基于RTAI的多關節(jié)式月球車運動控制研究.pdf

1、根據(jù)多關節(jié)式月球車的機構特征和多電機獨立驅動下多運動模式協(xié)調運動控制強實時性、高穩(wěn)定可靠的要求，本文開展了基于RTAI（ Real-Time Application Interface，實時應用接口）的開放式月球車運動控制平臺及其相關關鍵技術的研究，并對實時Linux下車輪的伺服特性和苛刻地形中基于RTAI的月球車協(xié)調運動關鍵實現(xiàn)方法展開了深入研究，為基于Linux的實時多任務運動控制平臺在航天工程中的應用提供基礎。
　　首先以多

2、關節(jié)式六圓柱-圓錐輪式月球車為研究對象，根據(jù)此類月球車的機構特點，提出一種基于月面地形特征的非結構化地形分類法的多運動模式運動控制策略。將多關節(jié)式月球車的運動模式分為被動適應地形運動模式、輪步運動模式、主動越障運動模式及跨越壕溝運動模式。分析不同運動模式在復雜月面地形中運動的特點及多模式運動規(guī)劃方法，并在此基礎上建立了在月球車車體和運動關節(jié)的運動坐標系下極端復雜地形中月球車運動學模型，為多關節(jié)獨立驅動月球車的實時協(xié)調控制技術奠定了基礎。

3、
　　以開源系統(tǒng)Linux為平臺，通過所開發(fā)的軟件完成運動控制的所有工作，為減小系統(tǒng)硬件的復雜性和提高系統(tǒng)的可靠性，構建一種基于RTAI，采用軟運動控制方案構建的強實時運行平臺。根據(jù)月球車控制系統(tǒng)和RTAI的特點，開發(fā)基于RTAI的開放式月球車系統(tǒng)平臺。以線程合作模型為基礎，用RTAI線程建立了月球車系統(tǒng)多任務結構模型。深入討論了基于RTAI的月球車控制系統(tǒng)通信的實現(xiàn)方法，以指令中繼轉發(fā)的方式簡化月球車系統(tǒng)的通信結構。最后以多關節(jié)

4、式月球車為例，實現(xiàn)了基于RTAI操作系統(tǒng)平臺的月球車控制系統(tǒng)，為基于RTAI的開放式實時平臺在月球車控制系統(tǒng)中的應用提供了應用實例。
　　為進一步探求基于RTAI的實時運動控制平臺的性能和實現(xiàn)方法的便捷性，提出了一種基于RTAI-Lab技術的實時控制系統(tǒng)設計方法，并以此作為開發(fā)運動控制算法的原型設計工具，減少系統(tǒng)設計周期和提高系統(tǒng)設計可靠性。為驗證RTAI純軟件硬實時運動控制的實時性，研究了RTAI的實時延時性和抖動性對電機控制的

5、影響。然后以多關節(jié)式月球車為研究對象，對月球車多輪獨立驅動下的協(xié)調控制的實時RTAI模型進行了研究。著重研究了多關節(jié)多輪獨立驅動月球車協(xié)調控制的實時RTAI實現(xiàn)技術。
　　針對月球車控制系統(tǒng)平臺的要求，以實時多任務為目標，給出了通用性平臺提高實時性的實現(xiàn)方法，主要對開源系統(tǒng)Linux下實時多任務平臺的中斷處理器和任務調度器的設計和實現(xiàn)方法等，并提出了基于驅動程序和軟中斷通信機制的兩種實時通信方法，為基于實時操作系統(tǒng)的多任務開放式平

6、臺的實現(xiàn)提供理論依據(jù)。
　　構建基于RTAI的多關節(jié)六圓柱-圓錐輪式月球車運動控制實驗平臺，對月球車在被動適應地形的運動模式、輪步運動模式、主動越障模式及跨越壕溝運動模式下，基于RTAI的運動控制平臺及普通Linux下的運動控制平臺的耗時和運動精度進行測試，驗證基于RTAI的多關節(jié)式月球車運動控制的正確性。結果表明，與普通 Linux下多關節(jié)式月球車運動控制平臺相比，基于RTAI的月球車控制平臺耗時得到了較大幅度的較少，且運動精度