月球车下坡行驶运动控制策略研究与仿真

坡路是崎岖月面环境的典型路况,在分析月球车轮地相互作用模型,并对其进行修正简化的基础上,建立月球车下坡行驶地面力学模型。为了更准确地表征不同车轮的沉陷量,考虑到前面车轮对月壤扰动变形的影响,将月球车行驶过程中前后车轮的沉陷量分开计算。最后通过对月球车下坡行驶过程分析和月球车三维可视化仿真平台仿真试验,得出当月面坡度角大于28°时,应进行避障,而坡度角在20°～28°之间时,应控制车体速度,使之不大于坡道允许速度的月球车下坡行驶运动控制策略。     

用于月球车性能仿真的着陆区三维地形构造方法研究

作者旨在虚拟环境下建立包含典型地形特征的月面数字模型,为月球车的合理设计优化及其运动性能检测提供仿真试验平台。经统计分析建立月面撞击坑和石块的数字模型,采用分形布朗运动算法生成月面基础地形,选择基于直径预先确定和随机生成法将撞击坑和石块添加于该地形中生成三维数据;再基于Imageware利用这些数据重构二维图形,以imw格式输入UG构造parasolid格式三维模型;最后,将该模型和月球车CATIA模型导入ADAMS构造可参数化、可重用的月面着陆区仿真环境。试验表明,该着陆区三维模型可实现月球车在凹凸不平月面上的运动学、动力学仿真试验。     

摇臂-转向架轮式月球车驱动协调控制仿真研究

研究了月球车基于ADAMS动力学模型和运动学模型的新型指数趋近律滑模驱动协调控制方法.该驱动协调控制方法以车轮平均滑转率为状态变量,考虑了月球车在崎岖地面运动的速度、车轮负载变化对车轮牵引力的影响,提高了车体的驱动协调性能.此外,对月球车进行了爬坡和过沟工况下的ADAMS与MATLAB/Simulink联合仿真.仿真结果表明,该控制算法提高了月球车的通过性能,降低了能耗,并使月球车在软土环境下的运动更加协调.     

深海采矿履带式集矿机行走可行性仿真研究

履带式行走平台作为深海采矿集矿机子系统的工作平台行走在海底沉积物上进行深海采矿作业。分析了履带式行走平台简单数学模型,基于大型机械系统动力学分析软件履带车辆专用模块(ADAMS/ATV),构建了深海履带式集矿机多刚体系统模型。通过分析软件仿真了履带式集矿机虚拟样机在四种典型海泥路面上行走的过程,分析了仿真实验结果,履带式集矿机的深海行驶性能被证明比较满意。这种软泥上行走履带式车辆的建模和仿真研究方法被证明是一种有效的新方法。     

六轮独立驱动月球车的动力学与控制研究

为了实现月球车的运动控制,对六轮独立驱动月球车的动力学与控制进行了研究.根据六轮月球车的机构组成和结构特点,建立了车轮的运动约束方程,并根据非完整约束系统的特性,建立了月球车的劳斯方程.提出了基于模型的车轮计算力矩控制方案,并利用MATLAB/SimuHnk对月球车跟踪直线和圆弧轨迹的车轮控制方案进行了仿真分析.研究结果证实了控制方案的可行性.'该研究工作为月球探测车的运动控制及自主避障功能等奠定了理论基础.     

基于三维通行性的月球车自主导航

针对月球车的三维自主导航,提出了一种新的基于障碍物分类的通行性方法.通过对障碍物的几何特性和地形分析得到障碍分类图和平均坡度图,同时计算通行性指数作为月球车三维路径规划的评价函数.运用行为控制方法实现月球车的自主导航.最后给出了仿真结果,并论证了所提出的方法的实时性与有效性.     

基于视觉闭路的月球车GNC半实物仿真测试平台

提出一种基于视觉闭路的月球车GNC(导航制导与控制)分系统测试的半实物仿真平台.对平台的构成与数据流进行设计,完成平台的视觉闭路设计,针对避障相机图像畸变的参数与实际避障相机焦距之间的匹配性问题,对投影图像边缘点的畸变忽略.避障相机成像时接收动力学仿真生成的相机位置、姿态参数,利用多线程方式完成双目视觉模拟,解决了图像与规划路径匹配及快速生成问题,满足闭环测试的需求.该平台可构建多种测试工况,提高分系统测试的覆盖性和测试效率.嫦娥三号巡视器在轨长时间的月面正常行走,表明该测试平台在分系统测试中的有效性.     

月球车动力学可视化仿真关键技术研究

月球车动力学计算是月球车三维可视化仿真平台中的重要组成部分.行星探测车普遍采用刚性车轮而月球表面为粉状尘土.采用刚性车轮与软质地面相互作用的简化数学模型作为动力学计算工具的改进和补充.通过构建三维可视化仿真平台,实验证明使用该简化数学模型配合动力学计算工具,能够真实有效地模拟摇臂式月球车于月球表面行走时的轮.地相互作用,确切地反映月球车在巡游过程中的动力学特征.     

一种真实感虚拟月面建模方法

虚拟现实技术的出现为月球漫游车的设计、试验、优化等提供了新的有效手段,构建逼真的虚拟月面是进行该类研究的一个基础。提出了一种真实感虚拟月面建模方法,该方法利用分形技术生成月面基础地形,在此基础地形之上基于两点假设和统计信息添加陨石坑模型和石块,并在外围拼接山坡模型,最后生成效果逼真的参数化、可重用的虚拟月面模型。仿真结果表明该虚拟月面模型满足虚拟现实环境下进行月球车在凹凸不平月面上的运动学、动力学仿真试验的需求。     

通导一体化环月星座设计初探

探月活动的深入开展对月球中继星座的覆盖连续性、通信即时性、导航精准性及建设成本的要求越来越高。通导一体化的出现可为月球星座设计带来新思路, 可在为月面用户提供通信中继服务的同时, 在三重覆盖下实现高精度月面用户定位。针对不同卫星数量、不同轨道高度的环月星座轨道, 分析了其单重、双重和三重全月面全时覆盖的性能, 提出了特定高度下针对不同覆盖重数所需卫星数量的理论最小值, 并进行了仿真验证; 而后在通导一体化设计准则下, 对三重覆盖的情况进行了月面用户定位仿真分析, 结果显示三重覆盖定位精度可达米级。