月球探测(车)机器人技术的发展与展望

简述当前国内外探月研究进展及月球探测(车)机器人研究发展情况.基于月球的复杂环境特征,对比轮式运动与步行式运动月球探测(车)机器人的优势与缺陷,重点介绍了一种新型六轮腿式月球探测机器人方案.该方案具有高机动性,越障能力强,容错性好等特点,对该方案主要技术性能、本体结构、运动系统、轮腿切换机构工作原理等关键技术进行了探讨.     

月球探测器遥操作系统初步研究

月球探测器遥操作系统是探测器全生命周期的监测、操作、控制、管理与支持系统，是保障探月二期工程的科学和工程目标能够通过实践考验的重要组成部分。本文综合考虑国外深空探测相关的实践经验和国内的技术现状，对月球探测器遥操作系统做了初步研究，初步确定了其基本概念、组成和工作模式，最后进行了总结。     

基于最小二乘法的月球探测器自主导航

对于地月转移轨道的月球探测器,其受力复杂,轨道动力学方程难以精确建立,因此难以应用已有的基于轨道动力学方程的滤波方法对其进行自主导航.文中提出了以太阳和恒星的天文信息为观测量,采用迭代最小二乘法进行纯几何解析定位来实现月球探测器自主导航的方法.最后还对定位结果的优化的进行了研究.通过数学仿真分析了敏感器精度、观测星个数等因素对定位精度的影响,结果表明这种方法简单可靠,可以作为深空探测自主导航的滤波方案的初值.     

SELENE计划中实验月球着陆器简介

现在日本正在进行名为月球工程探测器ＳＥＬＥＮＥ（ＳＥＬｅｎｏｌｏｇｉｃａｌａｎｄＥＮｇｉｎｅｅｒｉｎｇＥｘｐｌｏｒｅ）的月球探测计划的概念研究，ＳＥＬＥＮＥ由一个绕月轨道器，一个绕月中继卫星和一个实验月球着陆器组成，用以掌握在月球上实现基本软着陆的技术，本文介绍月球着陆器系统的概貌，任务剖面和飞行程序，还介绍了着陆器的关键技术，如自主躲避障碍的控制技术。     

登月软着陆轨道优化算法研究

月球软着陆轨道优化是月球探测中的关键技术之一,研究了基于燃料最优的定常推力月球探测器软着陆轨道优化问题.在优化算法中,首先对软着陆轨道动力学方程做归一化处理,经过将软着陆轨道离散化,应用函数逼近法拟合推力控制角,从而将轨道优化问题转化为参数优化问题,最后设计了蛙跳算法作为搜索优化方法.仿真结果表明设计的轨道较好地满足了所要求的约束条件,同时蛙跳算法具有很高的优化精度,并且应用比较简便,可以应用于登月软着陆的轨道优化设计任务.     

2012年中国将造访月球

据有关方面报道：最近，在我国《“十一五”空间科学发展规划》中，首次公布中国政府未来的空间科学发展蓝图，提出了中国在“十一五”期间空间科学发展有六大目标，其中一项就是将参与中俄火星空间环境探测计划，并在2012年前后实现月球软着陆和自动巡视勘察。     

基于嫦娥一号探月数据虚拟月球立体显示系统

提出一项利用真实月球探测数据来准确构建月球立体虚拟显示系统的技术,在双通道立体环幕投影系统上实现.利用嫦娥一号探月卫星的探月数据,采用多边形细分算法、自动拼接图像算法、渐进网格简化算法等多个关键技术构造具有真实立体感的3D月球模型,在VRP虚拟现实平台上进一步实现立体月球虚拟仿真系统,实现在月球表面的实时虚拟自动或交互漫游,戴上立体眼镜观察月球模型,使人具有身临其境的效果.该系统得到了精度更高的月球模型数据,解决了海量采集数据与实时显示的矛盾.通过该项技术可进一步了解月球表面的真实结构,为月球的科学研究提供基础,可应用于月球环境研究、虚拟漫游、月球科普宣传与展示以及其它月球虚拟现实相关的领域,具有广泛的市场前景.     

月球漫游车关键技术初探

参考国外月球探测的现状,对月球车所涉及的关键技术问题进行了深入地分析与探 讨,提出了开发我国月球漫游车系统的具体实施方案．并针对月面的复杂环境,提出了建立 一套智能传感系统的思想,从而为实现漫游车在月面复杂、未知的环境中的自主导航与控制 提供了理论依据．     

矿山钻孔救援探测机器人研究进展

分析了国内外钻孔救援技术、煤矿救援探测机器人及矿山钻孔救援探测机器人的研究现状,指出将煤矿救援探测机器人和管道机器人的研究成果与矿山钻孔救援的探测需求相结合,可以研制出满足要求的矿山钻孔救援探测机器人,提高井下灾后救援的成功率。从移动机构、导航、定位和路径规划、传感探测、通信和控制方式、能源供给、防爆性能等方面分析了矿山钻孔救援探测机器人的关键技术及其发展趋势,指出应围绕机器人的通过性、可靠性、轻量化、智能化等目标,在移动机构、能源供给和防爆性能等方面进行创新设计,提高传感检测范围和精度,研究未知、非结构化环境中的导航、定位及控制的智能算法,提高机器人的环境适应性。     

基于STM32的探灭一体化智能灭火机器人设计

针对火灾的预防和处理问题，设计了一款能自动寻找火源并灭火和现场环境探测的智能移动机器人。利用超声波传感器感知周围环境并进行避障，通过火焰传感器配合PID算法实现火源的精确定位和灭火，利用摄像头完成对现场信息的采集，并搭配专用遥控器实现对机器人的控制和环境探测。实验研究表明：该机器人能够有效地实现对火源的定位和灭火动作，避障灵活准确，在消防领域具有广阔的应用前景。     

月球车路径规划三维仿真平台设计与实现

研究了开发月球车路径规划三维仿真平台遇到的问题。提出了包括月球车三维建模、障碍物提取、路经规划和三维渲染在内地整套建立月球车路径规划三维仿真平台的方案，并使用它来验证行为控制月球车的虚拟主体避障算法。仿真结果表明，此月球车三维仿真平台解决了月球车三维显示和人机交互问题。     

基于恒星敏感器的月球车航向角确定算法

针对月球特殊的工作环境，阐述了现有技术条件下，我国自主式月球探测车采用惯性导航系统进行位姿确定时，航向角参数误差随着时间不断累积的缺点，进而提出了一种基于星历表数据和恒星敏感器相结合的月球车航向角精确值的确定算法，定期对惯性导航系统中的航向角参数进行修正，以提高月球车位置和姿态精度。重点介绍了航向角精确值的确定步骤，并对由航向角误差引起的定位误差进行了仿真分析，仿真结果证明了航向角修正的必要性和此方法的可行性。     

六轮月球漫游车越障平顺性仿真分析

该文讨论了运用虚拟样机技术,对所研究方案中月球漫游车在月面环境中越障时的平顺性仿真分析方法,简介并讨论了漫游车在月球表面的行驶路面环境,根据六轮摇臂式月球漫游车的结构特点,建立了11自由度的月球漫游车振动系统动力学模型,通过仿真试验,分析了在月面环境下漫游车主要悬架参数对平顺性的影响,从而实现了在漫游车的研究设计阶段,对其平顺性进行预测和分析的目的。     

基于滑转率的六轮纵列式月球车驱动控制研究

基于车轮滑转率和车轮地面力学,研究了月球车在松软月面行驶时的车轮过度下陷问题.将 月球车车轮下陷和车轮—土壤作用力表达为车轮滑转率的函数,结合车辆地面力学理论并考 虑纵列式车轮多通过性土壤参数的修正,建立了月球车的动力学模型.判断车轮是否发生过 度下陷的标准为土壤所提供给驱动轮的土壤推力能否克服土壤对车轮的阻力.利用建立的动 力学模型,计算出能够保证车轮不会过度下陷的期望滑转率.考虑到月球车动力学系统的非 线性和不确定性,设计了以车轮滑转率为状态变量的滑模驱动控制器.仿真结果表明,采用 该控制器可以较快地跟踪期望滑转率,避免车轮的过度滑转下陷,保证月球车能够在软质路 面上正常行驶.     

End-to-end simulation model of rover-based hyperspectral remote-sensing systems: application to VNIS

The simulation of remote-sensing hyperspectral images has various applications such as the design of future hyperspectral imaging systems, understanding of the image formation process, development and validation of data processing algorithms, and optimization of the instrument imaging mode. For incomplete understanding of the lunar surface and the wide environmental differences between earth and moon observation, imaging systems for lunar observation cannot be tested in their exact working environments before launch. In these cases, simulation of lunar hyperspectral images can be used as a powerful tool to analyse the imaging process on the moon. The VIS–NIR imaging spectrometer (VNIS) aboard the Chang’e-3 (CE-3) lunar rover is used to perform in situ mineral detection on the lunar surface, but the rover-based VNIS has some additional effects from the rover itself (e.g. the shadow caused by the rover). In this paper, a rover-based radiative transfer model has been developed, and the simulation model is able to generate realistic VNIS-like data in an automatic way under a set of user-driven instrument and illumination parameters. A realistic surface reflectance cube, as the original input for the simulation model, is provided by the interference imaging spectrometer (IIM) data of Chang’e-1 (CE-1). Several hyperspectral simulations in different illumination and observation geometries have been conducted to analyse the effects of shadow, specular irradiance, and diffuse irradiance on the imaging data. For certain illumination geometries, the simulation model can forecast image quality in different observation geometries; the model can also determine the optimal observation azimuth ranges at different solar elevation angles. Moreover, the simulation model can be used to provide test images for the rover effect elimination algorithms. These applications of the model can facilitate understanding by analysing the rover-based hyperspectral remote-sensing process and eventually obtaining high-quality images of the lunar surface.     

滑转率对月球车车轮驱动力学特性的影响分析

应用车辆地面力学理论研究滑转率对月球车车轮挂钩牵引力、驱动效率以及功率消耗的影响.建立刚性车轮与松软月壤交互作用的动力学模型.通过实例对月球车车轮驱动动力学特性进行仿真分析.研究结果表明,车轮的挂钩牵引力、驱动效率以及驱动能耗均受到车轮滑转率的制约.存在一个最优的滑转率区间,在此区间内车轮可获得较大的挂钩牵引力、较高的驱动效率以及较低的驱动能耗.求取轮、地相对速度,对月球车车轮的地面摩擦力功率进行了估算.     

基于SD*lite的月球车任务规划算法

月球车任务规划是在给定初始位置和目标位置,满足月面地形约束、工作模式约束以及能量约束的前提下,规划出月球车最优的路径。设计了一种月球车任务规划的模型,提出了一种基于SD*lite算法的规划器,在原有SD*lite算法的基础上进一步考虑了对可用资源的限制;它可以协助月球车在考虑太阳能帆板的能量约束的条件下,合理避障最终达到目标点,使规划的轨迹更符合实际。     

基于再生核理论的月球车轨迹跟踪控制*

针对平整坡面上行驶的月球车,研究了基于再生核理论的月球车轨迹跟踪控制新方法.它是基于描述月球车运动的动力学模型方程,对有限时间内的期望轨迹进行采样;利用再生核方法,数值求解控制参数,从而实现月球车期望轨迹的跟踪控制.该方法计算量小、方法简单、精度高,且可实现任意的非线性曲线的期望轨迹追踪.数值实验验证了该方法的正确性和有效性.     

基于自主行为智能体的月球车运动规划与控制

研究基于自主行为智能体的月球车运动规划与控制方法．在基于自主行为智能体的月球车系统结构基础上,首先设计了月球车运动规划与控制的一组基本行为,对其原理进行证明．通过行为状态机对行为进行选择,如果不能保障月球车安全性能,则由运动规划智能体学习其行为参数,并由神经网络记忆．将月球车运动规划与控制分解为行为设计与学习两个过程,使月球车控制系统易于加入先验知识．同时,月球车运动规划能够满足其机动性与地形传送性约束,保证工程开发的结构化与可实现性．该方法不仅具有实时性,而且对未知环境具有较强的适应能力．仿真研究与实验证明了该方法的有效性．