软质地面环境下月球车虚拟仿真平台关键技术研究

论文摘要

2004年我国已启动“嫦娥工程”,月球车的研究是国家月球探测任务发展的需要。月球车是月球探测工程的重要组成部分,也是实现月球探测目标不可缺少的重要媒介。月球车是用于复杂地形探测的移动机器人,其设计涉及到多个学科领域,是人工智能、自动控制、机构学、信息技术及计算机技术等高新技术的结晶。仿真无疑是提高设计效率、降低设计成本的有效手段。仿真技术已成为月球车研究乃至探月计划的一个重要组成部分。论文以上海航天局与上海交通大学合作的“月球车仿真平台预研项目”为背景,考虑软质月面对月球车行进的影响,建立基于虚拟现实技术的月球车虚拟仿真平台,仿真并测试软质月面对月球车的运动学与动力学特性影响,为真实月球车的设计和控制提供虚拟实验平台。论文研究了基于Bekker的轮—地动力学模型,在轮—土仿真软件AS2TM中建立并分析了月球车的软质月面动力学特性,获得典型轨迹下分析数据,开发了与仿真平台的双向集成接口；建立了基于Vortex的月球车运动学模型,并将软质月面动力学模型和基于SGI OpenGL Performer的视景仿真模块有机集成在一个平台中,实现了具备考察月球车在软质月面环境下动力学功能的虚拟仿真平台；论文最后给出了应用的实例,将2号和3号原型车同时放在月球车虚拟仿真平台中进行仿真和校验测试。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 月球车仿真系统国内外研究现状
• 1.3.2 车轮力学特性的国内外研究现状
• 1.4 本论文的主要研究工作
• 第二章 月球车仿真平台系统架构及实现技术
• 2.1 引言
• 2.2 虚拟现实技术简介
• 2.2.1 虚拟现实的概念
• 2.2.2 虚拟现实系统的当前研究领域
• 2.2.3 虚拟现实技术未来的发展方向
• 2.3 三维视景开发软件OpenGL Performer
• 2.3.1 OpenGL Performer组成与特性
• 2.3.2 OpenGL Performer应用程序的结构分析
• 2.3.3 OpenGL Performer节点类型
• 2.4 多体动力学虚拟仿真系统Vortex
• 2.4.1 Vortex的组成与特性
• 2.4.2 Vortex的实现原理
• 2.4.3 Vortex的主要应用领域
• 2TM'>2.5 轮—土分析软件AS²TM
• 2.6 本章小结
• 第三章 软质月面分析系统与月球车仿真平台双向集成技术的研究
• 3.1 引言
• 2TM的接口技术'>3.2 仿真平台地形信息与AS²TM的接口技术
• 3.2.1 数字月面地形信息的提取
• 3.2.2 编写路谱文件
• 3.3 仿真实验数据的分析与应用
• 3.4 本章小结
• 第四章 月球车虚拟仿真平台的实现
• 4.1 引言
• 4.2 仿真平台构架
• 4.3 基于Vortex的运动学与动力学仿真模块的构建
• 4.3.1 初始化Vortex仿真环境
• 4.3.2 符合真实质量特性的车体建模
• 4.3.3 仿真月面环境的建立
• 4.3.4 月球车的驱动
• 4.4 基于OpenGL Performer的视景仿真模块的构建
• 4.4.1 Performer程序基本结构
• 4.4.2 基于粒子系统的视景仿真特效的实现
• 4.4.3 车轮沉陷特效在视景仿真中的实现
• 4.5 仿真平台的实现
• 4.6 本章小结
• 第五章 月球车虚拟仿真平台的应用
• 5.1 引言
• 5.2 仿真平台的立体视觉设计
• 5.3 仿真平台对新样车的适应性研究
• 5.4 基于仿真平台的多漫游车协作仿真
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文结论
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者从事科学研究和学习简历