專利名稱：一種適用于月面巡視器的通用移動控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及空間探測技術領域，尤其涉及一種適用于月面巡視器的通用移動控制方法。
背景技術：
中國探月工程分為“繞、落、回”三個階段，目前正在進行第二階段的工作，即在月面軟著陸釋放月面巡視探測器在月球表面進行漫游，利用器載的科學探測設備對月球進行近距離考察。巡視器在月球表面工作時、在地面內場試驗、外場試驗過程中，具有多種復雜的移動方式，如直行、原地轉向、行進間轉向、差速轉向等，每種移動方式又由多個分解動作組成，因此需要制定巡視器的移動方法，并對巡視器的移動進行控制。但如果單獨制定每個巡視器移動方法，通常需要經過復雜的設計、計算、仿真、驗證，耗時長、效率低。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種適用于月面巡視器的通用移動控制方法，從巡視器的移動方式中抽出基本移動控制單元，使用各單元的組合可以實現(xiàn)無障礙的平面環(huán)境下巡視器在任意兩個位置之間的轉移和航向調整，特別適合于巡視器在月面的盲走控制，以及地面測試過程中內場試驗和外場試驗時的轉移過程。本發(fā)明的目的是通過下述技術方案實現(xiàn)的:步驟一:首先確定8種控制單元，其中控制單元I至4在移動多電機控制方式下使用，控制單元5至8在GNC算法控制方式下使用；下面進行具體說明:I)控制單元I至4均對4個轉向電機與6個驅動電機進行控制；4個轉向電機分為左側轉向電機和右側轉向電機兩類，其中左側轉向電機包括左前轉向電機和左后轉向電機，右側轉向電機包括右前轉向電機和右后轉向電機；6個驅動電機分為左側驅動電機和右側驅動電機兩類，其中左側驅動電機包括左前驅動電機、左中驅動電機和左后驅動電機，右側驅動電機包括右前驅動電機、右中驅動電機和右后驅動電機；控制單元I包括a直行前進和b直行停止；a.直行前進，根據(jù)需要設置控制時間；4個轉向電機的電機速度均設為0，轉向角度均設為0 ;左側驅動電機的3個電機速度均設為10度/秒，右側驅動電機的3個電機速度均設為-10度/秒；b.直行停止，在需要緊急停止時使用；4個轉向電機的電機速度均設為0，轉向角度均設為0 ;6個驅動電機的電機速度均設為0 ; 控制單元2包括a直行后退和b直行停止；a.直行后退，根據(jù)需要設置控制時間；4個轉向電機的電機速度均設為0，轉向角度均設為0 ;左側驅動電機的3個電機速度均設為-10度/秒，右側驅動電機的3個電機速度均設為10度/秒；
b.直行停止，在需要緊急停止時使用；4個轉向電機的電機速度均設為0，轉向角度均設為0 ;6個驅動電機的電機速度均設為0 ;控制單元3包括:a原地轉彎狀態(tài)設置、b原地左轉、c原地轉彎停止和d原地轉彎狀態(tài)恢復；a.原地轉彎狀態(tài)設置:左前轉向電機和右后轉向電機的電機速度均設為5度/秒，轉向角度均設為57度；左后轉向電機和右前轉向電機的電機速度均設為-5度/秒，轉向角度均設為-57度；6個驅動電機的電機速度均設為0 ;b.原地左轉，根據(jù)需要設置控制時間:左前轉向電機和右后轉向電機的電機速度均設為0，轉向角度均設為57度；左后轉向電機和右前轉向電機的電機速度均設為0，轉向角度均設為-57度；左前驅動電機、左后驅動電機、右前驅動電機和右后驅動電機的電機速度均設為-20度/秒；左中驅動電機和右中驅動電機速度均設為-12度/秒；c.原地轉彎停止，在需要緊急停止時使用；左前轉向電機和右后轉向電機的電機速度均設為0，轉向角度均設為57度；左后轉向電機和右前轉向電機的電機速度均設為0，轉向角度均設為-57度；6個驅動電機的電機速度均設為0 ;d.原地轉彎狀態(tài)恢復；左前轉向電機和右后轉向電機的電機速度均設為5度/秒，轉向角度均設為0 ;左后轉向電機和右前轉向電機的電機速度均設為-5度/秒，轉向角度均設為0 ;6個驅動電機的電機速度均設為0 ;控制單元4包括:a原地轉彎狀態(tài)設置、b原地右轉、c原地轉彎停止和d原地轉彎狀態(tài)恢復；a.原地轉彎狀態(tài)設置；左前轉向電機和右后轉向電機的電機速度均設為5度/秒，轉向角度均設為57度；左后轉向電機和右前轉向電機的電機速度均設為-5度/秒，轉向角度均設為-57度；6個驅動電機的電機速度均設為0 ;b.原地右轉，根據(jù)需要設置控制時間:左前轉向電機和右后轉向電機的電機速度均設為0，轉向角度均設為57度；左后轉向電機和右前轉向電機的電機速度均設為0，轉向角度均設為-57度；左前驅動電機、左后驅動電機、右前驅動電機和右后驅動電機的電機速度均設為20度/秒；左中驅動電機和右中驅動電機速度均設為12度/秒；c.原地轉彎停止，在需要緊急停止時使用；左前轉向電機和右后轉向電機的電機速度均設為0，轉向角度均設為57度；左后轉向電機和右前轉向電機的電機速度均設為0，轉向角度均設為-57度；6個驅動電機的電機速度均設為0 ;d.原地轉彎狀態(tài)恢復；左前轉向電機和右后轉向電機的電機速度均設為5度/秒，轉向角度均設為0 ;左后轉向電機和右前轉向電機的電機速度均設為-5度/秒，轉向角度均設為0 ;6個驅動電機的電機速度均設為0 ;2)控制單元5，GNC算法控制下的直行前進:閉環(huán)控制，期望運動曲率設為0，期望運動里程設為0，期望運動時間根據(jù)需要設定；控制單元6，GNC算法控制下的直行后退:閉環(huán)控制，期望運動曲率設為0，期望運動里程設為0，期望運動時間根據(jù)需要設定；控制單元7，GNC算法控制下的原地左轉:原地轉彎角度根據(jù)需要設定；控制單元8，GNC算法控制下的原地右轉:原地轉彎角度根據(jù)需要設定；步驟二:選擇每種基本控制單元進行組合并且移動到目標點，具體步驟如下:
I)確定月面巡視器的控制方式；如果月面巡視器使用移動多電機控制方式，則使用控制單元I 4 ;如果月面巡視器使用GNC算法控制方式，則使用控制單元5 8 ; 2 )根據(jù)月面巡視器初始航向角和目標位置調整月面巡視器航向角，首先確定月面巡視器當前位置A點與目標位置B點連線方向和月面巡視器當前方向所成的夾角a，月面巡視器當前方向定義為+X方向并判斷目標位置B點在當前+X方向的左側或右側，之后按照如下方法調整航向角:a.如果目標位置在當前+X方向的右側，且夾角a彡90度，使用控制單元4或8原地右轉將+X方向對準目標位置；b.如果目標位置在當前+X方向的左側，且夾角a彡90度，使用控制單元3或7原地左轉將+X方向對準目標位置；c.如果目標位置在當前+X方向的右側，且夾角a >90度，使用控制單元3或7原地左轉將-X方向對準目標位置；d.如果目標位置在當前+X方向的左側，且夾角a >90度，使用控制單元4或8原地右轉將-X方向對準目標位置；3)直行移動a.經過航向角調整后，如果當前+X方向對準目標位置，使用控制單元I或5直行前進，移動到目標位置；

b.經過航向角調整后，如果當前-X方向對準目標位置，使用控制單元2或6直行后退，移動到目標位置。本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明從巡視器的移動方式中抽出基本移動控制單元，使用各單元的組合實現(xiàn)快速、高效的巡視器移動控制，降低了制定移動控制方法的時間和難度。


圖1為本發(fā)明的調整航向角示意圖；圖2為GNC算法控制方式下的轉移過程示意具體實施例方式為了更好地理解本發(fā)明的技術方案，下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細描述。本發(fā)明從巡視器的移動方式中抽出8種基本移動控制單元，每種控制單元包含具體動作和實現(xiàn)方法，使用各單元的組合實現(xiàn)快速、高效的巡視器移動控制；其中控制單元I至4在移動多電機控制方式下使用，控制單元5至8在GNC算法控制方式下控制；移動多電機控制方式和GNC算法控制方式是月面巡視器的兩種控制方式；移動多電機控制方式，需要對巡視器4個轉向電機和6個驅動電機中的每個電機分別設置電機速度和轉向角度；GNC算法控制方式是巡視器的一種智能控制方式，不需要對每個電機分別設置電機速度和轉向角度，只需要根據(jù)需要設置前進或后退的期望運動時間以及原地轉彎角度；(一)基本移動控制單元
權利要求
1.一種適用于月面巡視器的通用移動控制方法，其特征在于， 步驟一:首先確定8種控制單元，其中控制單元I至4在移動多電機控制方式下使用，控制單元5至8在GNC算法控制方式下使用；下面進行具體說明: I)控制單元I至4均對4個轉向電機與6個驅動電機進行控制；4個轉向電機分為左側轉向電機和右側轉向電機兩類，其中左側轉向電機包括左前轉向電機和左后轉向電機，右側轉向電機包括右前轉向電機和右后轉向電機；6個驅動電機分為左側驅動電機和右側驅動電機兩類，其中左側驅動電機包括左前驅動電機、左中驅動電機和左后驅動電機，右側驅動電機包括右前驅動電機、右中驅動電機和右后驅動電機； 控制單元I包括a直行前進和b直行停止； a.直行前進，根據(jù)需要設置控制時間；4個轉向電機的電機速度均設為O，轉向角度均設為O ;左側驅動電機的3個電機速度均設為10度/秒，右側驅動電機的3個電機速度均設為-10度/秒； b.直行停止，在需要緊急停止時使用；4個轉向電機的電機速度均設為0，轉向角度均設為0 ;6個驅動電機的電機速度均設為0 ; 控制單元2包括a直行后退和b直行停止； a.直行后退，根據(jù)需要設置控制時間；4個轉向電機的電機速度均設為0，轉向角度均設為0 ;左側驅動電機的3個電機速度均設為-10度/秒，右側驅動電機的3個電機速度均設為10度/秒； b.直行停止，在需要緊急停止時使用；4個轉向電機的電機速度均設為0，轉向角度均設為0 ;6個驅動電機的電機速度均設為0 ; 控制單元3包括:a原地轉彎狀態(tài)設置、b原地左轉、c原地轉彎停止和d原地轉彎狀態(tài)恢復； a.原地轉彎狀態(tài)設置:左前轉向電機和右后轉向電機的電機速度均設為5度/秒，轉向角度均設為57度；左后轉向電機和右前轉向電機的電機速度均設為-5度/秒，轉向角度均設為-57度；6個驅動電機的電機速度均設為0 ; b.原地左轉，根據(jù)需要設置控制時間:左前轉向電機和右后轉向電機的電機速度均設為0，轉向角度均設為57度；左后轉向電機和右前轉向電機的電機速度均設為0，轉向角度均設為-57度；左前驅動電機、左后驅動電機、右前驅動電機和右后驅動電機的電機速度均設為-20度/秒；左中驅動電機和右中驅動電機速度均設為-12度/秒； c.原地轉彎停止，在需要緊急停止時使用；左前轉向電機和右后轉向電機的電機速度均設為0，轉向角度均設為57度；左后轉向電機和右前轉向電機的電機速度均設為0，轉向角度均設為-57度；6個驅動電機的電機速度均設為0 ; d.原地轉彎狀態(tài)恢復；左前轉向電機和右后轉向電機的電機速度均設為5度/秒，轉向角度均設為0 ;左后轉向電機和右前轉向電機的電機速度均設為-5度/秒，轉向角度均設為0 ;6個驅動電機的電機速度均設為0 ; 控制單元4包括:a原地轉彎狀態(tài)設置、b原地右轉、c原地轉彎停止和d原地轉彎狀態(tài)恢復； a.原地轉彎狀態(tài)設置；左前轉向電機和右后轉向電機的電機速度均設為5度/秒，轉向角度均設為57度；左后轉向電機和右前轉向電機的電機速度均設為-5度/秒，轉向角度均設為-57度；6個驅動電機的電機速度均設為O ; b.原地右轉，根據(jù)需要設置控制時間:左前轉向電機和右后轉向電機的電機速度均設為O，轉向角度均設為57度；左后轉向電機和右前轉向電機的電機速度均設為O，轉向角度均設為-57度；左前驅動電機、左后驅動電機、右前驅動電機和右后驅動電機的電機速度均設為20度/秒；左中驅動電機和右中驅動電機速度均設為12度/秒； c.原地轉彎停止，在需要緊急停止時使用；左前轉向電機和右后轉向電機的電機速度均設為0，轉向角度均設為57度；左后轉向電機和右前轉向電機的電機速度均設為0，轉向角度均設為-57度；6個驅動電機的電機速度均設為0 ; d.原地轉彎狀態(tài)恢復；左前轉向電機和右后轉向電機的電機速度均設為5度/秒，轉向角度均設為0 ;左后轉向電機和右前轉向電機的電機速度均設為-5度/秒，轉向角度均設為0 ;6個驅動電機的電機速度均設為0 ; 2)控制單元5，GNC算法控制下的直行前進:閉環(huán)控制，期望運動曲率設為0，期望運動里程設為0，期望運動時間根據(jù)需要設定； 控制單元6，GNC算法控制下的直行后退:閉環(huán)控制，期望運動曲率設為0，期望運動里程設為0，期望運動時間根據(jù)需要設定； 控制單元7，GNC算法控制下的原地左轉:原地轉彎角度根據(jù)需要設定； 控制單元8，GNC算法控制下的原地右轉:原地轉彎角度根據(jù)需要設定； 步驟二:選擇每種基本控制單元進行組合并且移動到目標點，具體步驟如下: I)確定月面巡視器的控制方式； 如果月面巡視器使用移動多電機控制方式，則使用控制單元I 4 ;如果月面巡視器使用GNC算法控制方式，則使用控制單元5 8 ; 2)根據(jù)月面巡視器初始航向角和目標位置調整月面巡視器航向角， 首先確定月面巡視器當前位置A點與目標位置B點連線方向和月面巡視器當前方向所成的夾角a，月面巡視器當前方向定義為+X方向并判斷目標位置B點在當前+X方向的左側或右側，之后按照如下方法調整航向角: a.如果目標位置在當前+X方向的右側，且夾角a< 90度，使用控制單元4或8原地右轉將+X方向對準目標位置； b.如果目標位置在當前+X方向的左側，且夾角a< 90度，使用控制單元3或7原地左轉將+X方向對準目標位置； c.如果目標位置在當前+X方向的右側，且夾角a>90度，使用控制單元3或7原地左轉將-X方向對準目標位置； d.如果目標位置在當前+X方向的左側，且夾角a>90度，使用控制單元4或8原地右轉將-X方向對準目標位置； 3)直行移動 a.經過航向角調整后，如果當前+X方向對準目標位置，使用控制單元I或5直行前進，移動到目標位置； b.經過航向角調整后，如果 當前-X方向對準目標位置，使用控制單元2或6直行后退，移動到目標位置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種適用于月面巡視器的通用移動控制方法，從巡視器的移動方式中抽出基本移動控制單元，使用各單元的組合可以實現(xiàn)無障礙的平面環(huán)境下巡視器在任意兩個位置之間的轉移和航向調整，特別適合于巡視器在月面的盲走控制，以及地面測試過程中內場試驗和外場試驗時的轉移過程；使用本發(fā)明實現(xiàn)了快速、高效的巡視器移動控制，降低了制定移動控制方法的時間和難度。
文檔編號G05D1/02GK103197681SQ201310127989
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月12日 優(yōu)先權日2013年4月12日
發(fā)明者王勁榕, 權爽, 王少林 申請人:北京空間飛行器總體設計部