基于RTAI的多關(guān)節(jié)式月球車運動控制研究.pdf

1、根據(jù)多關(guān)節(jié)式月球車的機構(gòu)特征和多電機獨立驅(qū)動下多運動模式協(xié)調(diào)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(yīng)用接口）的開放式月球車運動控制平臺及其相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)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(diào)運動關(guān)鍵實現(xiàn)方法展開了深入研究，為基于Linux的實時多任務(wù)運動控制平臺在航天工程中的應(yīng)用提供基礎(chǔ)。
　　首先以多

2、關(guān)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(gòu)特點，提出一種基于月面地形特征的非結(jié)構(gòu)化地形分類法的多運動模式運動控制策略。將多關(guān)節(jié)式月球車的運動模式分為被動適應(yīng)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(fù)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(chǔ)上建立了在月球車車體和運動關(guān)節(jié)的運動坐標系下極端復(fù)雜地形中月球車運動學(xué)模型，為多關(guān)節(jié)獨立驅(qū)動月球車的實時協(xié)調(diào)控制技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

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(fù)雜性和提高系統(tǒng)的可靠性，構(gòu)建一種基于RTAI，采用軟運動控制方案構(gòu)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(chǔ)，用RTAI線程建立了月球車系統(tǒng)多任務(wù)結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)發(fā)的方式簡化月球車系統(tǒng)的通信結(jié)構(gòu)。最后以多關(guān)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(yīng)用提供了應(yīng)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(shù)的實時控制系統(tǒng)設(shè)計方法，并以此作為開發(fā)運動控制算法的原型設(shè)計工具，減少系統(tǒng)設(shè)計周期和提高系統(tǒng)設(shè)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(guān)節(jié)式月球車為研究對象，對月球車多輪獨立驅(qū)動下的協(xié)調(diào)控制的實時RTAI模型進行了研究。著重研究了多關(guān)節(jié)多輪獨立驅(qū)動月球車協(xié)調(diào)控制的實時RTAI實現(xiàn)技術(shù)。
　　針對月球車控制系統(tǒng)平臺的要求，以實時多任務(wù)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(wù)平臺的中斷處理器和任務(wù)調(diào)度器的設(shè)計和實現(xiàn)方法等，并提出了基于驅(qū)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(wù)開放式平

6、臺的實現(xiàn)提供理論依據(jù)。
　　構(gòu)建基于RTAI的多關(guān)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(yīng)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(guān)節(jié)式月球車運動控制的正確性。結(jié)果表明，與普通 Linux下多關(guān)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