月球车的运动学、动力学分析及其仿真研究

首先推导出六轮月球车运动学方程 ;其次 ,给出了在崎岖地形中运动的月球车的受力分析 ;最后 ,在考虑月球车多关节动力学问题条件下 ,建立了月球车的动力学模型 ;通过仿真实验表明该动力学模型可以较好地解决月球车在崎岖地形中的复杂运动问题 .     

月面巡视器遥操作中的任务规划技术研究

任务规划技术是嫦娥三号任务中月面巡视器遥操作中的一项关键技术.本文首先分析了各种月面环境因素对巡视器月面工作过程的影响机制,综合考虑月面地形因素、太阳能量、光照阴影以及对地通信条件等,建立了面向任务规划的综合月面环境.在该环境模型基础上,提出了一种月面巡视器遥操作中的任务规划方法.通过定期更新环境模型,将动态环境模型下的路径规划问题转换为一系列静态环境模型下的路径规划问题,实现任务层的动态路径规划;在路径规划过程中进行实时约束检查,实现行为规划并将其影响效果迭代入动态路径规划过程中,最终实现巡视器任务规划.针对不确定性,本文引入弹性计划提高任务规划输出结果在实际工程中的可行性.仿真实验结果表明:月面综合环境模型全面描述了影响巡视器任务规划的各种环境因素及其影响;任务规划方法可生成全局最优路径,以及沿路径安排的满足约束条件的巡视器行为序列,最终生成巡视器的月面工作序列,作为地面遥操作实施的依据.     

嫦娥三号“玉兔号”巡视器遥操作中的关键技术

2013年12月14日,"嫦娥三号"成功地将月面着陆器和"玉兔号"巡视器送抵月球,这标志着我国已完成了探月工程中"落"月的重要阶段.嫦娥三号任务的一个关键组成部分是由地面遥操作中心控制"玉兔号"巡视器在月面非结构化环境中进行巡视和科学探测,而遥操作技术正是该组成部分成功实施的关键."玉兔号"巡视器遥操作技术主要包括巡视器的导航定位、月面地形重构、行驶路径规划和机械臂探测等关键步骤,这些步骤相互支撑与融合,保证了嫦娥三号任务的顺利实施.本文在对上述4个方面关键技术的发展和应用现状进行总结的基础上,阐述了相关的主要技术途径及其应用特点,分析了各种技术在"玉兔号"月面巡视与科学探测任务实施中的发挥的重要作用,并评述了它们的发展潜力和应用前景,对中国探月工程以及后续火星探测工程中的遥操作具有一定的指导意义.     

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。     

一种新型太阳能自动跟踪系统在月球车上的应用

本文在分析传统月球车能源供给系统的基础上,设计了一种跟踪精度高、结构简单,控制可靠的基于方位传感器的双轴可折叠式太阳能自动跟踪系统,实时的调整太阳能电池板的伸展方向,使之始终正对着太阳,这样就将太阳能电池板的效率提高了一至两倍。有效地提高了太阳能的利用率,为月球车顺利完成探测任务提供了保障。     

月球机器人仿真中一种消除轮地交互误差的方法

利用虚拟现实技术虚拟出月球机器人在月面上的作业环境和作业过程,是提高机器人作业的安全系数和工作效率的一条有效途径。在3D重建得到的虚拟月面环境中,如果采用通常的单纯基于运动学(或者动力学)模型的仿真方法,对机器人的作业和运动进行虚拟,那么机器人与地形交互的过程中容易产生接触偏差。而且,随着仿真时间的推进,这种接触偏差会逐渐积累并不断增大,进而严重影响仿真测试的精度和效果。为了消除月球机器人仿真中的轮地交互误差,在分析误差来源的基础上,提出了基于运动学优化的解决方法。最后利用实际的虚拟现实仿真系统,验证了所提出方法的有效性。     

星球车轮壤作用仿真技术研究综述

星球车轮壤作用仿真研究对研制高移动性能的星球车具有重要意义。从有限元、离散元、有限元和离散元结合、多体动力学、多体有限元、多体离散元、自行开发仿真平台等七个方面对星球车轮壤作用仿真技术研究进行了综述,并评述其优缺点。     

沙质环境中基于视觉的月球车定位方法

视觉里程计是月球车上重要的传感器之一,能够实现月球车在松软月面的定位,并对滑转率进行估计．针对沙质的月面模拟环境,为月球车开发了适应能力强的视觉里程算法．首先,研究基于形态学的图像增强算法以保证提取到足够多的特征点;其次,在对极线约束下实现角点的匹配,并且通过优化搜索窗口尺寸和预估搜索方向等方法提高匹配和跟踪的效率;再其次,采用随机抽样一致（RANSAC）算法进行运动估计,计算巡视器在6个自由度上的姿态变化;最后,在月面模拟场地对视觉里程算法进行试验,证明所提算法在特征稀少的环境中仍能保持较高的稳定性和定位精度．     

具有月面适应性的月球车着陆释放机构

为了提高月球车着陆释放机构对各种复杂环境的适应性,综合了不同释放环境后给出了具有代表意义的极限释放环境.根据极限释放环境和释放过程对释放机构的运动要求,通过建立释放机构D-H矩阵,采用运动轨迹规划方法,得出了摇臂式释放机构的运动规律曲线;按照该运动规律曲线,引入不完全轮系作为传动约束,设计了分段渐倾式、摇臂式释放机构.实验结果表明,在月球车释放过程中,释放机构实测运动规律与理论运动规律吻合较好,在极限俯仰、极限侧倾和存在石块的释放环境下,该释放机构均能顺利完成月球车释放任务.     

基于同波束VLBI差分相时延的“玉兔”月球车动作监视分析

2013年12月14日嫦娥三号成功在虹湾着陆区软着陆,后续开展两器分离、两器互拍等任务.本文利用同波束VLBI技术同时观测着陆器和月球车发射的信号,解算含整周模糊度的差分相时延(Differential Phase Delay),监视着陆器和月球车两器分离和两器互拍等过程的月球车各种动作.同时,研究和分析月球车行走、转弯、晃动、高程变化等动作导致的差分相时延变化,发现同波束VLBI差分相时延监视月球车动作的灵敏度在50–100 mm之间,后续利用差分相时延变化趋势进行相对定位.同波束VLBI技术在后续的探月三期、火星探测、金星探测等双目标、多目标探测中也将发挥重要作用.