月球车遥操作仿真分析平台设计与实现

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1、摘要本文以月球车遥操作方法为研究重点，借鉴目前较成功行星车的遥操作控制系统，通过对其遥操作过程、遥操作模式和遥操作控制模块的研究，提出了月球车遥操作控制方案，研究了月球车大时延遥操作技术以及再现月面环境的虚拟现实技术。遥操作方案首先分析了月球车遥操作系统的组成，遥操作平台的数据处理、人机交互、三维仿真等方面的功能需求。然后根据此方案，开发了一套月球车GNC(Guidance，NavigationandContr01)导航控制样机遥操作软件平台。在开发过程中本文取得了以下成果：(1)提出了月球车月面

2、巡游三维仿真方案。此方案将月面巡游细分为可通行性分析，全局路径规划，局部路径规划和运动规划，逆运动学仿真，动力学仿真五个部分。可以对月球车控制算法进行运动学和动力学方面的仿真分析。(2)建立了月球车运动学的数学模型，提出了一套新的建立月球车三维建模和运动学建模的方法。在虚拟场景中建立月球车三维模型是一个难题。本文提出的方法不仅能建立形象逼真的三维模型，同时使模型满足月球车运动学约束。(3)提出了基于模糊逻辑的月球车逆运动学求解方法。这种方法避免了由于求解逆运动学方程带来的运算量大、具有不确定性、难

3、以运用于实时计算等问题，同时不受车轮与月面保持点接触等假设的约束。它极大地降低了运算量，可用于实时求解月球车逆运动学问题并能达到比较高的精度。(4)提出了一套新的应用于月球车路径规划的障碍图提取方法。多数路径规划算法是建立在二值地形图上，即认为地形环境严格地分为可通行区域或不可通行区域。本文对障碍物的几何特征进行进一步分析分离出可以越过的障碍物，从而提高路径规划算法的效率。关键词：遥操作，预测显示，遥编程，虚拟现实北京工业大学工学硕士学位论文AbstractTKsthesisinvestigate

4、stheteleoperationofalunarrover．Motivatedbyexistedplanetexplorationrovers，WCanalyzedthecon仃olprocess，controlmodeandsystemarchitectureandpresentedaconU'olslrategyfortheteleoperationofalunarrover．Moreoverweintroducedlargetimedelayteleoperationtechnologie

5、sandtheV'trtumlrealityⅣR)technologywhichisusedtodisplaytheremoteenvironment．nlisconlxolstrategyinvolvessystemcomponents，requirementofplatformOHdataprocessing，userinterface，and3Dsimulation．Then,wedesignedasoftwareplatformforGNCsystemofaroverbasedonstra

6、tegymentionedpreviously．Therea托fourmaincontributions．(1)Weproposedastrategyforthe3Dsimulationofadrivinglunarrover．1Hsstrategyincludesfivecomponents：traversabilityanalysis，globalpathplanning，localpathplanning，inversekinematicsimulationanddynamicsimulat

7、ion．ThestrategyCanprovidemethodsforkinematicanddynamicanalysiswhichareusedtovaluatethecontrolalgorithmsofalunarrover．(2)Weintroducedkinematicsofasix-wheeledrockerlunarRoverandpresentedanovelwaytoestablish3Dmodelandkinematicsmodelofalunarrover．Although

8、building3Dmodelisadifficultjob，ourmethodnotonlycanobtainthevivid3Dmodelbutalsosatisfythekinematicsconstrainofarover．(3)Weproposedamethodt0solveinversekinematicsofthelunarroverusingfuzzyIogic．Traditionalmethodswhichneedtosolveinversekinematicse