基于能量约束的火星车路径规划研究

发布时间：2021-02-11 21:27

　　针对火星车在火星行驶过程中存在的能量消耗过多等问题,提出了一种基于能量约束的路径规划算法.首先,考虑火星车克服重力做功以及驱动机构内部损耗等因素,推导出火星车的运动能量消耗函数,并求解其最小值,构建能量带权图;然后通过迪杰斯特拉算法,计算得到火星车能量带权图的能量消耗最小路径,并使用五次多项式插值拟合的方法实现火星车的行驶轨迹规划;最后,采用Adams软件建立火星典型地形和火星车动力学模型,采用Matlab/Simulink软件搭建火星车控制器模型,对火星车在典型地形中的行驶过程进行动力学与控制联合仿真实验,验证了所提路径规划算法的效果.结果表明,相对于传统的避障路径规划算法,所提算法使火星车能量消耗减少了15%以上,可有效提高火星车的能量利用效率. 

【文章来源】：北京邮电大学学报. 2019,42(05)北大核心

【文章页数】：6 页

【图文】：

主动悬架式火星车结构示意图

笔者使用混合坐标系法对火星车进行建模分析．关节i包括坐标系Oi以及坐标系，其分别属于2个相连的部件，在初始状况下两坐标系重合．坐标系相对于坐标系Oi-1的旋转与位置之间的关系分别用表示，使用旋转矩阵和位置矩阵表示坐标系Oi相对于的旋转以及位置变化．由于坐标系与坐标系Oi重合，因而，为零向量．由于在混合坐标系定义中，z轴为旋转轴，假定关节i旋转角度为θi，则被定义为由此可见，坐标系Oi相对于坐标系Oi-1旋转矩阵以及位置矩阵可表示为

当h=h2时，仅在山坡正面运动时需要克服重力和关节内部损耗做功，其余时间仅存在关节内部损耗做功，其消耗能量为当h2<h<h1时，火星车行进到山的右侧，重力做正功，重力势能转化为阻力做功，山坡后侧行进时仅有驱动机构内部能量损耗．因而，能量消耗公式为

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3029733