[发明专利]月球车轮速控制方法及使用该方法的月球车

说明书

技术领域

本发明属于航天控制领域，适用于拥有六轮摇杆悬吊式悬架移动系统且各轮均独立驱动的月球车，特别是一种月球车轮速控制方法及使用该方法的月球车。

背景技术

人类对月球的探测始于1958年。到目前为止，已发射66个探测器，大部分探测集中在20世纪60-70年代。月球车在人类探月活动中扮演着极其重要的角色。它是携带各种考察仪器在月球表面完成特定科学探测任务的车辆，然后月球表面地形复杂，所以月球车的行走性能关系到月面探测任务的执行能力和效果，月球车的行走系统必须要有良好的通过性和平顺性，较好的地形适应能力，能过实现一定程度的越障功能。

月球车在月壤上行走的时候，当不同的轮子所在地面的坡度和轨迹不同的时候，车轮和地面的夹角也会不同，且随时间而变化，那么车轮所需要的转速也会随时间而变化。月球地面泥土松散，如果对车轮进行统一驱动，必然会导致车轮打滑，由此会导致月球车能量的浪费，更可怕的是可能导致车轮深陷月壤之中不能前进。所以，对月球车的六个车轮进行单独控制显得尤为重要。

经过对现有技术的检索发现，一种月球车多规律仿真测试系统(中国申请号201110227848.4)，虽然建立了较为完整的仿真系统，可是在车轮滑转率方面仅仅提出了测量，而没有做如何减小滑转率的研究，由车轮的打滑会造成能源的消耗，这对于有限且宝贵的月球车能源的节约是极为不利的。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种减小滑转率、降低能耗的月球车轮速控制方法及使用该方法的月球车。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种月球车轮速控制方法，包括如下步骤：

步骤1，启动月球车，并驱动车轮；

步骤2，计算车轮的速度；

步骤3，根据计算的车轮在当前地形下不打滑的转速，再对车轮的轮速进行调整。

优选地，所述步骤2包括：

步骤2.1，建立固定坐标系O-xyz，月球车前进的方向为y方向，垂直地面向上为z方向；在月球车上，设与主摇臂直接形成旋转副的车轮为A轮，在A轮轮心建立坐标系A-xyz；设主摇臂和副摇臂形成旋转副的点为P点，在P点建立坐标系P-xyz；设与副摇臂形成旋转副的两个车轮中相对远离副摇臂的轮子为C轮，相对靠近副摇臂的轮子为B轮，在B轮、C轮的轮心分别建立坐标系B-xyz、C-xyz；

步骤2.2，在月球车上安装位置传感器，设车身的位置传感器所在的点为M；月球车单侧的车轮转速如下：

步骤2.2.1，在坐标系A-xyz里得到向量AM的具体数值，AM表示A轮轮心到车身位置传感器M点的向量；令坐标系A-xyz到坐标系O-xyz的旋转矩阵为^AT_O，其中η＝-α-θ，α为月球车在O-xyz的x方向的顺时针旋转角度；θ为主摇臂的旋转角度；

由表达式：

OA+^AT_O·AM＝OM

其中，OA表示固定坐标系原点O到A轮轮心的向量，OM表示固定坐标系原点O到车身位置传感器M点的向量；

整理得：OA＝OM-^AT_O·AM，A轮的转速V_A为：其中r为车轮的半径，为向量OA求导后的2-范数；

步骤2.2.2，在坐标系P-xyz里得到向量PM的具体数值，其中，PM表示主摇臂和副摇臂形成旋转副的P点到车身位置传感器M点的向量。令坐标系P-xyz到坐标系B-xyz的旋转矩阵为^PT_B，令坐标系B-xyz到坐标系O-xyz的旋转矩阵为^BT_O，其中α为月球车在O-xyz的x方向的顺时针旋转角度；θ为主摇臂的旋转角度；为副摇臂的旋转角度；

旋转矩阵^PT_B的形式如下：

其中

由表达式：

BP+^PT_B·PM＝BM

OB+^BT_O·BM＝OM

其中，OB表示固定坐标系原点O到B轮轮心的向量，BM表示B轮轮心到车身位置传感器M点的向量，OM表示固定坐标系原点O到车身位置传感器M点的向量，BP是指在坐标系B-xyz环境下，B点到P点的向量，CP是指在坐标系C-xyz环境下，C点到P点的向量；