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本文以月球车遥操作方法为研究重点,借鉴目前较成功行星车的遥操作控制系统,通过对其遥操作过程、遥操作模式和遥操作控制模块的研究,提出了月球车遥操作控制方案,研究了月球车大时延遥操作技术以及再现月面环境的虚拟现实技术。
遥操作方案首先分析了月球车遥操作系统的组成,遥操作平台的数据处理、人机交互、三维仿真等方面的功能需求。然后根据此方案,开发了一套月球车GNC(Guidance,Navigation and Control)导航控制样机遥操作软件平台。在开发过程中本文取得了以下成果:
(1)提出了月球车月面巡游三维仿真方案。此方案将月面巡游细分为可通行性分析,全局路径规划,局部路径规划和运动规划,逆运动学仿真,动力学仿真五个部分。可以对月球车控制算法进行运动学和动力学方面的仿真分析。
(2)建立了月球车运动学的数学模型,提出了一套新的建立月球车三维建模和运动学建模的方法。在虚拟场景中建立月球车三维模型是一个难题。本文提出的方法不仅能建立形象逼真的三维模型,同时使模型满足月球车运动学约束。
(3)提出了基于模糊逻辑的月球车逆运动学求解方法。这种方法避免了由于求解逆运动学方程带来的运算量大、具有不确定性、难以运用于实时计算等问题,同时不受车轮与月面保持点接触等假设的约束。它极大地降低了运算量,可用于实时求解月球车逆运动学问题并能达到比较高的精度。
(4)提出了一套新的应用于月球车路径规划的障碍图提取方法。多数路径规划算法是建立在二值地形图上,即认为地形环境严格地分为可通行区域或不可通行区域。本文对障碍物的几何特征进行进一步分析分离出可以越过的障碍物,从而提高路径规划算法的效率。