Multigen软件在飞行视景仿真中的应用

视景仿真是仿真动画的高级阶段,也是虚拟现实技术的最重要表现形式.本文基于飞行视景仿真系统的实时性、交互性和真实感,论述了Creator 3.0的实体和地形的逻辑结构建模方法、Vega Prime 1.2的自然环境生成,物体及视点的运动方式、碰撞检测及特效的开发过程,最后在VC 平台上实现了整个飞行仿真系统.     

基于摇杆--转向架的月球车运动学分析与仿真

为使月球车在崎岖地形中安全到达目的地、完成探测任务,月球车不仅具有产生牵引、越过地形、载重的能力,而且还应具有稳定的车体,以利于传感器和机械手稳定平滑地工作.本文提出的基于摇杆-转向架的月球车的体系结构,提供了一种通过弹簧和滑块控制来调整车体重心以保证月球车在崎岖地形中移动时能够增强其运动稳定性.首先研究月球车运动三维模型,并在此基础上推导出月球车运动学方程,导出了月球车车体速度与车轮转速之间的雅可比矩阵;其次利用最小二乘法对车体位置和方向进行了估算;最后使用计算机仿真来证明月球车运动学方程的可行性.仿真结果表明HIT-1型月球车在崎岖地形中移动时具有动态调整其运动构型的能力,可较好地增强车体的安全性和稳定性.     

六轮摇臂式月球车力矩分配的优化方法研究

针对传统的基于广义逆的力矩分配方法难以满足复杂地形下的月球车牵引控制要求,在基于车轮静态负载和动力学模型的协调牵引控制方法基础上,研究了基于寻优的六轮独立驱动月球车车轮力矩分配方法,并在可视化的月球车牵引控制仿真平台进行了仿真验证,从而实现了闭环牵引控制;仿真研究证实了提出的力分配方法比基于广义逆方法的力矩分配方法具有突出的优势。     

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.     

松软月面上月球车动力学建模及运动控制研究

通过分析松软月面上车轮下陷原因,建立了车轮与月面相互作用模型,在此基础上对ADAMS进行二次开发,通过等效转换建立了松软月面上月球车仿真模型。由于月球车行走运动时需要考虑能耗、驱动能力等多方面因素,以速度跟踪和驱动能力为控制目标,设计了基于车轮滑转率的协调控制器,并对不同运动工况进行了动力学仿真及分析,验证了所提方法的有效性,为下一步综合设计月球车运动控制策略提供了依据。     

基于模型估计的关节式月球车参数化轨迹规划*

为了在轨迹规划阶段提高月球车在三维地形中的轨迹规划精度,以被动关节式地形自适应月球车为研究对象,融合关节机器人D-H坐标建模方法构建月球车悬架运动学模型,结合数值求解方法,推导了任意崎岖三维地形中月球车姿态估计模型.在模型估计基础上利用参数化控制原理,建立了满足约束条件下被动关节式月球车在任意地形中的基于模型估计的一般性参数化轨迹生成模型.针对轮式月球车的非完整性特点,结合数值求解方法,推导了非线性模型的求解方法.最后利用仿真方法,以八轮摇杆摇臂关节式月球车为例,验证了崎岖地形中基于模型估计的轨迹生成方法的正确性,且可提高关节式月球车在崎岖地形中的规划精度.     

基于OpenGL的虚拟地形漫游

地形漫游在三维游戏和虚拟现实中应用非常广泛,涉及战场模拟的三维游戏、虚拟现实系统和虚拟林业都需要进行地形漫游.该文介绍了OpenGL工作原理,三维真实感地形相关知识,以及对三维真实感地形进行漫游的具体实现.     

基于OpenGL的三维地形的模拟

三维地形模拟一直是虚拟现实、地理信息系统(GIS)等领域的研究热点.提出了一种基于不同层次的多边形网格模型的地形生成算法,采用多重纹理映射技术,通过插值对应网格基本元素的位置实现模型之间的平滑过渡并生成地形连续LOD模型.通过该技术可以简化场景的复杂度,并对图形的真实感程度损失比较小.该算法是在VC++6.0平台上利用OpenGL编程技术实现的.实验表明:该算法具有较低的时间和空间开销,适合大规模三维地形的模拟.     

虚拟现实中三维仿真地形的生成

本文讨论了基于分形布朗运动的地形生成算法,根据此算法编制程序绘制了三维真实感图形,并实现了虚拟漫游。应用该算法生成的地形,具有较好的真实感,绘制速度较快,适用于虚拟现实中各种虚拟场景的创建。     

基于HLA的分布式导弹攻防视景仿真系统

HLA和虚拟现实相结合,使得通过计算机生成的综合环境具有真实感,具有较高的可信度.文中基于新一代实时视景仿真软件平台Vega Prime和HLA仿真支撑平台MAK RTI设计开发了导弹攻防视景仿真系统.介绍了导弹攻防仿真大系统的总体框架,视景仿真系统的功能设计以及联邦通信,给出了程序流程.最后针对Vega Prime自带特效无法达到导弹攻防可视化要求的现状,实现了Vega Prime下调用OpenGL函数来表现特效这一关键技术.与导弹攻防仿真大系统的联调表明,该系统逼真流畅地演示出仿真系统作战想定的全过程,并且满足系统仿真的实时性要求.     

Evolution of a Prototype Lunar Rover: Addition of Laser-Based Hazard Detection, and Results from Field Trials in Lunar Analog Terrain

This paper presents the results of field trials of a prototype lunar rover traveling over natural terrain under safeguarded teleoperation control. Both the rover and the safeguarding approach have been used in previous work. The original contributions of this paper are the development and integration of a laser hazard detection system, and extensive field testing of the overall system. The laser system, which complements an existing stereo vision system, is based on a line-scanning laser ranger viewing the area 1 meter in front of the rover. The laser system has demonstrated excellent performance: zero misses and few false alarms operating at 4 Hz. The overall safeguarding system guided the rover 43 km over lunar analogue terrain with 0.8 failures per kilometer.     

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．     

一种自适应的月球车驱动控制算法

月球车的驱动控制是控制月球车按照期望速度运动的控制器。为使月球车快速稳定地达到期望速度,要求控制算法具有很强的鲁棒性,并且使系统的响应速度尽可能的快。论文提出一种方法:通过单神经元自适应算法求出控制月球车的合力和合力矩,再利用拉格朗日算法求得每个执行器的控制量。仿真实验表明此算法有很好的鲁棒性和自适应性,为月球车的控制应用提供了理论依据。     

六圆锥轮式月球车运动控制系统的设计研究

六圆锥轮式月球车是一种混合适应型移动机器人车,具有地形适应能力优越,越障能力强的特点。针对该款月球车,本文提出并设计了一套基于TCP/IP通讯,具有一定自主能力的遥操作运动控制系统。遥操作计算机提供月球车路径规划服务,监控月球车运行。基于实时Linux和PC104总线计算机的车载计算机运动控制系统,解析遥操作运动指令,驱动控制月球车运动。运动控制系统在六圆锥轮式月球车样机上调试,模拟现场运行验证了所设计的运动控制系统是可行的。     

基于VR的航天发射视景仿真系统设计与实现

针对如何构建一个虚拟的航天发射训练平台的现实问题,设计出一种基于虚拟现实技术(Virtual Reality,VR)的航天发射视景仿真系统;介绍了该视景仿真系统的逻辑结构和网络结构,采用三角形面片法构建发射场的地形地貌,并通过纹理映射使地形地貌更加逼真;利用图像和3D图形混合建模的方法构建发射场的设施;运用粒子系统原理,设计出发射火箭的火焰模型。通过Vega仿真软件进行系统集成和渲染,使整个仿真系统得到实现;实践证明,该仿真系统能够实时仿真卫星发射的全过程,为实时指挥、判读提供辅助决策支持平台,具有极大的应用价值。     

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．     

月球车驱动轮爬坡性能的影响因素研究

研究了驱动轮的滑转率、结构参数和载荷对月球车爬坡性能的影响。针对月表复杂路况下车辆通过性较差问题,为提高月球车爬坡性能,基于车辆地面力学中土壤的承压和剪切特性理论,建立了刚性驱动轮与月面斜坡松软月壤间的相互作用模型。通过车轮实例对月球车爬坡性能进行预测和分析。实验结果表明,增大驱动轮的滑转率、半径、宽度、轮刺高度和减小载荷能够增强月球车爬坡能力和提高车轮驱动效率,但随着爬坡能力的增强,车轮驱动效率呈现先增大后减小的趋势。研究结果为月球车轮结构设计以及控制策略的研究提供了参考。     

Seeker—Autonomous Long‐range Rover Navigation for Remote Exploration

Under the umbrella of the European Space Agency (ESA) StarTiger program, a rapid prototyping study called Seeker was initiated. A range of partners from space and nonspace sectors were brought together to develop a prototype Mars rover system capable of autonomously exploring several kilometers of highly representative Mars terrain over a three‐day period. This paper reports on our approach and the final field trials that took place in the Atacama Desert, Chile. Long‐range navigation and the associated remote rover field trials are a new departure for ESA, and this activity therefore represents a novel initiative in this area. The primary focus was to determine if current computer vision and artificial intelligence based software could enable such a capability on Mars, given the current limit of around 200 m per Martian day. The paper does not seek to introduce new theoretical techniques or compare various approaches, but it offers a unique perspective on their behavior in a highly representative environment. The final system autonomously navigated 5.05 km in highly representative terrain during one day. This work is part of a wider effort to achieve a step change in autonomous capability for future Mars/lunar exploration rover platforms.     

基于地面力学的月球车爬坡轮—地相互作用模型

月球车爬坡地面力学模型在月球车的设计、越障性能评价、控制和仿真等方面具有极其重要作用．利 用月球车轮地相互作用测试系统进行车轮爬坡性能实验,结合实验数据在传统车轮—土壤相互作用应力分布模型之 上推导出爬坡轮—地相互作用模型,同时考虑爬坡角度对浅层月壤应力分布的影响,提出了随滑转率变化的沉陷 因数经验公式,来反映月壤压实、刮带、侧向流动等引起的滑转沉陷．通过对应力分布公式进行积分转化得到集中 力／力矩计算模型,利用ADAMS 二次开发的柔性爬坡仿真环境并结合实验数据进行模型验证．在斜坡角度为16±, 载荷为100 N,当滑转率从0 增加到0.6 时,将模型的车轮斜坡法向载荷、挂钩牵引力和驱动力矩的计算值与实验数 据相对比,结果相对误差不超过10%,因而该爬坡模型可以有效地用于月球车轮地相互作用的力学计算．