[發明專利]一種主動懸架式星球車抬輪行走控制方法及系統

有效

• 申請號: 202010167835.1
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111319416B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 潘冬;袁寶峰;劉雅芳;王瑞;賈陽;陳百超;李德倫;陳磊;梁常春;劉鑫
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: B60G21/045
• 分類號: B60G21/045;B64G1/16
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 馬全亮

一種主動懸架式星球車抬輪行走控制方法及系統，首先，需要控制夾角調整機構運動，對星球車系統質心位置進行合理調整，以保證星球車能抬起目標車輪并且抬輪后整車穩定；其次，通過離合器機構將星球車主副搖臂鎖死，使主副搖臂間無法相對轉動；再次，控制夾角調整機構運動，實現目標車輪抬升，而夾角調整機構的相對運動角度由車輪抬升高度決定；最后，控制星球車其余未抬起車輪驅動機構運動，則可實現星球車抬輪后的行走。

技術領域

本發明涉及一種主動懸架式星球車抬輪行走控制方法及系統，屬于移動機器人技術領域，用于星球車在軌車輪沉陷或故障情況下進行抬輪行走的控制。

背景技術

能自主移動且搭載有效載荷的星球車是實現火星巡視探測的主要手段，火星表面存在風和塵暴，表面地形轉換很快，部分沙地表面有一層硬的砂石殼，內部是軟沙土，易造成星球車車輪無征兆的大量沉陷。美國的機遇號和勇氣號星球車均由于發生沉陷無法脫離而導致任務失敗，沉陷和脫困一直是困擾星球車的技術難點。

傳統的星球車均采用被動懸架式移動系統，星球車不具備構型調整和抬輪脫陷能力，中國正在開展火星探測任務研制，星球車將采用全新的主動懸架式移動系統，通過懸架的主動變形，可實現車體高度調整、抬輪行走等擴展功能，有效提升星球車沉陷脫困能力和障礙通過性能，如圖1所示，專利“主動懸架式星球車移動機構”(CN105235468B)中對主動懸架式移動系統具體組成及總體功能進行了較詳細介紹，“主動懸架式火星車主搖臂長短段張角調節機構”(CN105150789B)中對夾角調節機構組成及原理進行了介紹，但針對各功能實現的具體算法沒有說明，本申請將在其基礎上主要針對主動懸架式移動系統抬輪行走的具體控制算法進行說明，對星球車抬輪行走控制實現至關重要，現有文獻均未見有相關內容。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供了一種主動懸架式星球車抬輪行走控制方法，應用于新型主動懸架式星球車抬輪行走控制，解決星球車車輪沉陷無法脫困以及車輪故障后影響正常運動的問題。

本發明的技術解決方案是：

一種主動懸架式星球車抬輪行走控制方法，主動懸架式星球車包括六套車輪驅動機構、六套車輪轉向機構、兩套夾角調整機構、兩套離合器機構以及組成懸架的主副搖臂，其中車輪驅動機構和轉向機構實現主動懸架式星球車的行走與轉向，通過夾角調整機構和離合器機構配合實現抬輪行走功能；

抬輪行走控制方法包括如下步驟：

(1)對主動懸架式星球車進行抬升前輪行走控制；

(2)對主動懸架式星球車進行抬升中輪行走控制；

(3)對主動懸架式星球車進行抬升后輪行走控制。

進一步的，主動懸架式星球車通過夾角調整機構進行車體離地高度調整，根據夾角調整機構中角度測量器件位置旋變所測量角度值，確定星球車車體高度，夾角調整機構轉角α與車體離地高度H之間關系為

其中，α為主搖臂前段和主搖臂后段間夾角，H為車廂底面距地高度，h1為夾角調整機構中心軸線距車廂底面高度，R為車輪半徑，h2為主副搖臂鉸接點與車輪軸線豎直距離，L1為主搖臂前段長度，L2為主搖臂后段長度。

進一步的，所述對主動懸架式星球車進行抬升前輪行走控制，具體為：

步驟101，將星球車系統質心調整至兩中輪與地面接觸點連線的后方；

根據星球車構型關系，車體離地高度增加，系統質心向后方運動，星球車車體離地最大高度為H_max，則可求取夾角調整機構對應角度α_max，控制夾角調整機構運動，目標角度α_max；

步驟102，控制離合器嚙合運動，使得主副搖臂鎖死；