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。     

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.     

轮式移动机器人沙地行驶控制建模与仿真研究

结合车轮沙土相互作用的力学分析,研究解决轮式移动机器人沙地行驶车轮过度滑转下陷问题.考虑纵列式重复通过车轮沙土力学参数的修正,建立六轮式沙地移动机器人的动力学模型,以车轮滑转率为状态变量,设计了移动机器人沙地行驶的滑模驱动控制器跟踪车轮期望滑转率.MATLAB/Simulink仿真结果表明,采用该控制器可以较快地跟踪期望滑转率,有效地限制机器人车轮的滑转,避免车轮的过度下陷.     

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.     

基于视觉序列图像的月球车自运动估计技术

月球车视觉所获得的环境信息是月球车进行导航的重要信息来源，给出了一套利用月球车立体视觉系统所获得的序列图像来估计月球车运动参数的定位方案，并重点解决了后期的定位问题。该方案首先通过特征提取、特征跟踪与特征匹配等图像处理环节建立运动估计所需要的特征匹配点集，然后针对运动参数估计这一难点，利用鲁棒运动估计方法有效消除匹配特征点集中的误匹配，并初步估计月球车运动参数，以此为迭代初值利用Levenberg-Marquardt非线性估计算法精确估计月球车运动参数，最后通过建立运动估计仿真器验证了该运动估计方案的有效性。     

视觉伺服空间机器人运动硬件仿真研究

对空间机器人操作臂与安装平台之间耦合关系进行了分析,建立了空间机器人各关键部件的模拟器,并组建起硬件仿真试验平台.基于该平台对空间机器人运动控制特性进行了研究,建立了基于视觉反馈的运动规划算法和关节电机闭环控制模型.对仿真过程中的延时环节进行了分析,并采用Smith预估的方法对系统延时进行了补偿.系统自主捕获仿真试验试结果表明,所采用运动控制算法能够稳定收敛于目标,仿真平台能够较好的完成对机器人控制和通讯能力的模拟测试及系统控制算法的验证.     

月面巡视探测器纵向动力学研究与仿真

针对月面巡视探测器(月球车)在复杂月面环境下的行驶性能作了系统研究.由于月球车的行走系统的性能直接影响其在月面上的行走行为,因此有必要对其进行爬坡、涉坑、越障等动态特性的仿真分析.根据传统的车辆地面力学的基本知识,推导了刚性轮在月壤上行驶的动力学模型,并针对一些典型路面进行了仿真分析.仿真预测结果显示,微重力下月球车的牵引与通过特性与在地球上有很大差别.     

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.     

液压四足机器人的仿生运动控制研究

动物的节律运动具有规则的运动形式和良好的稳定性、适应性,因此这种运动方式适合用于腿式机器人的运动控制.针对四足机器人难以协调控制的问题,通过对高等动物神经学理论和节律运动的研究、改进与仿真,设计了一种基于中枢模式发生器(CPG)的运动控制方法,并借助Matsuoka振荡神经元模型建立了完整的四足机器人坊生运动控制网络模型.以自激行为产生不同相位的节律运动信号并控制执行器进行相应的动作,实现了一系列典型的四足机器人运动步态和足端轨迹的生成与转化,有效地解决了机器人四足协调运动控制的难题,提高了机器人在复杂环境中的运动和适应能力.     

平面二自由度冗余驱动并联机构的最优运动控制及其仿真

以平面二自由度冗余驱动并联机构为研究平台，对机构的高速高精度的最优运动控制进行了研究。首先建立了并联机构的动力学模型，然后以包含有误差和控制量的二次正定函数的性能指标进行最优控制器设计。对单纯点到点控制方式下的最优参数设计问题进行了设计与分析。为了解决点到点运动控制时运动速度较低的问题，采用了插补策略。通过计算机仿真，研究了利用插补点数目进行高速和高精度的轨迹跟踪控制的设计问题，并对比分析了各参数对提高精度和快速响应的影响及其关系。