火星车主动悬架的几何参数优化

火星表面地形复杂,给火星车的移动带来困难。为解决火星车在火星表面的高性能移动问题,我国火星车在主副摇臂的基础构型上加入主动环节,成为主动悬架火星车。主动主副摇臂悬架为一种新型悬架,存在其特有的设计需求。为使火星车主摇臂张角调节过程中车厢俯仰角最小,抬轮工作模式下抬轮抗倾翻力矩最大,离合器所受力矩最小,以这3个参数作为优化目标,对主动主副摇臂悬架的尺寸参数进行优化。由于优化函数和约束条件均很复杂,故选用遗传算法进行优化,最终给出优化结果,并对优化目标进行仿真分析,对优化后的尺寸进行灵敏度分析。     

火星车转移坡道柔顺性优化设计及动力学分析

对一种抽展式火星车转移坡道开展柔顺性优化设计和动力学分析。首先，分析火星车与存在异面角的坡道的挤压几何原理。然后，设计坡道的间隙机构和限位机构，并计算出机构关键设计参数的最优值，以自适应调整两侧坡道的距离，〖JP2〗减小火星车与坡道护栏之间的相互作用力。最后，对坡道下落过程和火星车在坡道上的行驶过程进行动力学仿真，验证坡道柔顺性优化设计的效果。结果表明：优化后的坡道柔顺性大幅提高，坡道可以自适应调整两侧的距离；使用优化后的坡道，可以有效降低火星车与坡道护栏的作用力，实现火星车在坡道上的安全行驶。     

火星车在松软地面上的蠕动步态研究

蠕动步态是解决火星车在火星松软表面行走或爬坡困难时提高牵引力的有效方法,合理设置蠕动步态对充分发挥火星车在松软地表上的移动性能至关重要。文章将Bekker等人的轮地力学理论用于整车蠕动步态的受力分析,通过建立火星车的运动学模型,分析关节的运动关系,得到蠕动步态的协调运动方案,并通过原理样机试验对该方案的作用效果进行验证,为主动悬架蠕动步态的轮速配合给出了合理的建议。     

六轮摇臂-悬架式星球车全动力学建模与分析

针对星球车运行过程中存在的滑转和滑移问题,以21自由度的六轮摇臂-悬架关节式星球车为研究对象,采用多体动力学方法完成运动学描述,分析其受力状态,采用拉格朗日方程建立整车动力学模型,并依据经典地面接触力学理论,引入滑转与滑移项,建立全动力学模型并进行仿真验证。该动力学模型为星球车运动控制系统的设计提供了理论基础。     

仿尺蠖型火星车设计与验证

针对传统被动悬架式火星车在火星复杂地形运动中可能存在的问题，设计了仿尺蠖型火星车，包括沉陷脱困设计、爬坡设计、防托底设计和抬轮设计；识别了仿尺蠖型火星车移动系统的关键参数，计算得到不同火星车抬升高度的关键参数值和一个尺蠖运动周期的位移值；计算结果表明仿尺蠖型火星车可以解决被动悬架式火星车的上述问题。对所设计的仿尺蠖型火星车开展了地面试验和飞行试验验证，地面试验验证了车轮沉陷脱困能力、越障能力和爬坡能力；作为仿尺蠖型火星车应用的实例，“祝融号”火星车成功经历了飞行试验，它在火星表面的顺利运行表明仿尺蠖型火星车设计措施有效。     

一种不平整地形下足式机器人的主动柔顺控制方法

为实现足式机器人在不平整地形下的稳定行走,提高机器人对不平整地形的适应能力,提出一种主动柔顺控制方案,包括基于关节空间的主动柔顺控制、机身姿态柔顺控制和关节PD控制。根据足式机器人运动学模型设计平地步态,作为机器人不平整地形下前进的主步态;通过采用基于关节空间的主动柔顺控制方法和机身姿态柔顺控制方法,生成关节角度和角速度修正量,进而得到腿部关节跟踪指令;利用虚拟样机技术对多种地形进行仿真,仿真结果表明采用提出的主动柔顺控制方法提高了机器人对不平整地形的适应性。     

基于视觉和MEMS-IMU融合的火星车导航定向技术

火星探测车需要在复杂非结构化火星地表环境下完成自主导航定位任务。针对火星车导航定位传感器的低功耗、微型化的发展趋势,提出一种基于MEMS-IMU的传感器补偿融合、单目视觉航向测定的方法。该方法能克服火星复杂地表和单一性地貌环境可能导致的测试误差过大问题。模拟环境下的实验数据结果显示该方法具备实时性好、可靠性高的特点,姿态估计和航向测量的准确率较高。     

基于矢量法的月球车运动学分析

为解决月球车在月球表面上的运动学问题,对月球车在非结构化环境下并且轮地之间存在滑移的情况下的运动学进行建模与分析.在分析多刚体链式机构运动的速度特性的基础上,建立整车速度的矢量表达式,利用矢量分析方法,建立摇臂悬架式月球车在崎岖地形中行进并且轮地之间存在滑转情况的运动学模型.利用ADAMS和MATLAB对运动控制过程进...     

火星车有风热平衡试验环境模拟技术

为了保证火星车在火星表面能够正常工作,需要在地面模拟火星表面的有风热环境,包括风速、风向、气体温度、气体成分和压力等,完成火星车在火星表面有风热环境下的热平衡试验。针对火星表面有风热环境特点,开展低压风速模拟、低压风速测量、压力控制、温度控制等研究,利用现有的KM3E真空容器,在其内部增加特殊设计的风扇、导流装置、压力控制系统、气体温度控制系统、火星车姿态调整系统等,使KM3E具备火星表面有风热环境模拟条件。该模拟技术成功应用于火星车有风热平衡试验,充分验证了火星车热控系统设计,为火星车热分析模型提供了重要参考。     

缓冲/行走一体化着陆器运动学研究与步态规划

针对未来深空探测领域载人登陆、星表物资转运和基地建设等任务需求,提出了一种缓冲/行走一体化六足着陆器,并进行了步态规划和仿真校验。首先介绍了着陆器构型和驱动/吸能集成式缓冲器功能实现;其次,建立了UP+2UPS三自由度悬臂式腿足机构运动学模型,推导了以UP为主运动链的逆运动学,以及由UP主链旋转运动向2UPS支链伸缩运动的映射,并分析了其工作空间;第三,设计了行走与转弯步态,推导了足端迈步轨迹与各主动驱动关节伸缩轨迹之间的对应关系;最后,建立了该着陆器的虚拟样机模型,校验了腿足机构运动平稳性和着陆器步态行走稳定性。结果表明：所提出的着陆器腿足机构运动平稳,行走过程中本体无较大起伏和偏移、步态稳定裕度高,可为未来开展非确知复杂星表环境下的稳定着陆、移动探测、物资运输、基地建设等任务提供一种可行的装备方案。     

采用弱攻角补偿与脱敏设计的火星进入段制导

为提升火星进入段存在多种扰动时的制导末端精度,在现有三自由度脱敏设计的基础上,提出针对大气密度及升阻力系数波动的弱攻角补偿方法。通过攻角调整,协调升、阻力加速度测量值相对理论计算值的偏离程度,使加权形式的偏离程度指标趋近于1,从而降低气动参数波动对制导精度的影响。相平面分析和反证法证明了攻角调整过程的稳定性。蒙特卡洛仿真结果表明,该方法可达到较高的纵向末端状态精度。     

Design of a high performance suspension for lunar rover based on evolution

In this paper, we propose a new suspension for lunar rover called obverse and reverse four-linkage suspension (ORF-L suspension for short). Its two components are designed based on the evolutions of bogie and rocker. Firstly, we analyze the character of bogie and research the approach to improve its performance. Based on that research, an evolved mechanism of bogie is proposed, named obverse four-linkage. It has better capacity than bogie. In addition an evolved mechanism of rocker is also proposed, named reverse four-linkage. The bogie, rocker and their evolved mechanisms can compose four available suspensions including the interested ORF-L suspension. Because ORF-L suspension is composed of two evolved mechanisms, it has the highest performance. In order to check that, the performance comparison between ORF-L suspension and rocker-bogie suspension are carried out based on simulation. Finally, a prototype rover with ORF-L suspension is designed and manufactured. It shows excellent performance as expected.     

An innovative high accuracy autonomous navigation method for the Mars rovers

Autonomous navigation is an important function for a Mars rover to fulfill missions successfully. It is a critical technique to overcome the limitations of ground tracking and control traditionally used. This paper proposes an innovative method based on SINS (Strapdown Inertial Navigation System) with the aid of star sensors to accurately determine the rover?s position and attitude. This method consists of two parts: the initial alignment and navigation. The alignment consists of a coarse position and attitude initial alignment approach and fine initial alignment approach. The coarse one is used to determine approximate position and attitude for the rover. This is followed by fine alignment to tune the approximate solution to accurate one. Upon the completion of initial alignment, the system can be used to provide real-time navigation solutions for the rover. An autonomous navigation algorithm is proposed to estimate and compensate the accumulated errors of SINS in real time. High accuracy attitude information from star sensor is used to correct errors in SINS. Simulation results demonstrate that the proposed methods can achieve a high precision autonomous navigation for Mars rovers.     

勇气号和机遇号火星车定位方法评述

评述了应用于勇气号和机遇号火星车的无线电测控定位、航迹推算、太阳图像确定方位角、视觉测程、光束法平差定位、地面影像与高分辨率卫星影像对比等多种定位方法,分析了其精度、适用范围、进一步发展的潜力等,对中国探月二期工程以及以后的火星探测工程中的探测车定位具南谙餐作昂：     

欧洲“火星快车”探测器自行底盘概念设计的启示

通过对月球车和火星车的跟踪调研,重点介绍了俄罗斯所承担的欧洲空间局“火星快车”项目中火星车自行底盘概念的设计思想和具体实施情况。结合火星表面的复杂环境,研制方探讨了几种底盘结构设计方案,通过对比分析确立了6×6×4+4ш方案为优化方案;根据该优化方案研制的比例模型样机通过行走试验验证,结果表明自行底盘概念设计思想正确,有助于提高行星车在复杂地形中的运动能力、稳定性和可靠性。最后针对我国深空探测项目实施的需求,提出了拟开展工作建议。     

基于吊具吊点调节的航天器水平调节方法

水平调节是航天器吊装过程中质量控制和安全保障的重要环节。文章针对航天器吊装时不同状态的特点,提出了一种以传感器倾角为输入、吊点位置为输出的水平调节航天器的方法,并通过理论分析给出调节算法,最后通过软件仿真验证了新方法的有效性。     

火星探测出舱机构的识别定位与坡度测量

为实现火星探测两器分离过程中出舱机构的坡度测量,提出一种基于立体视觉技术的出舱机构识别定位与坡度测量方法。首先,采用特征匹配的方法对场景中的出舱机构进行识别定位。针对巡视器导航相机成像视角变化以及出舱机构倾角变化导致图像产生几何形变,火星表面光照因素的影响以及巡视器硬件的计算能力,并结合出舱机构自身特点,提出一种区域特征与Blob特征相融合的识别定位方法。采用加速鲁棒性特征（SURF）算法检测图像中的局部不变特征,并用最大稳定极值区域（MSER）算法检测图像最稳定极值区域,两种特征相融合之后构造SURF描述算子并进行特征匹配。同时,采用M估计抽样一致性（MSAC）算法计算对应点变换矩阵,实现出舱机构在场景中的初步定位。然后,通过对出舱机构上人工标志的精确定位以及三维重建,并采用主成分分析法进行平面拟合,实现出舱机构的坡度测量。试验结果表明,该方法对成像视角变化以及光照变化具有鲁棒性,提取的有效特征数以及计算时间均优于尺度不变特征变换（SIFT）算法,基本满足火星探测中出舱机构坡度测量要求。     

六轮摇臂式月球探测车协调驱动自适应模糊容错控制

为提高复杂和未知环境中六轮摇臂式月球探测车的驱动控制系统的可靠性,防止因执行器故障引起的月球车失控,提出一种基于滑转率的协调驱动自适应模糊容错控制方法。该方法用模糊逻辑系统逼近系统的未知动态和未知的故障函数,并通过所设计的误差补偿器来减少逼近误差对跟踪精度的影响。基于Lyapunov理论,证明了所设计的容错控制方案不但能使跟踪误差收敛到原点的小邻域内,而且通过适当增大设计参数的值,可使跟踪误差减小。此外,为便于应用给出了详细的容错控制器设计步骤,并对控制器中参数的选取给出了示例。仿真结果表明该控制律具有较高的控制精度,并且对外部干扰有很强的鲁棒性。

     

辐射器展开角度对航天器热控能力影响的研究

为了在有限的结构尺寸下提高航天器热控系统的散热能力，提出与流体回路耦合的可展开式辐射器热控方案，建立可展开式辐射器空间散热模型，分析辐射器不同展开角度下系统的热控特性。结果表明，随着辐射器展开角度的变化，辐射器吸收的空间热流也随之发生变化，并最终决定热控回路的流量分配。在工程应用中，基于热控流体回路，通过调节可展开式辐射器的展开角度，可以有效提高航天器热控系统的能力范围。