基于CreatorVega的月球车轮地交互仿真.pdf

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1、第卷第期年月机器人：基于的月球车轮地交互仿真孟彦鹏;，王永，谢圆;，周建亮（中国科学技术大学，安徽合肥；北京航天飞行控制中心，北京）摘要：通过建立月球车维模型，利用作为可视化仿真平台，实现了月球车轮地交互以及逆运动学求解，并对碰撞检测、相交矢量设置、关节控制等关键技术进行了探讨．月球车上下坡实验结果及分析，证明了该方法在轮地交互可视化仿真中的有效性．关键词：月球车；轮地交互；碰撞检测；相交矢量；逆运动学中图分类号：文献标识码：文章编号：;，，;，引言（）通常情况下，对机器人的可视化仿真需要知随着新一轮探月热的兴起，月球车受到越来越道每个离散时刻机器人与环境地形之间的位姿关系[]．文采用求解车体

2、逆运动学方程的方法来多的关注．如何保证月球车在复杂的月球环境中作业的安全性和可靠性，是在实际应用过程中要解决求解月球车位姿，但这种方法存在很多约束．其一，的一个重要问题，国内外有越来越多的学者针对月在建模过程中假设地形是硬质的，车轮和地形均为球车控制方法、路径规划、遥操作等技术进行研究．刚性，车轮与月面保持点接触，没有考虑软质地形建立月球车可视化仿真平台，可以为月球车的控制下车轮的下陷．其二，由于求解过程中通常要作一方法和路径规划的研究提供灵活和方便的研究工些假设处理，这必然会引入误差．其三，逆运动学方具，也是解决遥操作过程中大时延问题的一种有效程通常是非线性方程组，采用牛顿法和最速下降法途径

3、．求解时结果通常具有不确定性，不能保证收敛，可能陷入局部极小值[]．当前的星球探测车任务大都具有一个基于虚拟现实的仿真控制界面．美国自从世纪年代本文采用碰撞检测的方法实时求解月球车在初期就开始了可视化仿真平台的研究，通过虚拟现地形环境中的位姿，这种方法绕开了月球车运动学实的用户界面对星球探测车进行遥操作，经过十几（动力学）建模这一复杂的过程，避免了各种误差的年的发展，相继开发出、引入，而且避免了由于求解逆运动学方程带来的运、、以及多个仿真平台[]．算量大、结果具有不确定性、不能保证收敛、难以运用于实时计算等问题[]．文中首次定义“辐条轮”索杰纳火星车中应用的系统，勇气号和机遇号火星车所应用的系

4、统，都工作得十分出色．碰撞检测体，用来实时检测并设置车轮与地面关系，精确的轮地交互是实现月球车可视化仿真的关仿真过程不受车轮与月面保持点接触假设的约束，键，它直接决定了仿真的质量和效果．同时可以实现多种地质条件下的仿真功能．这种方通讯作者：王永，收稿／录用／修回：机器人年月法可用于月球车可视化仿真平台的设计，也可以用节点的形式，另外这种树状结构非常适合实时系统于其他需要进行轮地交互的运动体可视化仿真中，进行各种遍历操作．能够在多种地质条件下实时求解月球车逆运动学问月球车属于多关节运动体，在仿真过程中为控题并能达到较高精度．制模型每一关节的运动，模型采用如图所示的树本文首先介绍利用建模软件建立的

5、月状结构设计，父节点可以带动子节点运动．球车维模型，然后介绍利用碰撞检测技术对月球车进行逆运动学求解的方法，接着对仿真过程中的关键技术进行阐述，最后给出维仿真结果分析和结论．实现月球车可视化仿真的方法（）月球车的结构图月球车树状结构仿真中建立的月球车模型与文中介绍的类似，采用六轮摇臂转向架结构，是一使用创建的月球车几何模型和模型数种被动适应型轮式机器人，由左右两个对称的摇据库如图所示．该模型数据库是按照图中的结臂转向架组成，摇臂两端连接前轮和转向架，转构设计的，并添加了多个自由度（）节点，以便向架两端连接中轮和后轮，两侧摇臂通过横轴连接在仿真过程中控制车体的姿态、摇臂转向架的俯仰到车体上，车体

6、的俯仰由差速连杆机构系统控制．这以及车轮的偏转和滚动．样的结构对于复杂地形具有较强的适应能力．目前，国内几个科研院所研制的月球车也大多采用这种结构，如图所示．图月球车结构示意图探测车为六轮独立驱动，前轮除滚动外还可绕竖直方向旋转，起转向作用，其余轮均只能在自身电机作用下滚动．建立月球车模型对于针对可视化仿真应用而创建的模型数据库图月球车维模型及模型数据库而言，实时仿真模型不仅仅要像普通维模型那样具有完整的几何外观，更为重要的还在于仿真模型碰撞检测实现轮地交互数据库本身必须具备一些能够满足实时应用需要的[]是一套完整的用于开发交互式、实时可特质．比如月球车模型中，摇臂、转向架、车轮之间视化仿真应

7、用的软件平台，其最基本的功能是驱动、的相互关系和层次结构等重要信息．控制、管理虚拟场景并支持快速复杂的视觉仿真程[]建模软件独创的序，快速创建各种实时交互的维环境．包含格式的模型数据库的存储结构是一种树状的层次化了几百个函数，可以通过这些函数高效地对虚结构，这种结构便于将模型按照几何特性进行有效拟场景进行实时交互控制，从而实现复杂的视景仿组织，并将其转化为能够方便地进行编辑和移动的真应用．第卷第期