發(fā)布時間：2020-10-21 05:16

　　 火星車是火星探測任務中的重要組成部分,也是人類了解火星不可缺少的媒介。作為一個復雜系統(tǒng),火星車軟硬件的設計、開發(fā)和驗證都需要大量試驗,這是一個高耗時且高成本的研究過程,因此仿真技術成為火星車研究的一個重要組成部分。傳統(tǒng)的動力學仿真軟件多采用規(guī)則結構來構造火星地形,與實際火星車行駛環(huán)境不符合,仿真效果不夠逼真,且火星車在進行探測任務時難以根據(jù)實地環(huán)境選取最優(yōu)路徑。為了提高火星探測仿真的真實性,合理規(guī)劃火星車探測路徑,本文在虛擬現(xiàn)實的環(huán)境下構造火星地面基本特征模型,通過改進的蟻群算法完成了火星車探測路徑規(guī)劃,并驗證了改進后算法的可靠性。本文的工作從以下幾個方面展開:首先,本文針對火星地形地貌調(diào)研,得出火星環(huán)境仿真的基本特征及主要參數(shù),并依據(jù)此環(huán)境特征在虛幻引擎4的開發(fā)環(huán)境中構造真實感火星仿真環(huán)境。通過燈光模型和紋理映射方法描繪火星地形地貌,采用粒子系統(tǒng)技術模擬火星沙塵效果,利用物理引擎插件實現(xiàn)火星環(huán)境的物理特性,最終實現(xiàn)了真實感火星仿真環(huán)境。其次,采用專業(yè)的三維建模工具3DS MAX搭建火星車模型,通過模型轉(zhuǎn)化的方式將火星車模型與構建好的火星環(huán)境模型結合,并在仿真場景中添加多種特效,使得仿真界面更加逼真。采用視點跟蹤技術,多視點、全方位的實現(xiàn)了火星場景漫游,最后結合虛幻引擎4和3DS MAX編寫程序?qū)崿F(xiàn)了火星車實時人機交互。隨后,為了實現(xiàn)火星車在火星環(huán)境下的探測任務,需要對火星車的行駛路徑進行路徑規(guī)劃。基于傳統(tǒng)的蟻群算法具有容易陷入局部最優(yōu)、規(guī)劃速度慢等問題,本文提出了一種基于改進信息素更新方法,提高了三維路徑規(guī)劃的準確度,避免了搜索陷入局部最優(yōu)。最后在MATLAB中進行了仿真驗證,結果證明了該方法的有效性。最后,以虛幻引擎4作為視景仿真平臺,將改進后的蟻群算法得到的最佳路徑規(guī)劃路線部署到火星仿真環(huán)境中,完成了從任務起點到目標點的火星探測任務視景仿真。
【學位單位】：北京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：V476.4;V411.8;TP391.9
【部分圖文】：

?瑞士聯(lián)邦理工學院基于星球車的力矩控制，研發(fā)出了動力學仿真軟件??ＯＤＥ（ＯｐｅｎＤｙｎａｍｉｃｓＥｎｇｉｎｅ），用來計算復雜地面與車輪的相互作用力，如圖１－２??所示。??：：身；??圖１－２基于ＯＤＥ的星球車動力學仿真??隨著我國航空航天事業(yè)的開展以及視景仿真技術廣泛應用，國內(nèi)己經(jīng)有眾多??研究院所和高校在從事相關研發(fā)工作，且在追蹤國外先進技術的基礎上，逐漸開??展了關鍵技術攻關、樣車研制以及系統(tǒng)仿真的研宄工作，并取得了不錯的研究成??果１１３１。２００７年，哈爾濱工業(yè)大學應用ＡＤＡＭＳ仿真軟件將“六輪搖臂轉(zhuǎn)向架式”??月球車視作一個復雜的多體系統(tǒng)，成功實現(xiàn)了月球車在崎嶇路面的動力學建模和??仿真分析，得到了月球車各部件的動力學參數(shù)曲線｜｜４］。上海交通大學與上海航天??局根據(jù)虛擬現(xiàn)實與虛擬樣機等相關技術，對月球車的設計、制造與仿ｊ［．等技術進??行了一系列的研究工作

（４）在火星北部的高地，存在類似火山的地貌，構成火山山脈、火山平原和火??山坑等地形；（５）存在類似地球河道的地貌；（６）火星每年都會發(fā)生塵暴，存在??各種各樣的沙丘［２６］，２０１０年“機遇號”在火星地表拍攝的火星地形地貌如圖２－１所??不。??■?＾??圖２－丨“機遇號”在康塞普西翁撞擊坑附近拍攝的火星地表??因國內(nèi)外火星探測器沒有帶回真實的火星土壤樣本，國內(nèi)外學者根據(jù)己成功??登陸火星的火星車的車轍印跡反推出火星土壤的物理特性和力學性能。目前國內(nèi)??模擬火星土壤力學性能推薦參數(shù)如表２－１所示???表２－１模擬火星土壤力學性能推薦參數(shù)???．．?推薦值??名稱???疏松細粒類?適中塊狀類?密實硬質(zhì)類??容重?１．１?ｇ／ｃｍ３?１．６?ｇ／ｃｍ３?２．０?ｇ／ｃｍ３??變形參數(shù)?１．０?１．０?０．８??內(nèi)聚力變形模量?２８０００Ｎ／ｍｌｌ＋１?１?４００?Ｎ／ｍｎ＋１?６８００Ｎ／ｍ，１＋１??摩擦變形模量?７６０００００Ｎ／ｍｎ＋２?８２００００?Ｎ／ｍｎ＋２?２１００００Ｎ／ｍｎ＋２??內(nèi)聚力?０．２?？１．６ｋＰａ?１＿２?？５ｋＰａ?５?？１５ｋＰａ??９??

［３Ｇ１。觀察者的視點坐標即相機坐標，它是一個局部坐標系，其與世界坐標系的關??系如圖２－２所示。??／?世界坐標系??／??Ｘ??圖２－２相機坐標系和世界坐標系關系示意圖??世界坐標系是仿真系統(tǒng)中的絕對坐標系，是在建議車體坐標系之前系統(tǒng)中的??所有坐標都以該坐標系的原點來確定各個模型的位置；車體坐標系是以火星探測??器的重心為原點建立三維直角坐標系，其ｘ、ｙ、ｚ各種正方向分別指向火星車的??前方、上方和下方，設定好車體坐標系即可通過腳本程序?qū)鹦擒囘M行運動控制。??１２??
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本文編號：2849688