一種用于探月工程的巡視器刨坑調姿方法
【專利摘要】本發明提供一種用于探月工程的巡視器刨坑調姿方法，其具體內容為：地面控制巡視器通過原地轉向或者弧度行走調整巡視器的偏航角，然后控制巡視器的車輪進行刨坑來調整巡視器的俯仰角和滾動角，完成調姿。本發明直接對巡視器姿態進行調整，不受制于月表地形的制約，通過刨坑策略來調整巡視器的俯仰角和滾動角，及時滿足了姿態調整的要求，達到合理加熱的目的，提高了月面探測的效率。
【專利說明】一種用于探月工程的巡視器刨坑調姿方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于空間探測【技術領域】，尤其涉及一種用于探月工程的巡視器刨坑調姿方法。
【背景技術】
[0002]中國探月工程分為“繞、落、回”三個階段，目前已經成功實施第二階段的工作，即在月面軟著陸釋放月面巡視器在月球表面漫游，利用器載的科學探測設備對月球進行近距離考察。
[0003]巡視器在月面工作時，需要經受月夜期間和月食期間的低溫考驗，為了安全度過月夜和月食，巡視器熱控系統要求車體姿態(包括偏航角、俯仰角和滾動角)要滿足特定的要求。
[0004]現有技術中沒有直接調整巡視器姿態的具體方法，在國內外的探月工程中均是通過巡視器繼續行走，尋找合適的地形來滿足巡視器姿態的需求。但是，這種方法往往月表地形的制約，且行走需要耗費一定的時間，不能及時滿足姿態調整的要求，最終導致月面探測的效率降低。
【發明內容】
[0005]為解決上述問題，本發明提供一種用于探月工程的巡視器刨坑調姿方法，地面控制巡視器先通過原地轉向或者按曲率行走調整巡視器的偏航角，接著使用刨坑調姿策略來調整巡視器的俯仰角和滾動角，最終滿足太陽光線從一定角度入射，從而達到合理加熱的目的。
[0006]本發明的用于探月工程的巡視器刨坑調姿方法，其包括以下步驟:
[0007]地面控制巡視器通過原地轉向或者弧度行走調整巡視器的偏航角，然后控制巡視器的車輪進行刨坑來調整巡視器的俯仰角和滾動角，完成調姿。
[0008]進一步的，
[0009]控制巡視器的車輪進行刨坑時，先調整滾動角，最后調整俯仰角。
[0010]進一步的，
[0011]所述巡視器的車輪包括:左前輪、左中輪、左后輪、右前輪、右中輪、右后輪；根據所述巡視器的當前姿態和目標姿態，確定俯仰角和滾動角的調整角度；
[0012]當需要增大俯仰角時:左前輪、右前輪、左中輪、右中輪鎖死，左后輪、右后輪后退，使得車體前高后低；
[0013]當需要減小俯仰角時:左后輪、右后輪、左中輪、右中輪鎖死，左前輪、右前輪前進，使得車體后高前低；
[0014]當需要增大滾動角時:左前輪、左中輪、左后輪鎖死，右前輪和和右中輪前進，右后輪后退，使得車體左高右低；
[0015]當需要減小滾動角時:右前輪、右中輪、右后輪鎖死，左前輪和和左中輪前進，左后輪后退，使得車體右高左低。
[0016]進一步的，
[0017]調整俯仰角和滾動角時，調整時間單位為IOs每次，調整單位為10° /S。
[0018]本發明的有益效果在于:
[0019]本發明直接對巡視器姿態進行調整，不受制于月表地形的制約，通過刨坑策略來調整巡視器的俯仰角和滾動角，及時滿足了姿態調整的要求，達到合理加熱的目的，提高了月面探測的效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明的實施例一的巡視器本體坐標系示意圖。
【具體實施方式】
[0021]實施例一
[0022]在本專利以巡視器在過月夜或月食為實施例進行詳細論述:
[0023]巡視器在過月夜或月食之前，地面控制巡視器先通過原地轉向或者按曲率行走調整巡視器的偏航角，接著使用刨坑調姿策略來調整巡視器的俯仰角和滾動角，最終滿足太陽光線從一定角度入射，從而達到合理加熱的目的。
[0024]具體的刨坑調姿方法如下:
[0025]步驟1，建立巡視器本體坐標系Fb和月面定點坐標系Fn，并以所述月面定點坐標系Fn作為所述巡視器本體坐標系Fb的基準；具體見圖1。圖1是本發明的實施例一的巡視器本體坐標系示意圖。
[0026]巡視器本體坐標系Fb:
[0027]以巡視器的結構底板對月面的理論幾何中心為原點Ob ;沿結構底板對月面法線方向作為Zb軸，且+Zb軸指向月面；位于結構底板對月面內、垂直于機械臂安裝面作為Xb軸，且+Xb軸指向機械臂方向；按右手法則確定Yb軸；
[0028]月面定點坐標系Fn:
[0029]位于巡視器結構底板對月面的幾何中心為原點On ；Xn軸指向北；Yn軸指向東；按右手法則確定Zn軸。
[0030]步驟2，確定巡視器的偏航角、俯仰角和滾動角；
[0031]將巡視器本體坐標系Fb和月面定點坐標系Fn的三軸對應平行；
[0032]若巡視器本體坐標系經過3 ( Θ yaw)-2 ( Θ pitch)-1 ( Θ roll)主軸旋轉，即
巡視器本體坐標系Fb依次繞巡視器本體坐標系Fb的X軸轉動Θ yaw、繞巡視器本體坐標系Fb的Y軸轉動Θ P itch、繞巡視器本體坐標系Fb的Z軸轉動θ rο11，到達一個新的狀態；
[0033]確定巡視器新的姿態:偏航角為Θ yaw，俯仰角為Θ pitch，滾動角為ΘrοΙΙ。
[0034]步驟3，地面控制巡視器通過原地轉向或者按弧度行走調整巡視器的偏航角，然后控制巡視器的車輪轉速和時間進行刨坑調整巡視器的俯仰角和滾動角，完成調姿。
[0035] 該調整偏航角的方法可以是原地轉向，邊轉向邊測量，逐漸靠近需要調整的偏航角；按弧度行走，邊行走邊測量，逐漸靠近需要調整的偏航角。還可以是測量當前的偏航角，并獲知需要調整的目標偏航角，計算調整角度，通過曲率計算需要行走的弧長或需要原地轉動的角度，直接控制該巡視器行走或轉動。
[0036]從幾何意義上說，車頭由北向東轉動的過程中，偏航角增大；巡視器頭部逐漸升高的過程，俯仰角增大；巡視器左部逐漸升高的過程，滾動角增大。
[0037]如圖1所示，本實施例一中的巡視器具有6個車輪:左前輪、左中輪、左后輪、右前輪、右中輪、右后輪。6個車輪全時驅動，而且左前、左后、右前、右后還具備轉向的功能。通過控制6個車輪進行不同的轉動，來改變車輪和月壤的接觸情況，進而達到調整車體姿態的目的。
[0038]根據巡視器的實際情況，共制定了 4種調姿策略，如下所示:
[0039]增大俯仰角:前輪和中輪鎖死,后輪后退,使得車體前高后低；
[0040]減小俯仰角:后輪和中輪鎖死，前輪前進，使得車體后高前低；
[0041]增大滾動角:左側車輪鎖死，右前輪和和右中輪前進，右后輪后退，使得車體左高右低；
[0042]減小滾動角:右側車輪鎖死，左前輪和和左中輪前進，左后輪后退，使得車體右高左低。
[0043]本實施例一的控制參數實例見表I。
[0044]表I刨坑調姿策略
[0045]
【權利要求】
1.一種用于探月工程的巡視器刨坑調姿方法，其特征在于: 地面控制巡視器通過原地轉向或者弧度行走調整巡視器的偏航角，然后控制巡視器的車輪進行刨坑來調整巡視器的俯仰角和滾動角，完成調姿。
2.如權利要求1所述的用于探月工程的巡視器刨坑調姿方法，其特征在于， 控制巡視器的車輪進行刨坑時，先調整滾動角，最后調整俯仰角。
3.如權利要求2所述的用于探月工程的巡視器刨坑調姿方法，其特征在于，所述巡視器的車輪包括:左前輪、左中輪、左后輪、右前輪、右中輪、右后輪；根據所述巡視器的當前姿態和目標姿態，確定俯仰角和滾動角的調整角度； 當需要增大俯仰角時:左前輪、右前輪、左中輪、右中輪鎖死，左后輪、右后輪后退，使得車體前高后低； 當需要減小俯仰角時:左后輪、右后輪、左中輪、右中輪鎖死，左前輪、右前輪前進，使得車體后高前低； 當需要增大滾動角時:左前輪、左中輪、左后輪鎖死，右前輪和和右中輪前進，右后輪后退，使得車體左聞右低； 當需要減小滾動角時:右前輪、右中輪、右后輪鎖死，左前輪和和左中輪前進，左后輪后退，使得車體右聞左低。
4.如權利要求1所述的用于探月工程的巡視器刨坑調姿方法，其特征在于， 調整俯仰角和滾動角時，調整時間單位為IOs每次，調整單位為10° /S。
【文檔編號】B64G1/16GK103921955SQ201410122884
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年3月28日 優先權日:2014年3月28日
【發明者】彭松, 張建利, 申振榮, 吉龍, 龐彧, 張旺軍, 金鵬 申請人:北京空間飛行器總體設計部