火星漫游机器人研究和发展现状

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1、一■’第20卷第4期1998年8月机器人ROBOTVo】20，SSAug、1998火星漫游机器人研究和发展现状+钱晋武顾建峰何永义苏建良摘要奉义概述j’火星叫、境驶j‘对漫游机{}}{几的要求．按照埘J(星州光啦点的受化分析r火星漫前机器人研究秆1发腱现状，对肯代表什的漫游}』L器凡忤r较详荆的l』】能忡能介绍讨论j’火星漫游机器人研究开发中的关键技术问题．着重介绍r计算机辅助遥控甘航(c^Ⅲ)j、、l‘自治导航(SAN)、仃为摔制技术和移动帆构技术等．关键词火星漫游桃措人，导航羟制．移动机构，综论1引言由丁火j≯是离地面盛近的行层，义r

2、I地球{f相对接近的地理条件嗣l气候特征，1N此继人类登月以后，火晕白然成为人类探索外^；生命日I，}发太空的热点【{枷一七1年代升始，奖同、Ii{『苏联千¨珏、国等分别起动了旨往埘火星进行地表考察的引划，tF期的火』≯漫游机器人(MarsRover)正楚为了完成从火吊取样升返同地球的仟务而殴计的巾r研究任务咙人，研究计划儿经修改，以适应不断发现的火星表面情况．剑J997年7H4口，炎圈加卅『帕萨迪纳控制中心收到J，“探路者号”E船发同的第‘幅火吊照片矧象，随后其携带的“旅借者号”火星漫游机器人也成功的登卜火星表面j，r投入iJi常1{1

3、：．这切证明，经过‘i一多年的发展，火星漫游机器人已经从实验阶段进入实Hj的探测平台阶段‘个火足探索的新阶段已经刮米．本文综述r火疆漫游机器人研究一1、的关键技术n4题和最斩发展2火星漫游机器人的特殊要求2．1火星表面环境火星重力是地球的0．326倍，亮度是地球的l／3，臼转J剞州(火jP口)和地球人致相同，气压7毫巴，表而平均气湍为～426。C，近口点时赤道中午气温为一2l3℃，极地气温为一102．6。C，有阈Jllj性的沙暴，火月!发向土耍由山脓、沟谷、}辛陵圳埙If坑构成，而火^!jj^l粘结力很小的流动物质构成的区域对火屉漫游机器

4、人尤其危险。。。．22通讯时滞、一般，在火斌和地球之问无线电波{F返一次约需40分钟，如此K的通讯时滞，对安置丁火糖七采Hj传统操作控制的设备米说无疑』I有重要的影响另外．火尼与地球之间的通讯还存在有严匝的带宽限制4日题．㈧此，k时间的通讯矩迟删相埘低的带宽限制了，传统+删采一煞}+学驰盒资嘞项}j(编q：jqⅫ孙’”IqqRtIl21收聃290机器人1998年8』j—————————————————————————————————————————一———————————_————_●————————————————————●—————一

5、的遥控方法对火星漫游机器人的控制”】．23火星漫游机器人的性能要求鉴于火星表面崎岖不平、岩石众多的地形地貌特征以及通讯时间和带宽的限制，火星漫游机器人应具一定程度的自治能力，具体包括㈨：越障／避障和抗倾覆、自身监测和环境探测、路径规划和路径跟踪、高效的车载能源和动力、元器件防污抗辐射、与母计算机的通讯等．3典型的火星漫游机器人火星表面考察的研究任务经历过从早期的“火星漫游者采样并返回(MRSR)”到后来的“火星环境科学探测(MESUR)”转变过程．随之带来了对火星漫游机器人研究规划的变化．3．1适于IIRSR任务的火星漫游机器人七十年代，

6、美国喷气推进实验室(JPL)曾有一个国家航空和航天管理局(NASA)资助的火星漫游机器人研究项目，但在1979年该项目被终止了．八{。年代后期，对火星漫游机器人的研究又重新兴起[4)．当时研制的火星漫游机器人是为了满足MRSR任务的要求而设计的，一般趋丁大型化，主要的代表是JPL的轮式火星漫游机器人Robby和删u的足式火星墁游机器人Ambler．在此主要介纠Ambler．Ambler高度达2米．宽度可在4．5-一7．1米之间变化，重约3000千克．Alnbler采_L}j类似SCARA机构的腿，它的二臼由度实现水平和瑶直方向的运动解耦，

7、从而简化了规划平¨控制．通过允许腿能够在险峻的地形(如陡峭的岩fi表面)选择立足点，进一步增加了Ambler的机动性采用的旋转步态减少了走过相同距离所需的落足点的数量，增加了能效。减少了规划和感知的次数．Ambler的自治性较高，装备有机载计算机设备和能源，能源由电池组和丙烷发电机提供．Ambler的传感器包括相对和绝对编码器，测量倾斜度的倾斜仪，在足部的六轴力／力矩传感器，一台测绘地形辟j的扫描激光测距仪和一台辅助位置估计的黑向摄象机．AmbleF能在砂地、泥地和岩li上行走，能跨越l，5米的障碍，在30度倾角的情况r，可以跨越l米高的

8、砾彳i和壕沟，能上r斜坡，使用激光扫描仪能在夜间行走b·⋯．3．2适于MESUR任务的火星漫游机器人由于资金问题和人型火星漫游机器人本身存在的技术问题，从1992年开始，对火昂的研究重点已从M