基于RTAI的多關(guān)節(jié)式月球車(chē)運(yùn)動(dòng)控制研究.pdf

1、根據(jù)多關(guān)節(jié)式月球車(chē)的機(jī)構(gòu)特征和多電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)下多運(yùn)動(dòng)模式協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制強(qiáng)實(shí)時(shí)性、高穩(wěn)定可靠的要求，本文開(kāi)展了基于RTAI（ Real-Time Application Interface，實(shí)時(shí)應(yīng)用接口）的開(kāi)放式月球車(chē)運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)及其相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的研究，并對(duì)實(shí)時(shí)Linux下車(chē)輪的伺服特性和苛刻地形中基于RTAI的月球車(chē)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)方法展開(kāi)了深入研究，為基于Linux的實(shí)時(shí)多任務(wù)運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)在航天工程中的應(yīng)用提供基礎(chǔ)。
　　首先以多

2、關(guān)節(jié)式六圓柱-圓錐輪式月球車(chē)為研究對(duì)象，根據(jù)此類(lèi)月球車(chē)的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，提出一種基于月面地形特征的非結(jié)構(gòu)化地形分類(lèi)法的多運(yùn)動(dòng)模式運(yùn)動(dòng)控制策略。將多關(guān)節(jié)式月球車(chē)的運(yùn)動(dòng)模式分為被動(dòng)適應(yīng)地形運(yùn)動(dòng)模式、輪步運(yùn)動(dòng)模式、主動(dòng)越障運(yùn)動(dòng)模式及跨越壕溝運(yùn)動(dòng)模式。分析不同運(yùn)動(dòng)模式在復(fù)雜月面地形中運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)及多模式運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法，并在此基礎(chǔ)上建立了在月球車(chē)車(chē)體和運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系下極端復(fù)雜地形中月球車(chē)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，為多關(guān)節(jié)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)月球車(chē)的實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)控制技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

3、
　　以開(kāi)源系統(tǒng)Linux為平臺(tái)，通過(guò)所開(kāi)發(fā)的軟件完成運(yùn)動(dòng)控制的所有工作，為減小系統(tǒng)硬件的復(fù)雜性和提高系統(tǒng)的可靠性，構(gòu)建一種基于RTAI，采用軟運(yùn)動(dòng)控制方案構(gòu)建的強(qiáng)實(shí)時(shí)運(yùn)行平臺(tái)。根據(jù)月球車(chē)控制系統(tǒng)和RTAI的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)基于RTAI的開(kāi)放式月球車(chē)系統(tǒng)平臺(tái)。以線程合作模型為基礎(chǔ)，用RTAI線程建立了月球車(chē)系統(tǒng)多任務(wù)結(jié)構(gòu)模型。深入討論了基于RTAI的月球車(chē)控制系統(tǒng)通信的實(shí)現(xiàn)方法，以指令中繼轉(zhuǎn)發(fā)的方式簡(jiǎn)化月球車(chē)系統(tǒng)的通信結(jié)構(gòu)。最后以多關(guān)節(jié)

4、式月球車(chē)為例，實(shí)現(xiàn)了基于RTAI操作系統(tǒng)平臺(tái)的月球車(chē)控制系統(tǒng)，為基于RTAI的開(kāi)放式實(shí)時(shí)平臺(tái)在月球車(chē)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了應(yīng)用實(shí)例。
　　為進(jìn)一步探求基于RTAI的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)的性能和實(shí)現(xiàn)方法的便捷性，提出了一種基于RTAI-Lab技術(shù)的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，并以此作為開(kāi)發(fā)運(yùn)動(dòng)控制算法的原型設(shè)計(jì)工具，減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期和提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)可靠性。為驗(yàn)證RTAI純軟件硬實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制的實(shí)時(shí)性，研究了RTAI的實(shí)時(shí)延時(shí)性和抖動(dòng)性對(duì)電機(jī)控制的

5、影響。然后以多關(guān)節(jié)式月球車(chē)為研究對(duì)象，對(duì)月球車(chē)多輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)下的協(xié)調(diào)控制的實(shí)時(shí)RTAI模型進(jìn)行了研究。著重研究了多關(guān)節(jié)多輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)月球車(chē)協(xié)調(diào)控制的實(shí)時(shí)RTAI實(shí)現(xiàn)技術(shù)。
　　針對(duì)月球車(chē)控制系統(tǒng)平臺(tái)的要求，以實(shí)時(shí)多任務(wù)為目標(biāo)，給出了通用性平臺(tái)提高實(shí)時(shí)性的實(shí)現(xiàn)方法，主要對(duì)開(kāi)源系統(tǒng)Linux下實(shí)時(shí)多任務(wù)平臺(tái)的中斷處理器和任務(wù)調(diào)度器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法等，并提出了基于驅(qū)動(dòng)程序和軟中斷通信機(jī)制的兩種實(shí)時(shí)通信方法，為基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的多任務(wù)開(kāi)放式平

6、臺(tái)的實(shí)現(xiàn)提供理論依據(jù)。
　　構(gòu)建基于RTAI的多關(guān)節(jié)六圓柱-圓錐輪式月球車(chē)運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)月球車(chē)在被動(dòng)適應(yīng)地形的運(yùn)動(dòng)模式、輪步運(yùn)動(dòng)模式、主動(dòng)越障模式及跨越壕溝運(yùn)動(dòng)模式下，基于RTAI的運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)及普通Linux下的運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)的耗時(shí)和運(yùn)動(dòng)精度進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證基于RTAI的多關(guān)節(jié)式月球車(chē)運(yùn)動(dòng)控制的正確性。結(jié)果表明，與普通 Linux下多關(guān)節(jié)式月球車(chē)運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)相比，基于RTAI的月球車(chē)控制平臺(tái)耗時(shí)得到了較大幅度的較少，且運(yùn)動(dòng)精度