面向月球车连续遥操作的预测显示技术研究

论文摘要

近些年来,全世界范围内掀起了新一轮的探月高潮,中国也提出了自己的“嫦娥”探月计划。月球车是“落月探测”中重要组成部分。基于预测显示的连续遥操作技术,能够实现对月球车的有效控制。本文主要针对月球车连续遥操作过程中的预测显示技术进行了研究。本文在已取得的轮地接触力学研究成果的基础上,基于加拿大CMLabs公司开发的Vortex动力学平台,针对月球车的移动系统开发出了一款实时高保真度月球车预测仿真平台——ROSTDyn,并对其实时性进行了测试,为连续遥操作的预测显示提供了基础平台。在该平台的基础上,针对基于预测显示进行月球车连续遥操作的一些关键技术进行了研究:对基于预测显示的连续遥操作系统进行了设计,分析了遥操作系统的中所存在的时延,同时对连续遥操作系统的工作流程进行了分析。本课题详细分析了遥操作过程中存在的预测误差,并基于月球车轮地相互作用力学模型,系统地研究了预测显示的模型误差在线修正理论,提出了预测模型在线修正算法,最后采用ROSTDyn预测仿真平台对其进行了验证。本文对于月球车的连续遥操作系统的稳定性和透明性也进行了理论分析和研究,为后续连续遥操作系统的实现提供理论指导。本文利用月球车原理样机对所开发的月球车预测仿真平台的预测精度进行验证。根据两组试验:爬坡试验和横过斜坡试验,对滑转率、沉陷量和轮地相互作用力等的试验结果和仿真结果进行了对比,证明ROSTDyn具有较高的预测精度,满足连续遥操作预测显示的需要。本文通过对预测显示仿真平台的研发,以及连续遥操作系统中的相关技术的研究,为后续基于预测显示进行月球车连续遥操作系统的实现奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究背景
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究背景及意义
• 1.2 研究现状及分析
• 1.2.1 虚拟现实技术的发展状况
• 1.2.2 星球车的仿真技术发展
• 1.2.3 大时延遥操作技术
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 月球车预测显示仿真平台研究
• 2.1 引言
• 2.2 动力学仿真软件的选择
• 2.3 ROSTDYN仿真平台的设计开发
• 2.3.1 月球车模型创建模块
• 2.3.2 月球车操作控制模块
• 2.3.3 地形创建模块
• 2.3.4 轮地接触区域求解模块
• 2.3.5 轮地接触力求解模块
• 2.3.6 模块综合
• 2.3.7 操作界面
• 2.4 实时性测试与分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 连续遥操作系统分析及预测模型在线修正研究
• 3.1 引言
• 3.2 系统总体构成及时延分析
• 3.2.1 遥操作系统总体设计
• 3.2.2 时延分析
• 3.3 连续遥操作控制指令研究
• 3.4 预测模型在线修正研究
• 3.4.1 模型误差分析
• 3.4.2 反馈信息及误差的处理
• 3.4.3 模型误差修正
• 3.4.4 基于预测模型在线修正的遥操作系统研究
• 3.4.5 模型在线修正系统仿真
• 3.5 遥操作系统的稳定性和透明性分析
• 3.5.1 稳定性分析
• 3.5.2 透明性分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 预测显示仿真平台的试验验证
• 4.1 引言
• 4.2 月球车原理样机及试验平台简介
• 4.3 六维力/力矩传感器的标定
• 4.4 试验结果及分析
• 4.4.1 爬坡保真度验证
• 4.4.2 横过斜坡保真度验证
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢