月球车牵引控制方法研究

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1、拥要摘要牵引控制作为月球车导航与控制系统的基础，是月球科学探测目标实现的根本。本文针对月壤环境以及月球车驱动系统冗余的特点，研究了月球车闭环协调牵引控制问题。本文为探讨月球车牵引控制方案，开发了BH_2型月球车原理样机的驱动系统及配套的三维可视化操作平台。该原理样机目前可用于多种导航控制算法的验证工作。同时，由于月球表面的低重力环境、月壤环境难以在地球模拟，因此开发了三维可视化动力学仿真平台。该仿真平台整合有轮一地作用力学模型和多刚体动力学计算模块，能够在三维场景中模拟月球车在月面行走的动力学特征，可用于多种控制算法的验证工作。从车轮滑移的角度出发，针对月球表面的

2、软质土壤环境，讨论了车轮滑移、车轮正压力、车轮牵引力之间的关系。并讨论了基于地形高层图、基于力学平衡、基于运动学约束，这三种轮一地接触角估计方法。其中后两种可用于轮一地接触角的在线估计。同时，讨论了月球车的运动学模型，建立了静力学模型、动力学模型。这些对象模型为牵引控制系统的设计和实现提供了基础。在动力学仿真平台上进行了仿真实验，讨论了传统基于逆运动学的月球车牵引控制方法的驱动效果。实验表明这种传统的驱动方式不能有效地跟踪月球车移动速度指令，‘同时对地形的适应能力较差，难以应用于崎岖的月面地形。实现了月球车闭环协调牵引控制，能够在复杂的月面地形上跟踪期望的车体运动

3、速度。通过对月球车驱动系统的分析，讨论了两种力矩分配方法，实现了冗余驱动系统的动力学优化。一种完善自RTC(RoughTerrainContr01)方法：一种基于运动学模型和车轮静态负载。在动力学仿真平台上，对分别采用这两种力矩分配方法的闭环协调牵引控制系统进行了仿真实验，证实这两种方法在月球车低速行驶的条件下，具有增强地形适应能力，抑制车轮滑移等优点。关键词牵引控制：力矩分配；月球车：运动学；动力学AbstractAbstractTractioncontrolsystemisthebasisofthelunarrovernavigationandcontrols

4、ystem．Allthescienceinstrumentsonthelunarroverdependonthissystem．Thisthesisisabouttodiscussthetractioncontrolproblemfromtheviewoflunarterrainandredundantsystemoptimization．Toverifyvarioustractioncontrolmethods，thisthesisbuildsthetractionsystemandoperationplatformoftheBH一2lunarroverprot

5、otypeanda3Ddynamicvirtualsimulationplatform．Thisprototypecanbeusedtoverifyvariousnavigationandcontrolalgorithms．BecauseofthelOWgravityandterrainenvironmentiShardtobesimulatedonearth．A3DdynamicsimulationplatformiSdeveloped．ThisthesisUSeSthesimplifiedmodeloftheinteractionbetweensolidwhe

6、elsands01ft．surfacefloorasthecomplementandbettermentofdynamiccalculationtools．Itcanreflecttheinteractionofthedynamicpropertiesofthelunarroververitablywhenthelunarroverwalksthroughonthelunarsurface．TheterrainfactoriSconsideredinthedesigningofthetractioncontrolsystem．Thisthesisdiscusses

7、onthetire．terraininteraction，kinematicaImodel，dynamicalmodel，controlalgorithm，torquedistributionandsliprestrictionsuccessively．Thethesisanalysestheinteractionofthesolidtireandsoftterrainandbringupthreemethodstoestimatethewheel．terraincontactangle．Asbasedondigitalevaluationmap．forcebal

8、ancea