月面巡视探测器路径规划性能评估算法

通过分析月面巡视探测器路径规划性能对算法进行评估,提出路径规划算法性能的量化评估函数,并经过实验验证评估函数的可行性。针对巡视探测器常用的两种全局规划算法和两种局部规划算法,通过评估函数的理论分析和实验验证得到更适应于月面巡视探测的路径规划搜索算法。这种评估算法路径规划性能的量化评估函数,不仅可行而且具有通用性,同样适用于其他的路径规划搜索算法。     

基于 PID 控制的月面巡视探测器坡度行驶仿真分析

通过月面巡视探测器爬坡轮与地面的相互作用分析,建立月面巡视探测器坡度行驶地面力学模型。根据双闭环直流调速系统工作原理,采用位置式PID控制算法编写了电机驱动仿真模块,并将电机驱动仿真模块融合到月面巡视探测器多体动力学仿真体系中,构建了完整的月面巡视探测器动力学仿真系统。对月面巡视探测器坡度行驶工况进行仿真分析,初步实现了对月面巡视探测器动力学模型的验证,为月面巡视探测器驱动控制算法、运动规划和路径规划仿真提供技术支持。     

月球车驱动轮在不同介质上的牵引性能

在月壤-车轮土槽测试系统上对月球车驱动轮在不同介质条件下的牵引性能进行了试验研究。试验结果表明:当滑转率在0～80%时,挂钩牵引力和效率系数呈现增加趋势,压实2次和4次的模拟月壤分别比自然状态时最大挂钩牵引力提高了38.9%和66.7%,最大效率系数提高了69.9%和171.6%。水泥路面的牵引性能要高于模拟月壤上的牵引性能,且当滑转率为20%时,驱动轮在水泥路面上的挂钩牵引力为其在模拟月壤上的8.2倍。驱动轮在模拟月壤和石英砂上的牵引性能相似,前者略好于后者,当滑转率为10%时,挂钩牵引力分别为36.8N和33.1N。     

月面巡视探测器的图像分割及识别方法

针对月面巡视探测器的识别技术,通过彩色图像识别的办法解决了在月面环境存在较强阴影区域对月面巡视探测器识别带来的影响,进行了多种彩色图像分割方法的比较,提出了多通道彩色分量融合的图像分割方法,并用线性分类器的模式识别理论对其原理进行了分析,用形态学滤波方法对分割后的图像进行了滤波,并用分割区域标识算法进行了识别区域的标识。试验表明,该方法能够适应各种光照条件的影响,具有较强的鲁棒性,对各种噪声有明显的抑制作用。该方法使彩色图像分割技术变得简单、可靠,并具有一定的通用性,可以应用到未来的月球探测中去。     

我国首辆月球车——“月面巡视探测器”样机诞生

由上海承担的我国月球车研制工作历经概念样机、原理样机、丁程样机三个阶段的攻关,在月球车行走系统工程和月球车总体研究两项关键技术研制项目上取得重大进展。     

CE-3月球车筛网轮月面沉陷行为试验

CE-3月球车在月面行驶时,车辙沉陷是判别其通过性的主要依据。本文通过土槽试验研究了CE-3月球车筛网轮的沉陷行为,试验结果表明:车轮表观沉陷量小于实际沉陷量,动态沉陷差值最大为19.8 mm,最小为3.7 mm,且沉陷差值随滑转率的增大而增大。根据试验数据,建立了预测沉陷差值的数学模型,并通过月球车内场试验进行验证,结果表明:模型3和模型4预测准确,精度分别为85%和84.5%。研究结果可为中国月球车通过性能评估、路径规划提供参考和依据。     

沙漠仿生轮胎与普通轮胎牵引性能的对比试验

沙漠仿生轮胎是根据仿生学原理设计和研制的模拟骆驼蹄与沙地作用方式的一种新型轮胎。根据轮胎牵引性能指标,在车辆行走机构-沙地试验台上对沙漠仿生轮胎和普通轮胎的牵引性能进行了对比试验。研究结果表明,沙漠仿生轮胎比普通轮胎具有更好的牵引性能和沙漠通过性能。     

机械弹性车轮结构参数对牵引性能的影响

为解决充气轮胎在越野路面行驶的防破损问题,提高车辆通过性能,对机械弹性车轮的牵引性能进行了研究。通过对机械弹性车轮特殊承载方式进行分析,建立了考虑车轮滑转和地面切应力的驱动轮牵引性能预测模型,推导了车轮沉陷、土壤推力、挂钩牵引力等计算公式;对机械弹性车轮和普通充气轮胎的牵引性能进行了对比,结果表明与普通轮胎相比机械弹性车轮具有较好的通过性能;研究了机械弹性车轮刚度、半径和宽度对牵引性能的影响规律,为车轮结构设计及整车动力学优化提供了参考。     

传动系参数和控制参数对并联混合动力轿车性能的影响

以Matlab/Simulink环境下的ADVISOR软件为仿真平台,通过二次开发和建模,研究了并联混合动力轿车传动系参数和控制参数对整车动力性和经济性的影响,并在混合动力试验台架上进行了验证。结果表明:传动系参数对整车动力性和经济性有着决定性的影响,参数混合度R取值越大,经济性越好;控制参数中的电量控制参数对整车经济性的影响相对显著;特定试验工况循环下,只要电池系统匹配合理,SOC值就能够维持在一定的水平。     

基于半实物仿真平台的自动泊车系统性能评价

针对现阶段难以量化评价自动泊车系统在狭窄环境内的泊车成功率问题,提出一种基于半实物仿真平台的自动泊车系统性能评价方法。首先,以最大化平行泊车和垂直泊车场景可行泊车起始区域为目标,基于圆弧-直线组合方式建立可行泊车起始区域边界和泊车过程最小侧向空间描述,并通过分割法计算出可行泊车起始区域面积。随后,建立自动泊车系统的半实物仿真平台,并利用Python脚本语言设计自动泊车系统的自动化测试框架,实现自动泊车系统的自动化测试。将基于半实物仿真平台自动化测试得到的实际泊车起始区域面积与可行泊车起始区域面积的比值作为自动泊车系统在狭窄环境内泊车成功率的量化指标,弥补自动泊车系统现有性能评价方法的局限性。最后,将某汽车零部件供应商的自动泊车系统作为测试对象,对所提出的性能评价方法进行了实践,结果表明：所提出的自动泊车系统性能评价方法可行高效,并且可对测试对象提出改进意见。     

月球探测车车轮数目的选取

为合理确定月球探测车车轮数目,借助地面力学的相关知识,考虑到车轮行驶时的沙土回弹沉陷量,建立了车轮前进与转弯时的轮地接触模型,进而推导了单个车轮的前进总阻力矩、转弯总阻力矩以及驱动力矩计算表达式。在一定范围轮宽与轮径条件下,得到了单轮驱动力矩、前进阻力矩和转向阻力矩与沉陷量之间的关系曲线。通过分析找到使车轮驱动效率较大的沉陷量区间。以此为基础,给出了合理选择车轮数目的操作流程图,并比较了不同轮数探测车的优缺点,可为全面合理确定车轮数提供参考。     

月球车弹性筛网轮的研制

为研究适应松软地形,且质量小、功耗低、驱动力大的月球车车轮,在单轮驱动功率和扭矩计算的基础上,选取了电机和减速器,进行初步的弹性筛网轮的结构设计,对初步设计中主要零件进行了受力分析及详细的结构设计,最终加工出两种不同尺寸的弹性筛网轮,对车轮性能进行了测试.通过弹性筛网轮的研制,综合考虑体积、传递效率及功率等技术因素,实现了车轮的驱动、传动一体化设计,为设计真正的月球车车轮奠定了技术基础;解决了钛合金轮圈的加工工艺问题,为今后研制不同形状的钛合金轮圈奠定了技术基础.     

基于刚柔耦合模型的月球车振动特性仿真

为了分析月球车在月表环境下的振动特性,将其作为一个刚柔耦合多体系统,基于三维实体造型和多体动力学分析软件建立了刚柔耦合动力学模型。根据美国国家航空航天局的研究,建立了月球表面位移功率谱数学模型,结合谐波叠加法获得了月表不平度。以六轮月球车样机JLUIV-6为研究对象,通过典型越障工况试验验证了所建模型的可靠性。以月面不平度作为振动激励对所建立的动力学模型进行了仿真,分析了月球车车体的振动响应及振动加速度幅频特性。结果表明,月球车在0.8～1.8Hz处存在明显的共振区域,为月球车系统设计及优化提供了依据。     

行星轮式月球车动力学分析

为减小行星轮式月球车车身在垂直方向的振动加速度,需要确定月球车悬挂系统的扭杆弹簧刚度和减振器阻尼的合理数值范围．因此建立了七自由度月球车的振动系统模型,并给出了月球车振动系统的振动微分方程和频率响应函数的计算方法,在确定月球车的路面输入谱密度的基础上推导了车身在垂直方向位移输出的二阶导数均方根值的计算公式,用Matlab软件编写的计算程序计算了车身在垂直方向位移输出的二阶导数的均方根值,从而确定了悬挂系统的扭杆弹簧刚度和减振器阻尼的合理数值范围．     

行星越障轮式月球车的设计

为提高月球车的越障能力，结合月球表面的复杂环境，设计了一种行星越障轮式月球车。该车主要由3大部件组成：车架、悬架（由扭杆弹簧和磁弹簧减振器并联构成）和行星越障轮。设计重点在月球车的行为驶系统，该车不仅在悬架设计上考虑了行驶系统的越障性能－采用了扭杆弹簧和磁弹簧减振器相结合的形式，而且在车轮的设计上也考虑到车轮本身的越障能力－采用了行星越障轮。对该车的行驶系统进行了,并对行驶性能进行了分析和计算。结果表明：该车具有较强的越障能力和灵活的转弯特性，能够适应月球表面凹凸不平的环境。     

六圆柱-圆锥轮式月球车多轮协调运动控制研究

月球车的运动控制是月球车完成探测任务的前提.为实现月球车前进、后退和转向等基本运动功能,对六圆柱-圆锥轮式月球车的多轮协调运动控制进行了研究.根据六圆柱-圆锥轮式月球车的机构原理和结构特点,给出了月球车车轮的运动学约束条件,建立了月球车的运动学约束模型,针对月球车的基本运动要求,推导了月球车六轮协调运动的控制模型,并基于实时Linux和PC104总线计算机的车载计算机运动控制系统,对月球车的运动控制进行了实验研究.研究结果证实了六轮协调运动控制模型的正确性,为月球探测车的运动控制系统设计及月球车的自主避障功能等奠定了理论基础.     

行星轮式月球车车轮与地面间的动载荷分析

为提高行星轮式月球车的行驶平顺性和操纵稳定性,尽量减小车轮与地面之间的相对动载荷,建立了七自由度月球车的振动系统模型,并给出了月球车振动系统的振动微分方程和频率响应函数的计算方法,在确定月球车的路面输入谱密度的基础上推导了车轮与地面之间相对动载荷均方根值的计算公式,用M at-lab软件进行编程和计算,确定了悬挂系统的扭杆弹簧刚度和减振器阻尼的合理数值范围.     

基于立体视觉的月球车运动估计算法

为了满足月球车自主导航的需要,提出了一种仅仅依靠月球车视觉系统提供的图像序列实现月球车六自由度运动状态估算的定位方法。对尺度不变特征转换点(Scale invariantfeature transform,SIFT)特征点跟踪匹配方法和运动参数估计方法进行了研究。在特征跟踪匹配时,引入了两个新的匹配约束条件以准确建立月球车运动前后环境特征点的对应关系。根据获得的特征点对应关系求解月球车的运动参数时,提出了一种鲁棒的估计方法,即首先用随机抽样一致性(Random sampling consensus,RANSCN)结合单位四元数方法剔除数据中的误匹配点,并求出车体运动参数的预估值,然后以此预估值并利用Levenberg-Marquardt非线性优化算法对运动参数进行精确求解。最后,通过模拟场地试验验证了该运动参数估计算法的有效性。     

月球车视觉系统立体匹配算法

为了满足月球车视觉系统实时性和可靠性的要求,提出了一种基于点和边缘特征提取的立体匹配算法.首先采用高斯滤波和有限对比适应性直方均衡化(CLAHE)方法对校正后的立体图像对进行预处理,以削弱噪声和对比度的影响.其次研究了图像的SIFT特征点和边缘特征提取和匹配方法,以获得月球车周围的环境概貌和障碍物信息.最后将匹配成功的...