[发明专利]一种火星星表低空抛投机器人及其控制方法

说明书

本发明属于机器人控制技术领域，公开了一种火星星表低空抛投机器人及其控制方法，火星星表低空抛投机器人由延展拓扑机器人和缓冲包覆层组成；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桁架的一种闭链移动连杆机构，由6个可伸缩连杆、4个节点以及电控系统组成。本发明分散控制策略具有可扩展性，根据将来需要增加更多的连杆和结点组成更复杂的结构，只需要重新进行步态规划，而不必重新改写整个控制系统。本发明复杂地形适应能力强，具备跨越沟壑、攀岩、越障的能力；运动灵活，具有一定的变形能力；可深入洞穴、狭缝等恶劣环境进行探测。

技术领域

本发明属于机器人控制技术领域，尤其涉及一种火星星表低空抛投机器人及其控制方法。

背景技术

在空间探索陆地环境中，存在常规移动平台无法到达的地方，如行星表面的大尺度沟壑、狭窄洞穴等，而这些场合具有潜在的科学研究价值。因此对这些环境进行科学探索和研究成为科学技术发展和人类社会进步的需要。

在对火星的不断探索和研究的过程中，对火星的地质状况已经有了初步的了解，若想继续深入了解火星的地质活动，就需要对火山活动多发地带进行探索。但是火山活动造就的地理环境往往是时变的和不稳定的，结构类型单一的空间机器人已经不能满足多变的火山活动地带的探测需求。这就需要对现有的空间机器人的构型和移动方式进行改进，研发出能够及时根据所探测的地质结构改变自身探测方式的空间机器人，从而高效率地进行探测。

在探索太空活动中已经投入运用的探测机器人中，轮式运动方式和腿式运动方式是大部分探测机器人的运动方式。轮式运动的机器人只能在地面较为缓和的地势环境中进行探测工作，遇到稍微复杂点的地形就无法工作。腿式运动的机器人能够工作和通过的地势环境范围更大，更加灵活。但是腿式机器人的操作系统复杂，导致机器人不能及时反应，运动缓慢。为了克服这两种机器人存在的缺点，科学家研发出球形移动的机器人。球形机器人的结构是完全对称的，即使在崎岖的地势上，也不会倾倒，而且可以在任何情况下及时转弯。球形机器人的外观比起另两种机器人来说要小很多，可以到达的地势环境范围更大。但是球形机器人也有无法探测的地势环境，例如斜坡，不能及时固定等。

现有应用于陆地环境探测的各类移动机器人：

现有应用于陆地环境探测的各类移动机器人中：

(1)腿式移动机器人，对地面的适应能力强；自由度多，控制系统复杂，运动迟缓；

(2)轮式机器人，运动形式较为固定，通过一般平坦地面能力尚可，较难通过崎岖路面。

(3)球形机器人，不存在“倾覆”的问题，可以轻易地实现零角度转弯和全方位行走，便于小型化，对于平坦无台阶路面适应性能比较强，但是控制系统比较复杂，并且容易受外界环境的干扰，对于斜坡等特殊路况静态稳定性不强。

(4)履带式，关节多，可靠性低；相对笨重，灵活性比较差，较轮式机器人反应速度慢。

(5)蛇形蠕动式自由度多，控制系统复杂，承载能力小，运动速度较慢。

以上类型移动机构的通过性能均不够强大，克服一般障碍尚可，难以通过前述极端复杂恶劣的路面障碍，亟需探索具备超强障碍通过性能的新概念构型。更重要的是，对于空间探索任务，除了陆地环境复杂多变外，探测任务也具有多样性，现有单一结构功能的系统机构往往不能满足不同种类的任务需求；而简单的功能叠加组合导致系统过于臃肿，成本过高，对于有限的探索任务尚可，但对于小行星群带乃至整个宇宙进行系统的探测将是一个可望不可及的任务。因此，小到陆地环境的多样性和未知性，大到任务需求的多样性，都亟需新的机构系统形式来适应环境和需求的变化，增强系统的探测能力，而不增加系统的成本，使得无限宇宙的探测成为可能。