月球低重力模拟设备位姿测控系统优化设计

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1、Vol.31,No.5航天器环境工程第31卷第5期526SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING2014年10月http://www.bisee.ac.cnE-mail:htqhjgc@126.comTel:(010)68116407,68116408,68116544月球低重力模拟设备位姿测控系统优化设计王鹤，樊世超，王婉秋，赵振庆（北京卫星环境工程研究所，北京100094）摘要：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

2、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。关键词：月球低重力模拟；位姿测量；二维跟踪；优化设计中图分类号：V416.8文献标志码：A文章编号：1673-1379(2014)05-0526-05DOI:10.3969/j.issn.1673-1379.2014.05.013Optimumdesignoftheposition-posemeasureme

3、ntandcontrolsystemforalunargravitysimulationfacilityWangHe,FanShichao,WangWanqiu,ZhaoZhenqing(BeijingInstituteofSpacecraftEnvironmentEngineering,Beijing100094,China)Abstract:Thelunargravitysimulationfacilityisdevelopedforrovergroundtests.Inordertomeasuretheposition

4、andtheposeoftheroverduringthetests,anoptimumdesignschemeoftheposition-posepartisproposedbasedonthedual-cameraandnon-contactmeasurementmethod.Atthesametime,themeasurementandcontrolsystemisdevelopedwithhardwareandsoftwareoptimallydesigned.Thesystemisusedtomeasurether

5、over’sposition-poseandsolvetheproblemsinvolvedinthetests.Inthetesting,thesystemisshowntomeetverywelltherequirementsoftherovergroundtests.Keywords:lunargravitysimulation;position-posemeasurement;two-dimensionaltracking;optimumdesign0引言差，从而形成控制闭环，实现对运动物体（巡视器）的目标识别和位姿

6、测量。地面行走试验是月面巡视器研制过程的重要国内外对运动物体的目标识别和位姿测量研环节，必须在地面对巡视器移动性能、路径规划及究很多，主要是通过计算机视觉检测技术完成对动自主导航等功能进行综合测试验证，以考察巡视器[1]态或静态物体的目标识别。根据视觉传感器（一般行走能力和工作的可靠性。为了巡视器地面行走为CCD相机）的数量可分为单目视觉和多目视觉验证试验的需要，专门研制了月球低重力环境模拟的测量方法，其基本工作流程都是将视觉传感器获设备。该设备由恒拉力子系统、位姿测控子系统、支撑子系统等组成[2]，其中：恒拉力子系统以悬吊

7、得的测量图像经图像采集卡传送到计算机，再使用[3]方式与支撑子系统共同作用，给巡视器提供低重力软件进行图像处理后获得感兴趣的测量参数。环境；位姿测控子系统包括位姿测量和二维跟踪两单目视觉测量方法较为广泛地应用于随动机个部分，首先通过位姿测量获取巡视器在水平面的器人、航空航天以及军工等领域的目标跟踪，该方二维位置信息，运算后可得到吊点在水平面投影的法仅需1台相机，结构简单，相机内参数标定简单，二维位置信息即跟踪偏差，然后将这一偏差量作为同时避免了多个视觉传感器带来的视场小、立体匹控制器的输入，控制器根据偏差输出控制指令，驱配难

8、的问题。哈尔滨工业大学对基于单目视觉的目动二维跟踪平台运动到目标位置，再次测量跟踪偏标位姿测量算法进行了理论和实际应用研究：利用————————————————————————收稿日期：2014-05-30；修回日期：2014-08-04第5期王鹤等：月球低重力模拟设备位姿测控系统优化设计