[發明專利]一種火星星表低空拋投機器人及其控制方法

有效

• 申請號: 202010722251.6
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111959825B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發明（設計）人: 陳金寶;陳傳志;汪捷;王東輝;崔繼云;江安瀾;霍偉航;宋志成;董家宇;吳迪
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B64G1/16
• 分類號: B64G1/16;G05B13/04
• 代理公司: 重慶市信立達專利代理事務所(普通合伙) 50230
• 代理人: 陳炳萍

本發明屬于機器人控制技術領域，公開了一種火星星表低空拋投機器人及其控制方法，火星星表低空拋投機器人由延展拓撲機器人和緩沖包覆層組成；緩沖包覆層由4片圓形鋁蜂窩夾層緩沖墊和6個爆炸螺栓組成；用于實現延展拓撲機器人的軟著陸，著陸后引爆螺栓解鎖；延展拓撲機器人基于變幾何桁架的一種閉鏈移動連桿機構，由6個可伸縮連桿、4個節點以及電控系統組成。本發明分散控制策略具有可擴展性，根據將來需要增加更多的連桿和結點組成更復雜的結構，只需要重新進行步態規劃，而不必重新改寫整個控制系統。本發明復雜地形適應能力強，具備跨越溝壑、攀巖、越障的能力；運動靈活，具有一定的變形能力；可深入洞穴、狹縫等惡劣環境進行探測。

技術領域

本發明屬于機器人控制技術領域，尤其涉及一種火星星表低空拋投機器人及其控制方法。

背景技術

在空間探索陸地環境中，存在常規移動平臺無法到達的地方，如行星表面的大尺度溝壑、狹窄洞穴等，而這些場合具有潛在的科學研究價值。因此對這些環境進行科學探索和研究成為科學技術發展和人類社會進步的需要。

在對火星的不斷探索和研究的過程中，對火星的地質狀況已經有了初步的了解，若想繼續深入了解火星的地質活動，就需要對火山活動多發地帶進行探索。但是火山活動造就的地理環境往往是時變的和不穩定的，結構類型單一的空間機器人已經不能滿足多變的火山活動地帶的探測需求。這就需要對現有的空間機器人的構型和移動方式進行改進，研發出能夠及時根據所探測的地質結構改變自身探測方式的空間機器人，從而高效率地進行探測。

在探索太空活動中已經投入運用的探測機器人中，輪式運動方式和腿式運動方式是大部分探測機器人的運動方式。輪式運動的機器人只能在地面較為緩和的地勢環境中進行探測工作，遇到稍微復雜點的地形就無法工作。腿式運動的機器人能夠工作和通過的地勢環境范圍更大，更加靈活。但是腿式機器人的操作系統復雜，導致機器人不能及時反應，運動緩慢。為了克服這兩種機器人存在的缺點，科學家研發出球形移動的機器人。球形機器人的結構是完全對稱的，即使在崎嶇的地勢上，也不會傾倒，而且可以在任何情況下及時轉彎。球形機器人的外觀比起另兩種機器人來說要小很多，可以到達的地勢環境范圍更大。但是球形機器人也有無法探測的地勢環境，例如斜坡，不能及時固定等。

現有應用于陸地環境探測的各類移動機器人：

現有應用于陸地環境探測的各類移動機器人中：

(1)腿式移動機器人，對地面的適應能力強；自由度多，控制系統復雜，運動遲緩；

(2)輪式機器人，運動形式較為固定，通過一般平坦地面能力尚可，較難通過崎嶇路面。

(3)球形機器人，不存在“傾覆”的問題，可以輕易地實現零角度轉彎和全方位行走，便于小型化，對于平坦無臺階路面適應性能比較強，但是控制系統比較復雜，并且容易受外界環境的干擾，對于斜坡等特殊路況靜態穩定性不強。

(4)履帶式，關節多，可靠性低；相對笨重，靈活性比較差，較輪式機器人反應速度慢。

(5)蛇形蠕動式自由度多，控制系統復雜，承載能力小，運動速度較慢。

以上類型移動機構的通過性能均不夠強大，克服一般障礙尚可，難以通過前述極端復雜惡劣的路面障礙，亟需探索具備超強障礙通過性能的新概念構型。更重要的是，對于空間探索任務，除了陸地環境復雜多變外，探測任務也具有多樣性，現有單一結構功能的系統機構往往不能滿足不同種類的任務需求；而簡單的功能疊加組合導致系統過于臃腫，成本過高，對于有限的探索任務尚可，但對于小行星群帶乃至整個宇宙進行系統的探測將是一個可望不可及的任務。因此，小到陸地環境的多樣性和未知性，大到任務需求的多樣性，都亟需新的機構系統形式來適應環境和需求的變化，增強系統的探測能力，而不增加系統的成本，使得無限宇宙的探測成為可能。