中国空间科学技术

›› 2015, Vol. 35 ›› Issue (6): 66-.doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.06.008

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基于人工势场法的月球表层采样装置避障规划

郑燕红, 邓湘金, 彭兢, 姚猛, 赵志晖   

  1. （北京空间飞行器总体设计部，北京100094）
  • 收稿日期:2015-04-14 修回日期:2015-07-27 出版日期:2015-12-25 发布日期:2015-12-25
  • 作者简介:郑燕红 1982年生，2010年获哈尔滨工业大学控制科学与工程专业博士学位，工程师。研究方向为地外天体采样封装技术、鲁棒控制等。

LunarSurfaceSamplingDeviceCollisionAvoidancePlanningBasedonArtificialPotentialFieldMethod

 ZHENG  Yan-Hong, DENG  Xiang-Jin, PENG  Jing, YAO  Meng, ZHAO  Zhi-Hui   

  1. （BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094）
  • Received:2015-04-14 Revised:2015-07-27 Published:2015-12-25 Online:2015-12-25

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摘要： 表层采样技术是获取地外天体土壤样品的重要手段，为在月表复杂地形、不确定着陆姿态、不规则器表包络约束下，快速获取安全的表层采样动态轨迹，文章根据四自由度表层采样装置设计，分析了工作过程中的正逆运动学关系；根据表层采样装置动、静态目标点运动要求，将约束空间分解为有效障碍检测区与不可达集，进行表层采样避障规划；为加快规划速度，针对表层采样装置瞬态构型构建了动态障碍检测区、动态不可达集；结合人工势场法提出了避障规划算法。对典型姿态下表层采样过程的避障规划仿真表明，该算法可实现约束条件下的表层采样轨迹规划，并对表层采样装置适应性设计提供支持。

关键词: 表层采样, 机械臂, 四自由度, 避障规划, 人工势场法, 月球探测

Abstract: Thesurfacesamplingtechnologyisanimportantmethodforgettingsoilsample.Itisakeytechnologyforcollisionavoidancetrajectoryplanningwithcomplexlunarterrain,uncertainlandingattitudeandirregularlunarprobeenvelope.Accordingtothedesignoffourdegreeoffreedomsurfacesamplingdevice，kinematicsandinversekinematicswereanalyzed.Consideringtheconstraintsofdynamicandstaticobjectpoints,therestrictionspacewasdividedintoavailablecollisiondetectabilityareaandunreachableset.Toexpeditetheplanningspeed,thedynamicavailablecollisiondetectabilityareaandunreachablesetwereintroducedtotheartificialpotentialfieldmethod.Andthecollisionavoidanceplanningalgorithmwasproposed.Thesimulationresultprovesthatalgorithmiseffectiveforsurfacesamplingtrajectoryplanning，anditcanbeusedtosupportsurfacesamplingdesign.

Key words: Surfacesampling；Manipulator, fourdegreeoffreedom, Collisionavoidanceplanning, Artificialpotentialfieldmethod, Lunarexploration