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月球车任务规划系统是地面遥操作系统的重要组成部分,其主要功能是给定初始位置和目标位置,满足月面地形约束、机动性能约束、通信可见性约束、能量约束及动作间逻辑关系约束的前提下,规划出月球车最优的路径及站点工作模式。此外,当月球车的当前状态偏离预先规划的结果或是新的环境信息被检测到时,任务规划引擎必须具备快速的重规划能力以保证月球车安全行进。 本文以中国探月计划第二阶段月球车自主探月任务为背景,以北京工业大学BH2月球车原理样机为研究对象,提出了基于SD*lite的月球车任务规划方法,并围绕该方法,设计并实现了一套月球车任务规划系统,该系统初步实现了路径级的任务规划。具体来说,本文的主要工作包含以下几个方面: 首先,描述了月球车任务规划系统的整体性能特征,设计了一套基于路径层级的月球车任务规划系统方案。该方案以任务规划引擎为核心,根据月球车任务规划内在的相关性和功能,将整个系统分为月面环境表示分系统、月球车工作模式建模分系统、星历计算分系统及整体任务规划引擎,各功能子系统通过任务规划引擎提供的接口建立联系。 其次,针对月球车在月面探测过程中需要处理的约束条件进行建模分析,主要包括月球车运动学分析、月面环境建模和障碍物提取、能量约束和月-地通信约束。 然后,基于SD*lite算法完成了月球车任务规划,该算法以后向启发式算法D*lite为核心,通过代价削减和可视检测的技术突破了传统搜索过程中八方向搜索的限制,从而适应了任务规划对月球车航向角的约束限制,此外该算法还具有快速重规划的能力,具有很好的环境适应性。在此基础上,通过优化启发函数初步实现了月球车任务规划中的路径规划和站点工作模式的规划,不同于以往单纯追求路径最短的任务规划方法,本文提出的基于sD*lite的任务规划方法考虑了行进过程中月球车能量的约束以及不同工作模式之间的逻辑关系,这样融合多种因素的路径规划结果更符合月球车行进的实际情况,规划的结果也更具有参考价值。 最后,根据本文提出的月球车任务规划系统的设计方案,在VC++ 6.0开发平台上基于MFC框架类和三维渲染软件Open Inventor,专门开发了一套基于sD*lite的月球车任务规划系统的三维仿真平台。针对前几章列出的月球车行进过程中的约束给出了三维环境下的仿真实验结果。实验结果表明本文研究的月球车任务规划算法方案是切实可行的。