[发明专利]一种火星星表低空抛投机器人及其控制方法

权利要求书

1.一种火星星表低空抛投机器人的控制系统，其特征在于，所述火星星表低空抛投机器人的控制系统包括：延展拓扑机器人、缓冲包覆层；

缓冲包覆层，由4片圆形铝蜂窝夹层缓冲垫和6个爆炸螺栓组成；用于实现延展拓扑机器人的软着陆，着陆后引爆螺栓解锁；

延展拓扑机器人，基于变几何多变桁架的一种多闭链移动连杆机构，由6个可延展连杆、4个节点以及电控系统组成。

2.如权利要求1所述火星星表低空抛投机器人的控制系统，其特征在于，所述所述伸缩杆由三级丝杠和四级护罩组成，一级护罩为支撑，其余三级可依次从一级护罩中伸出，四级护罩之间可沿轴向相对运动，不可绕轴线转动；伸缩杆分为单向驱动和双向驱动两种方案，双向驱动由两个相同的单向伸缩结构组成；

所述节点由节点支架、3个虎克铰链、电器保护壳、外层缓冲垫组成，单个节点质量为300g；机器人节点内部布置有载荷设备和控制模块；

所述电控系统由着陆器主控计算机、多个分布式连杆控制单元组成。

3.一种使用权利要求1所述的火星星表低空抛投机器人的控制系统制备的火星星表低空抛投机器人，其特征在于，所述火星星表低空抛投机器人由6个可延展连杆、4个节点以及控制通讯系统组成；

可延展连杆，由两个相同的单向伸缩结构组成，镜像并排布置，通过电机可分别驱动两个部分的中心丝杠转动，并将旋转运动转化为护罩的直线运动；由三级丝杠-螺母和四级护罩组成；采用此种构型可将电机、控制器、电池等模块集成在伸缩杆的中间部分；

节点，机器人的节点不仅要在运动过程中充当“足”的角色，还要在内部布置载荷设备和控制模块；确保机器人在做各种机动时伸缩杆不会与地面碰撞，尽可能减少对机器人整体结构造成不确定影响；

机器人电控系统，主要由中央计算机、无线通讯模块、电池测量模块、核心计算和连杆控制单元组成。

4.一种如权利要求3所述火星星表低空抛投机器人的控制方法，其特征在于，所述火星星表低空抛投机器人的控制方法包括：

步骤一，着陆器主控计算机向每一个连杆发送随时间连杆长度变化的指令序列，广播一个通用的GO指令到整个结构体；

步骤二，在分布式连杆控制单元接受到GO指令后，各个连杆在自身控制器的控制下开始按照序列进行伸展和收缩；

步骤三，在运动过程中，主控计算机查询状态，获得当前各个连杆的长度、倾角信息，进而获得连杆的空间状态；同时对电机电流、连杆PCB板的温度进行状态监控，以便能够保证系统的正常运行，在发生故障时，进行故障诊断。

5.如权利要求3所述火星星表低空抛投机器人的控制方法，其特征在于，所述火星星表低空抛投机器人的控制方法采用机器人分散控制策略，分别对机器人的各个连杆进行控制；

分散控制两层结构：着陆器上层主控计算机输出控制指令到每个连杆微控制器，每一个微控制器都控制一个独立的连杆；

主控计算机发送步态控制命令到连杆微控制器，连杆微控制器查询运动步态库，确定当前运动步态，通过相应控制律向连杆驱动单元发送控制命令；

着陆器上层主控计算机根据机器人当前位置和目标位置进行轨迹规划，确定下一步运动步态，同时主控计算机还对连杆状态进行监控。

6.如权利要求3所述的火星星表低空抛投机器人的控制方法，其特征在于，所述变拓扑火星星表低空抛投机器人的控制方法的两种独立连杆控制律包括：

(1)PID控制：

连杆之间存在解耦，每个连杆、关节的运动都会对其他关节产生影响，通过误差补偿控制律进行抑制；

(2)分散自适应控制：

第1项：自适应跟踪和部分扰动项补偿项的合成；

第2项：自适应位置-速度反馈控制器；

第3项：位置-速度-加速度前馈控制器；

在处理器中需要上述分散自适应控制器的离散化形式，具体每个采样时刻N的离散化形式如下：

控制律中的增益部分离散化形式如下：

编程实现时将控制律增益编制成一个函数，供程序在每个采样时刻重复调用以实时生成控制器增益。