星球探测车运行方式选择策略尤波田朋丁亮高海波摘要：在外太空复杂的未知环境下，星球探测车如何以尽可能短的路径安全的行驶到目标位置是探测车完成探测任务的前提条件。针对此问题，提出了一种探测车在复杂地形环境下的运行方式选择策略，此策略采用多种传感器实时检测车体运行周围障碍物信息和车体运行参数的方法，对车体进行避障或是越障运行方式进行判断选择，在越障的同时检测车体姿态角度、加速度和驱动电机电流的变化情况以对车体运行的安全性进行判断。此策略增加了探测车自主运行的灵活性，可在保证车体运行安全的前提下减少探测车的行驶路径。关键词：星球探测车；传感器检测；越障；运行方式选择DOI：10.15938/j.jhust.2018.02.008中圖分类号：TP273文献标志码：A：1007-2683（2018）02-0040-06Abstract：Underthecomplexunknownenvironmentofouterspace，howtheplanetroverssafelyruntothetargetlocationinacompetitiveshortpathisthepreconditionoffinishingplanetrover′sexploringmission.Inresponsetothisissue，thispaperproposesastrategyofthewayinwhichplanetroverworksunderthecomplexterrainenvironment.Thisstrategyadoptsavarietyofsensorstotesttheobstacleinformationaroundwhentheplanetroverisrunningandthewayofvehiclerunningparametersinrealtime.Itaimsatmakingchoicesandadjudgementsofvehicle′soperationwayintheprocessofobstacleavoidanceandcrossing.Atthesametimeofobstaclecrossing，itdetectsvehicle′spostureangleandthechangeofaccelerationanddrivemotorcurrentsituationtodeterminethesafetyofvehiclerunning.Meanwhile，thestrategywillmaketheplanetrovermoreflexiblewhichisoperatingautomatically.Italsocanreducetheplanetrover′srunningpathonthepremiseofensuringthevehicle′ssafeoperation.Keywords：planetrover；sensordetection；obstaclecrossing；operationmodechoice0引言随着科技的发展和生存的要求，人类已经不局限于探索自身生存的地球，近些年对外太空的探索越来越受到人们的关注[1]。星球探测车是研究未知星球的主要器械，针对外星球复杂的地形环境，如何保证星球探测车以尽可能短的路径安全的运行到探测位置是探测车完成科学实验的前提条件[2-4]。文[5-8]中只是对车体识别障碍后如何进行避障的问题提出了策略，但是并没有考虑到车体爬越过不同的障碍物的情况。文[9-11]中通过视觉设备检测障碍物的形状，经过数据转换实现对障碍物相关信息的获取，以选择车体的运行方式，但是对形状不规则或是斜坡面凹凸不平整的障碍物，该方法并不适用。文[12-16]虽然对车体爬坡越障进行了阐述，但是对车体运行方式选择的条件说明较少。本文基于传感器检测原理和车体动力学分析，提出一种探测车在复杂地形环境下的运行方式选择策略，即：星球探测车在运行时，根据传感器检测周围的运行环境，以确定车体进行避障或是越障运行，在越障过程中通过实时检测车体运行参数的变化对车体的运行安全做出判断，以确定继续运行或是放弃当前的运行模式。此策略改变了以往车体遇到障碍物只进行避障绕行的运行方式，可使探测车爬越过一定的障碍物，减少了探测车由起始点到目标点的运行距离。1系统介绍1.1探测车结构分析星球探测车主要由4个驱动轮，两个转向机构和矩形车体以及其他控制器件组成，其构型如图1所示。驱动轮能独立驱动，前后转向机构也能单独完成转向，车体前端安装有多个超声波传感器检测模块，位姿传感器位于车体的几何中心处。多个超声波传感器同时进行检测可获取关于障碍物更加精确的信息，电流采集卡实时采集电机的电流数值并和位姿传感器实时采集的车体姿态角和加速度等信息反馈给控制系统，使系统对车体的运行安全作出判断。1.2地形识别星球表面地形结构复杂，相对平坦的区域以碎石、小环形山为主，地势起伏较大的区域主要以山脉、斜坡和大环形山为主，复杂的地形结构往往更具有探测价值，因此星球车的探测区域一般都选在地形结构相对复杂的区域进行。探测车从起始位置运行到地形结构复杂的目标位置，期间会通过多种地形...