月球车运动规划方法分析

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1、北京工业大学工学硕士学位论文表钻岩机、月表采样器、机器人操作臂等。在月球车分析取样基础上，采集关键性样品返回地面。同时，对着陆区进行考察，为下一步载人登月飞行、建立月球前哨站的选址提供数据，并深化对地月系统的起源与演化过程的认识。这一步计划在2017年前后实现。第四阶段：载人登月在前面工作的基础上，择机实现载人登月。现阶段我国正处于探月计划的第二阶段的准备过程中。而月球车正是该阶段的一项核心和系统的关键技术，实现月面漫游是月球车进行其它一切后续工作的基础。前苏联和美国在月球探测中都采用了月球车技术，目前正在实施月球探测计划的国家也都

2、在研制各种月球车。可见，月球车在月球探测中所具有的重要地位。早期受技术手段的限制，月球车机器人基本上不拥有智能。科研人员通常使用遥操作的方式控制月球车。这使得月球车的活动范围受到限制，对月面科研任务造成影响。随着科学技术的发展和，特别是人工智能，计算机技术的发展与进步。使用具有智能的机器人系统，在无人协助的情况下进行月面漫游，已是世界各国公认的发展方向。在月球车的导航与控制系统中，运动规划系统是重要的组成部分。其主要任务是对月球车由目标位姿运动至目标位置的整个过程进行规划，使月球车能够一种安全且高效的方式，移动至既定目标。良好的运动

3、规划系统能够扩大月球车的巡游范围，为月面的科研任务提供有力的支持。1．2国内外研究现状运动规划指在机器人的工作空间中生成一系列的运动方式，使机器人在满足运动约束的条件下避开工作空间中的障碍并最终抵达目标位置。传统的机器人运动规划对象主要是工业机械臂和室内移动机器人。采用的规划方式一般是先对机器人及机器人的工作环境进行建模，然后使用路径规划的方式生成工作空间中无障碍的路径，最后在机器人实际的运动过程中使用反馈控制的方式进行路径跟踪，最终实现整个的机器人运动规划过程。传统的运动规划方式并不适用于在月球车等室外环境中的移动机器人系统。首先

4、自然环境往往是非结构化的且存在大量的不确定因素，难以找到合适的方式对环境进行建模。其次在室外环境中传感器的感知是局部的，机器人无法直接的感知到整个工作环境。最后，室外移动机器人定位的精度和执行器的效果往往受到限制，难以实现对既定路径的跟踪n喇。深空探测自主移动机器人运动规划的研究起源于80年代，并且在90年代开始蓬勃发展。早期的行星探测自主移动机器人大多采用遥操作的方式规划机第1章绪论器人运动。90年代以后的行星探测自主移动机器人开始具有更多的自主操作能力，特别是火星车“机遇号”和“勇气号”代表了自主式移动机器人领域的最高水平，对机

5、器人运动规划的研究发展起了极大的推动作用。l2．1火星车(MER)运动规划系统(MER)于2004年登陆火星的“勇气号”和“机遇号”火星车(MER)，代表着迄今为止深空探测机器人的最高水平。它们的主要任务是对火星表面岩石和土壤进行观察分析，寻找火星过去有水存在的迹象。由于地球到火星的通讯延时长达20分钟，仅通过地面站遥操作的手段无法完成计划的科学研究任务，在设计时就要求火星车必须具备强大的自主导航和控制能力。实际结果证明，火星车的自主导航及控制能力完全超过了预期水平。零熏鬻零圈I—lMER火星车Figure1-1Marsgovcr为

6、完成既定的科学研究任务。火星车的活动主要包括照片等数据的采集，机械臂的位置控制和移动到目标区域。火星车于每天上午接收由地面站工作人员发送的规划指令，并在当天晚上，通过照片和其他数据的返回当天的工作结果。地面站的工作人员会根据照片和数据分析火星车当无的运行情况，并由此决定火星车第二天的工作计划。火星车运动控制主要有三种模式。’：低级模式，直接模式，和自主模式。在低阶模式里，地面操作人员通过指令直接控制火星车每个轮子的转动及轮子方向电机的位置。这种模式能使火星车以一些特殊的机动方式运行，以应付一些突发情况。在宣接模式中，则由地面操作人员

7、给定火星具体的运行轨迹。火北京r业大学T学硕十学位论文星车根据环境判断该路径的安全性。在路径安全的情况下执行给定的运行轨迹。在自主模式里，则由地面操作人员给定火星车目标点位置的笛卡尔坐标，火星车的导航系统根据状态信息自主的决定运行轨迹，将控制指令发送至驱动控制系统，使火星车不断的趋向目标。在火星车的整个自主导航和运动规划系统中GESTALT系统处于的核心地位H吲。在火星车直接控制模式中，该系统判断制定轨迹的安全性。在自主控制模式中，该系统根据车载传感器所采集的环境数据，规划出当前火星车最优的运行轨迹。使火星车趋向指定目标的同时避开潜

8、在的威胁。该系统的采用的规划方式主要是给Simmons和Singh所提出的Morphin方法口3。该方法的具体流程会在下面结合火星车进行详细的解释。GESTALT系统的一个重要的特点是该系统的高度的灵活性和扩展性。作为一个通用的导航系