月球車輪速控制方法及使用該方法的月球車的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于航天控制領(lǐng)域，適用于擁有六輪搖桿懸吊式懸架移動系統(tǒng)且各輪均獨 立驅(qū)動的月球車，特別是一種月球車輪速控制方法及使用該方法的月球車。
【背景技術(shù)】
[0002] 人類對月球的探測始于1958年。到目前為止，已發(fā)射66個探測器，大部分探測集中 在20世紀(jì)60-70年代。月球車在人類探月活動中扮演著極其重要的角色。它是攜帶各種考察 儀器在月球表面完成特定科學(xué)探測任務(wù)的車輛，然后月球表面地形復(fù)雜，所W月球車的行 走性能關(guān)系到月面探測任務(wù)的執(zhí)行能力和效果，月球車的行走系統(tǒng)必須要有良好的通過性 和平順性，較好的地形適應(yīng)能力，能過實現(xiàn)一定程度的越障功能。
[0003] 月球車在月壤上行走的時候，當(dāng)不同的輪子所在地面的坡度和軌跡不同的時候， 車輪和地面的夾角也會不同，且隨時間而變化，那么車輪所需要的轉(zhuǎn)速也會隨時間而變化。 月球地面泥±松散，如果對車輪進(jìn)行統(tǒng)一驅(qū)動，必然會導(dǎo)致車輪打滑，由此會導(dǎo)致月球車能 量的浪費，更可怕的是可能導(dǎo)致車輪深陷月壤之中不能前進(jìn)。所W，對月球車的六個車輪進(jìn) 行單獨控制顯得尤為重要。
[0004] 經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，一種月球車多規(guī)律仿真測試系統(tǒng)（中國申請?zhí)?201110227848.4)，雖然建立了較為完整的仿真系統(tǒng)，可是在車輪滑轉(zhuǎn)率方面僅僅提出了測 量，而沒有做如何減小滑轉(zhuǎn)率的研究，由車輪的打滑會造成能源的消耗，運對于有限且寶貴 的月球車能源的節(jié)約是極為不利的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種減小滑轉(zhuǎn)率、降低能耗的月球 車輪速控制方法及使用該方法的月球車。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種月球車輪速控制方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟1，啟動月球車，并驅(qū)動車輪；
[000引步驟2,計算車輪的速度；
[0009] 步驟3,根據(jù)計算的車輪在當(dāng)前地形下不打滑的轉(zhuǎn)速，再對車輪的輪速進(jìn)行調(diào)整。
[0010] 優(yōu)選地，所述步驟2包括：
[0011] 步驟2.1，建立固定坐標(biāo)系0-xyz，月球車前進(jìn)的方向為y方向，垂直地面向上為Z方 向；在月球車上，設(shè)與主搖臂直接形成旋轉(zhuǎn)副的車輪為A輪，在A輪輪屯、建立坐標(biāo)系A(chǔ)-xyz;設(shè) 主搖臂和副搖臂形成旋轉(zhuǎn)副的點為P點，在P點建立坐標(biāo)系P-xyz ;設(shè)與副搖臂形成旋轉(zhuǎn)副的 兩個車輪中相對遠(yuǎn)離副搖臂的輪子為C輪，相對靠近副搖臂的輪子為B輪，在B輪、C輪的輪屯、 分別建立坐標(biāo)系B-xyz、C-xyz;
[0012] 步驟2.2,在月球車上安裝位置傳感器，設(shè)車身的位置傳感器所在的點為M;月球車 單側(cè)的車輪轉(zhuǎn)速如下：
[001引步驟2.2.1，在坐標(biāo)系A(chǔ)-xyz里得至晌量AM的具體數(shù)值，AM表示A輪輪屯翊車身位置傳 感器M點的向量;令坐標(biāo)系A(chǔ)-xyz到坐標(biāo)系0-xyz的旋轉(zhuǎn)矩陣為ATo， 其中n = -a-0，a為月球車在0-xyz的X方向的順時針旋轉(zhuǎn)角度;0為主搖臂的旋轉(zhuǎn)角度；
[0014]由表達(dá)式：
[001 引 OA+At日.AM=OM
[OOW 其中，OA表示固定坐標(biāo)系原點昭IjA輪輪屯、的向量，OM表示固定坐標(biāo)系原點昭Ij車身 位置傳感器M點的向量；
[0017] 整理得:OA = OM-ATo ? AM,A輪的轉(zhuǎn)速Va為：其中r為車輪的半徑，0^4 為向量OA求導(dǎo)后的2-范數(shù)；
[0018] 步驟2.2.2,在坐標(biāo)系P-xyz里得到向量PM的具體數(shù)值，其中，PM表示主搖臂和副搖 臂形成旋轉(zhuǎn)副的P點到車身位置傳感器M點的向量。令坐標(biāo)系P-xyz到坐標(biāo)系B-xyz的旋轉(zhuǎn)矩 陣為PTb，令坐標(biāo)系B-xyz到坐標(biāo)系0-xyz的旋轉(zhuǎn)矩陣為呵〇，
，其中 ^二-a - 0 -巧，a為月球車在0-xyz的X方向的順時針旋轉(zhuǎn)角度；0為主搖臂的旋轉(zhuǎn)角度；解為 副搖臂的旋轉(zhuǎn)角度；
[0019] 旋轉(zhuǎn)矩陣PTb的形式如下： -1 0 0
[0020] 呼3 = .0 cos()' -sin 分.，其中:沒二一0; 0 sin S COSiJ
[00別]由表達(dá)式：
[0022] BP+% ? PM=BM
[0023] OB+^To -BM=OM
[0024] 其中，OB表示固定坐標(biāo)系原點昭化輪輪屯、的向量，BM表示B輪輪屯、到車身位置傳感 器M點的向量，OM表示固定坐標(biāo)系原點昭Ij車身位置傳感器M點的向量;整理得:OB = OM-BTo ? BM，B輪的轉(zhuǎn)速為：
為向量OB求導(dǎo)后的2-范數(shù)；
[0025] 步驟2.3，令坐標(biāo)系P-xyz到坐標(biāo)系C-巧Z的旋轉(zhuǎn)矩陣為PTc，令坐標(biāo)系C-xyz到坐標(biāo) 系0-xyz的旋轉(zhuǎn)矩陣為吁0， -1 0 0
[0026] 吁O= 0 COSCT -sin燈，其中￡7 =-化-分-夢，a為月球車在0-巧Z的X方向的順時 0 站打貸 COSCT 針旋轉(zhuǎn)角度;0為主搖臂的旋轉(zhuǎn)角度；為副搖臂的旋轉(zhuǎn)角度；
[0027]旋轉(zhuǎn)矩陣PTc的形式如下： "1 0 0
[002引 呼C'=. 0 COsr -sin r，其中 r 二-'終； 0 sin T COS T
[0029] 由表達(dá)式：
[0030] CP+PTc ? PM=CM
[0031] OC+^To -CM=OM
[0032] 其中，OC表示固定坐標(biāo)系原點昭IjC輪輪屯、的向量，CM表示C輪輪屯、至Ij車身位置傳感 器M點的向量，OM表示固定坐標(biāo)系原點昭Ij車身位置傳感器M點的向量;整理得:OC = OM-% ? CM，C輪的轉(zhuǎn)速為：
為向量OC求導(dǎo)后的2-范數(shù)。
[0033] -種月球車，所述月球車采用月球車輪速控制方法。
[0034] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：
[0035] 1、通過對月球車的六個輪子進(jìn)行單獨驅(qū)動，可W根據(jù)車輪所在地形的坡度實時對 輪速進(jìn)行調(diào)整，能降低的車輪的打滑率，避免了車輪在月壤中下陷事故的發(fā)生。
[0036] 2、降低的月球車能量的浪費，為寶貴的月球車能源提供了節(jié)約的保障，使月球車 在同等的條件下能夠完成更多的任務(wù)，達(dá)到更長時間續(xù)航工作的目的。
【附圖說明】
[0037] 通過閱讀參照W下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征目 的和優(yōu)點將會變得更明顯。
[0038] 圖1為本發(fā)明月球車輪速控制方法及使用該方法的月球車的控制流程圖。
【具體實施方式】
[0039] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。W下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不W任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可W做出若干變化和改進(jìn)。運些都屬于本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
[0040] 如圖1所示，本發(fā)明提供的一種月球車輪速控制方法，包括：
[0041] 建立月球車的數(shù)學(xué)模型：設(shè)月球車前進(jìn)方向為固定坐標(biāo)系0-xyz的y方向，垂直地 面向上為Z方向；設(shè)與主搖臂直接形成旋轉(zhuǎn)副的車輪為A輪，在A輪輪屯、建立坐標(biāo)系A(chǔ)-xyz;設(shè) 主搖臂和副搖臂形成旋轉(zhuǎn)副的點為P點，在P點建立坐標(biāo)系P-xyz，與副搖臂直接形成旋轉(zhuǎn)副 的車輪有兩個，令外側(cè)的輪子為C輪，中間的輪子為B輪，在B、C輪的輪屯、建立坐標(biāo)系B-xyz、 C-巧Z。為了便于理解，不妨設(shè)坐標(biāo)系A(chǔ)-巧Z、B-巧Z、C-巧Z、P-巧Z的初始位姿和0-巧Z相同。
[0042] 安裝傳感器:在月球車的車身上安裝位置傳感器、角度傳感器，用于收集月球車 的位置信息和它在0-xyz的X方向的旋轉(zhuǎn)角度信息，取順時針為正方向，令其旋轉(zhuǎn)的角度為 曰;在主搖臂和車體形成旋轉(zhuǎn)副的點安裝角度傳感器，用于測量主搖臂的旋轉(zhuǎn)