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．     

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。     

Slippage estimation and compensation for planetary exploration rovers. State of the art and future challenges

Future lunar/planetary exploration missions will demand mobile robots with the capability of reaching more challenging science targets and driving farther per day than the current Mars rovers. Among other improvements, reliable slippage estimation and compensation strategies will play a key role in enabling a safer and more efficient navigation. This paper reviews and discusses this body of research in the context of planetary exploration rovers. Previously published state‐of‐the‐art methods that have been validated through field testing are included as exemplary results. Limitations of the current techniques and recommendations for future developments and planetary missions close the survey.     

基于序列图像的月球着陆定位计算方法研究

针对月球着陆器计算机视觉着陆点定位系统的需求,提出了一种基于图像序列的月球着陆器着陆点定位计算方法。该方法以SURF(Speeded Up Robust Features)图像特征点提取算法为基础,通过最小二乘法迭代逐步消除误匹配点对,最后计算得到着陆器着陆时所拍摄的图像在有经纬度坐标的月面图像中的位置,并对着陆点误差进行分析以达到精确定位着陆点的目的。仿真实验使用两种月面仿真图像序列,结果表明该方法匹配准确度和稳定性较高,可以达到工程应用要求。     

嫦娥1号卫星微波探月技术机理和应用研究

微波探测仪是嫦娥1号卫星有效载荷之一,主要用于测量不同深度的月壤微波辐射亮温,进而反演月壤厚度的信息并对月球的3He资源量和分布进行评估。这是国际上第一次利用被动微波遥感探测器在月球轨道直接测量月表亮温信息。因此,对月壤辐射传输模型的研究是及其必要的。文章分析了月球微波探测的机理和存在的问题,并给出了初步解决途径。     

管道形轮腿式月球探测机器人

提出了一种由两个机器人单元组成的管道形、轮腿式月球探测机器人（PWLER）。每个机器人单元由管道连接而成的机体、圆柱形太阳能电池板、6条可独立运动的轮腿和1个探测球组成。机器人单元之间通过1根连接轴和3个相互平行的伸缩部件相连。每个伸缩部件由绳子、普通螺旋弹簧和电动机组成。PWLER在结构上的最大特点是采用轮腿和管道结构。PWLER有很多独特的性能,例如:能越过宽度为前、后轮之间距离1/3 的壕沟和高度为1/3腿长的台阶;爬坡时能保持机体处于水平状态;通过增加管道,可很容易地进行容积和探测功能的扩展;倾翻对PWLER的行驶没有影响。PWLER倾翻的仿真试验表明PWLER具有良好的倾翻稳定性。     

具有滑移的摇臂式月球车建模与控制

研究了具有滑移、六轮独立驱动的摇臂式月球车建模与控制问题。利用拉格朗日法分析了该月球车受力状况及其动力学模型,并得出在考虑小滑移率、小失配角时的摇臂式月球车动力学模型可表示为以车轮支撑力及其作用位置、地面力学特性、摇臂位形为参量,以月球车平动速度及转动速度、车轮转动速度为状态,以电动机驱动电流(电压)、方向轮位形为输入的仿射性微分方程组的定性结论。从而可以根据实时检测月球车车轮支撑力运用模糊变结构控制方法对月球车动力学系统控制律进行实时修改达到对月球车伺服控制的目的。     

月基光学天文望远镜反射镜转台的设计

为了在月球上完成天文观测任务,对月基反射镜二维跟踪转台进行了热力学分析及结构设计。采用航天轻量化法设计反射镜的二维转动机构以减少载荷重量;采用外转子机构实现垂直轴系以大大提高系统沿发射方向的一阶模态。由于水平轴系跨度较大,设计中采用了一端固定另一端游动的精密轴系,并通过合理设计深沟球轴承游隙有效解决了温度变化导致的转动机构卡死的问题,进一步提高了机构的可靠性。为了满足精度要求,系统采用蜗轮蜗杆+步进电机驱动方式,严格控制蜗轮蜗杆的加工及安装工艺。在控制中以光电开关为位置定位元件,使得转台的单轴指向精度优于60″。验证试验显示:系统发射方向的一阶谐振频率达到81Hz,它可在-25℃~+60℃温度下正常工作,其指向精度(方位及俯仰)≤60″。结果表明该转台具有精度高、力学性能好、可靠性高、重量轻等特点。     

单片机在万年历中的应用设计

AVR系列ATmega128L单片机作为主控芯片,该芯片可通过ISP接口方便地对其内建Flash进行擦除和写入操作;采用DALLAS公司的具有涓细电流充电功能的低功耗的DS1302作为实时时钟芯片,该芯片可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时,还具有闰年补偿等多种功能,而且其使用寿命长,误差小;采用DS18820获得当前环境温度;采用128×64像素的LCD用汉字直观显示年月日、时分秒、农历、生肖、室温等丰富内容;采用四颗独立式按键可修改当前时间和设定闹铃时间;采用ISDN11语音模块和蜂鸣器实现音乐提示定时闹铃;通过农历算法,可将公历日期转换为农历年月日并可获取天干地支纪年、生肖、节气等相关农历信息。     

利用月壤进行月球基地建设的3D打印技术

近年来快速成型(3D打印)技术因其能直接建造出任何形状的实体建筑而在建筑领域广受关注,其中更有一部分技术可以通过一种特殊的"墨水"来克服沙类凝聚材料的凝聚惰性使其凝聚成形。在太空研究领域,这种就地取材的技术尤具吸引力,因为就地取材能推进载人航空探索研究的进步。此研究的目的在于评估利用月球表层土壤结合3D打印技术建造月球基地的潜在可能性。研究初期,针对D-SHAPE打印技术工作原理对月壤和利用地球土壤制造的模拟物相关物理与化学特性进行测试,研究中发现了一种取自意大利的Bolsena火山灰制成的新型月壤模拟物,几乎能与美国著名的JSC-1A模拟物呈现相同特性。为了证明这种新型月壤模拟物能实现网状物的加工处理,在空气与真空中都进行了测试,真空测试还表明采用适当的喷射方法,可以预防墨水的蒸发或冻结。与此同时,部分基地的墙体将使用D-SHAPE技术和月壤模拟物进行全尺寸加工,打印出不同材料制造的网状组织"混凝土"测试样本并对它们的力学性能进行比较。最终的研究结果将为未来空间化、打印自动化和月球基地的设计与3D打印提供参考。