基于自主行为控制的月球车运动规划

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1、独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：缔黔关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印，缩印或其他复制手段保存论文。(保密的论

2、文在解密后应遵守此规定)签名：硷丛导师签名：日期：珥』：=!第1章绪论1．1课题研究的背景及意义1．1．1课题来源本课题来源于国家自然科学基金资助项目“行为控制与行为方法理论研究”(项目编号：60374067)、863计划项目“深空探测器自主控制技术”(项目编号：2004AA735080—4)。1．1．2课题背景及意义月球探测是人类进行太阳系探测的历史性开端，月球是地球唯一的天然卫星，由于其独特的空间位置和潜在资源，自然成为人类开展深空探测的首选目标，也是人类向外层空间发展的理想基地和前哨站。开展月球探测，可促进我国空间科学、能源科学及材料科学

3、等相关领域的科学技术的发展；同时对提高我国的国际威望，维护我国在国际外空事务中的权益具有巨大政治意义。总之，开展月球探测是我国深空探测的需要，更是我国政治、经济、军事和科学技术发展的需要。目前，我国已具备了开展月球探测的基本条件和能力，开展月球探测工程的时机和条件已经成熟。国家月球探测工程计划中已提出了我国月球探测工程的战略目标和阶段目标：一期工程(2004-2007年)，实施环月探测，研制和发射我国第一个月球探测器，月球探测卫星；二期工程(2007—2012年)，月球表面软着陆与月球车巡视探测；三期工程(2012-2017年)，月球样品自动采

4、样返回探测。其中二期工程是当前的主要目标，为此需要研制月球车实现月面巡视勘查。广义上讲，月球车是一种能够在月球表面移动，完成探测、采样、运载等任务的探测器。狭义上讲，月球车是一种能适应月球环境，携带科学探测仪器在月面进行巡视探测，并把探测数据传送回地球的探测器。从科学目标的需求看，月球车应具备的基本功能包括：承载科学仪器，并提供科学仪器正常工作的条件(布局、电源、温控、测控等)；在月面自主行走并进行勘测；把科学探测数据传输给地球。月球车的研制工作，在服务于月球探测工程二、三期任务的同时，还将为未来的深空探测奠定重要的技术基础，并带动我国机器人、

5、智能车辆、科学探测等相关技术和产业的发展。月球车的工作程序首先是在着陆器协助下进行系统检查，启动月球车的程控，切断与着陆器的连接，月球车沿滑轨移动至月面。到达月面后，展开太阳电北京工业大学工学硕士学位论文池阵和定向天线、全景／导航相机、甚低频射电天线，测试与地面的通信联系，建立工作模式。然后月球车开始运动，给着陆器拍照一圈，进行巡视勘查。考虑到月面环境、月球车能源等方面的限制，月球车的工作模式分为三类：行走、科学仪器工作、通信。三种模式相互独立，串行进行，即在地面选择好下一个停留点和行走路线后，让月球车在指令下到达预定地点，到达目标后，各种科学

6、仪器开始工作，探测数据存储，定向天线对地定向，传输探测数据和导航信息。地面控制站根据环境信息、月球车状态确定任务指令，遥操作控制月球车工作。月球车遥操作系统由遥操作平台、互联网、测控网、月球轨道器、月球登陆器、月球车组成。如图卜1所示，月球车与月球登陆器进行通信，月球登陆器经月球轨道器、测控网中继与互联网、遥操作控制平台通信，遥操作平台与地面工作人员交互。遥操作平台接收月面环境信息及月球车的工作状况，在地面人员的辅助下对月球车的运行状态进行监测和控制。图1-1月球车遥操作系统Figurel-1Remote-controlsystemofluna

7、rrover但是由于月球的单项通信距离为363630—405860公里，通信双向时延至少为2—3秒，再加上数据处理的时滞，通信时延可达到15—20秒。另外，月夜相当于14个地球日，为了尽可能降低月夜无光照条件下的能量问题，月球车在月夜除维持生存所必需工作的设备外，其它通讯仪器、设备必须进入休眠模式。因而，单一的遥操作已经难以胜任月球车的控制要求，必须要求月球车具有一定的自主功能。这就迫切需要进行月球车自主运动规划与控制的理论研究，实现月球车的自主控制功能，从而降低月球车运营成本，提高月球车的安全性能，扩大月球车探测范围。月球车自主控制是地面操作

8、人员向月球车发送距离车体较远的目标点位置，月球车利用车上的导航系统规划出从当前位置到目标位置的路径，结合自身的避障功能安全的到达目标点，期间不需要地面