四輪月球車的運動控制和路徑跟蹤研究.pdf

1、月球車在月球表面運動過程中存在側(cè)滑、打滑、轉(zhuǎn)向滑移，通常條件下的運動控制和路徑跟蹤算法已經(jīng)不再適用。要解決以上問題，需要建立包含滑移的運動學(xué)模型和具有滑移補(bǔ)償?shù)穆窂礁櫵惴?，并且通過建立一個穩(wěn)定且精確的運動控制系統(tǒng)來保證月球車能按照所建的模型和算法行駛。
　　本文首先利用工業(yè)機(jī)器人D-H方法建立四輪月球車在滑移條件下的正、逆運動學(xué)模型，該運動學(xué)模型可以很好的反映出月球車在崎嶇地形中的位姿以及車體與車輪之間的速度關(guān)系，為四輪月球車的

2、運動控制奠定了理論基礎(chǔ)。
　　由于月球車在實際行駛過程中存在各種滑移，導(dǎo)致其行駛路徑偏差，為了有效的提高月球車在滑移路況中的路徑跟蹤精度。本文提出一種具有滑移補(bǔ)償功能的路徑跟蹤算法。該算法基于受非完整約束情況下的運動學(xué)模型，利用前車輪進(jìn)行路經(jīng)跟蹤，后車輪補(bǔ)償滑移誤差的控制策略，通過實時測量和估計車體質(zhì)心和路徑參考點之間的距離、航向誤差和車體滑移角，結(jié)合一種非線性控制率，減小位置和航向誤差。通過理論證明該算法理論上能有效地補(bǔ)償月球車

3、由于側(cè)滑及車輪的打滑和轉(zhuǎn)向滑移引起的路徑誤差。
　　為驗證路徑跟蹤算法的有效性，利用MATLAB和ADAMS聯(lián)合仿真技術(shù)來構(gòu)建路徑跟蹤仿真方法。該方法通過ADAMS建立四輪月球車的仿真模型以及驅(qū)動和位置等測量模型，通過MATLAB/Simulink和ADAMS/Controls的接口將控制策略和四輪月球車仿真模型連接起來，建立反饋閉環(huán)控制回路，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和互傳。仿真結(jié)果表明：所提出的基于MATLAB和ADAMS聯(lián)合技術(shù)的路徑跟

4、蹤仿真方法具有靈活性大、控制策略和仿真參數(shù)易于修改等優(yōu)點。
　　為驗證控制算法和控制系統(tǒng)的正確性，構(gòu)建四輪月球車原理樣機(jī)的軟硬件運動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以NI7350運動控制卡、傳感器和maxon電機(jī)伺服放大器等為硬件平臺，并基于TCP/IP通訊的遙操作控制平臺，利用Client/Server模式，用VC++編寫了四輪月球車遠(yuǎn)程操控端程序和車載控制系統(tǒng)程序。通過對四輪月球車越障、爬坡，帶半徑轉(zhuǎn)彎和原地轉(zhuǎn)彎等各種基本運動控制，表明該運動