变化规律及探测器对局部月表温度的影响。计算结果表明一昼夜期间月壤内存在明显的温差:浅层月壤处的昼夜温差较大且受纬度的影响明显;随着深度的增加,月壤昼夜温差降低并趋于稳定,且受纬度的影响较小。探测器的存在遮挡了月表接受的太阳辐射,导致其阴影区域内月表温度发生突变,新的平衡温度接近探测器底面温度,且受探测器驻留时间的影响较小;当探测器移开,月表温度又迅速恢复到原有的变化规律。     

嫦娥三号月面巡视器机械臂就位探测规划

提出了一种基于SA *算法的嫦娥三号月面巡视器机械臂就位探测规划方法。建立了机械臂的正逆运动学模型,满足机械臂与环境不存在干涉的约束条件,并通过碰撞检测避免机械臂与环境和巡视器本体发生干涉;利用SA *算法在机械臂的工作空间进行搜索,在机械臂位形切换次数最少的优化条件下,实现了月面巡视器机械臂就位探测规划;通过月面巡视器在轨任务执行数据验证了基于SA *算法的月面巡视器机械臂就位探测任务的可行性。     

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。     

巡视探测器悬架机构综述

悬架机构是巡视探测器移动系统的重要组成部分，其性能直接影响着巡视探测器的通过性能、越障能力和稳定性等。文章分析了目前应用于巡视探测器的各种悬架，分别为杠杆导向的扭力式独立悬架、摇臂转向架悬架、五轮五点接触悬吊式悬架、平行架一叉形架悬架、三体柔性悬架、ExoMars巡视探测器悬架系列（RCL-C、RCL-E、CRAB和Double Spring）、正反四边形悬架等。在分析的基础上总结了巡视探测器悬架机构的发展趋势，同时为我国月面巡视探测器移动部分悬架机构的选择提出了建议。     

行星探测车被动摇臂悬架的研究与发展

悬架是行星探测车移动系统的关键部件,对其移动性能有直接影响。悬架设计是行星 探测车移动系统研究的重点和热点问题之一。被动摇臂悬架具有诸多优点,是目前行星探测 车移动系统广泛采用的一种悬架形式。对国内外行星探测车被动摇臂悬架的研究状 况进行了概述,对其优缺点进行了分析,对摇臂摆杆悬架进行了分类和详细介绍。最后,提 出了被动摇臂悬架设计要求,指出了其发展趋势,旨在为我国月球探测车悬架的开发提供借 鉴和启示。     

Design of a high performance suspension for lunar rover based on evolution

In this paper, we propose a new suspension for lunar rover called obverse and reverse four-linkage suspension (ORF-L suspension for short). Its two components are designed based on the evolutions of bogie and rocker. Firstly, we analyze the character of bogie and research the approach to improve its performance. Based on that research, an evolved mechanism of bogie is proposed, named obverse four-linkage. It has better capacity than bogie. In addition an evolved mechanism of rocker is also proposed, named reverse four-linkage. The bogie, rocker and their evolved mechanisms can compose four available suspensions including the interested ORF-L suspension. Because ORF-L suspension is composed of two evolved mechanisms, it has the highest performance. In order to check that, the performance comparison between ORF-L suspension and rocker-bogie suspension are carried out based on simulation. Finally, a prototype rover with ORF-L suspension is designed and manufactured. It shows excellent performance as expected.     

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%。