技术摘要：
本发明提供了一种星球探测车导向轮的控制方法及控制系统，涉及机器人控制技术领域，所述方法包括：在调整所述导向轮的转速的过程中，根据所述导向轮的实际受力状态判断所述星球探测车是否处于崎岖地形，根据所述判断结果控制所述导向轮在运动方向及侧向的动力输出，以  全部
背景技术：
轮式移动机器人用于月球、火星等天体的探测时，由于天体表面地形松软崎岖，容 易造成车轮沉陷和滑转。增加车轮数量可以降低车轮平均负载，减小车轮沉陷和滑转，但会 引出多轮移动机器人的冗余控制与能源消耗问题。驱动轮之间的协调控制是充分发挥星球 探测车牵引能力和节省能源的一个重要问题。目前，实现驱动轮之间协调控制的方法为建 立星球探测车的运动学模型，实现基于最优车轮滑转率的协调控制。这种方法不仅存在建 立准确模型的难题，并且为了提高星球探测车的牵引能力而忽视了因车轮间内力对抗而产 生的能耗问题，导致轮式移动机器人的驱动轮能耗较高。 为同时满足车轮在复杂地形上对机器人提供足够的驱动力，与在平坦地形上优化 运动的能源消耗，在伪从动轮控制方式的基础上，实施一种新的控制策略是亟待解决的问 题。
技术实现要素：
本发明解决的问题是在复杂地形条件下提高星球探测车车体的轨迹跟踪能力。 为解决上述问题，本发明提供一种星球探测车导向轮的控制方法，所述方法包括： 选择所述星球探测车的一个或多个车轮作为导向轮，调整所述导向轮的转速，使 所述导向轮的实时挂钩牵引力Fx趋近于目标挂钩牵引力Fxd，以减小所述导向轮对所述星球 探测车的驱动力及阻力，使所述导向轮用于对所述星球探测车的车体提供支持力， 在调整所述导向轮的转速的过程中，根据所述导向轮的实际受力状态判断所述星 球探测车是否处于崎岖地形，根据所述判断结果控制所述导向轮在运动方向及侧向的动力 输出，以使所述导向轮对运行在所述崎岖地形的所述星球探测车具有驱动力，所述星球探 测车车体的轨迹跟踪能力提高。 进一步地，所述驱动力包括沿所述星球探测车运动方向的挂钩牵引力及垂直于所 述运动方向的侧向力。 进一步地，根据所述导向轮的实际受力状态判断所述星球探测车是否处于崎岖地 形，根据所述判断结果控制所述导向轮在运动方向及侧向的动力输出的过程中，包括： 步骤S1：判断所述星球探测车是否在转向，如果是则进行步骤S2,如果否则进行步 骤S3， 步骤S2：判断所述星球探测车是否处于上下坡状态，如果否，则进行步骤S4，如果 是，则进行步骤S6， 步骤S4:增大所述导向轮的挂钩牵引力输出， 步骤S6：判断所述星球探测车是否处于上坡状态，如果是，则进行步骤S4，如果否， 4 CN 111717416 A 说　明　书 2/8 页 则进行步骤S8， 步骤S8：减小所述导向轮的所述挂钩牵引力输出， 步骤S3：判断所述星球探测车是否处于凹凸不平路面，如果是，则进行步骤S5，如 果否，则进行步骤S7, 步骤S5:减小所述导向轮的侧向力输出， 步骤S7：增大所述导向轮的所述侧向力输出。 进一步地，在所述步骤S2中判断所述星球探测车是否处于上下坡状态的过程中， 如果所述导向轮的所述实时挂钩牵引力Fx的变化不平稳，则所述星球探测车处于上下坡状 态，否则不处于上下坡状态。 进一步地，在所述步骤S6中，判断所述星球探测车是否处于上坡状态的过程中，判 断所述导向轮的所述实时挂钩牵引力Fx的幅度变化的均值是否为正，如果为正，则所述星 球探测车处于上坡状态，否则处于下坡状态。 进一步地，在所述步骤S3中判断所述星球探测车是否处于凹凸不平路面的过程 中，如果所述导向轮的实时侧向力Fy的变化不平稳，则所述导向轮处于凹凸不平路面，否则 不处于凹凸不平路面。 本发明还提供一种星球探测车导向轮控制系统， 包括控制模块，所述控制模块采用上述的方法进行控制。 进一步地，还包括信息采集模块，所述信息采集模块用于采集所述导向轮的受力 信息，并将采集的所述受力信息传输至所述控制模块， 所述控制模块用于分析所述受力信息，并根据分析结果控制所述导向轮的动力输 出，以使所述导向轮对运行在所述崎岖地形的所述星球探测车具有驱动力，所述星球探测 车车体的轨迹跟踪能力提高。 进一步地，所述信息采集模块用于采集所述导向轮的实时侧向力Fy及所述导向轮 的实时挂钩牵引力Fx，并将采集的所述实时侧向力Fy及所述实时挂钩牵引力Fx传输至所述 控制模块，所述控制模块内存储有所述导向轮的侧向力预设值及挂钩牵引力预设值，所述 控制模块将所述实时挂钩牵引力Fx与所述挂钩牵引力预设值进行比较，及将所述实时侧向 力Fy与所述侧向力预设值进行比较，根据比较结果对所述导向轮进行控制，以增大或减小 所述导向轮的所述实时挂钩牵引力Fx，增大或减小所述导向轮的所述实时侧向力Fy，使所述 导向轮对运行在所述崎岖地形的所述星球探测车具有驱动力。 进一步地，所述控制模块包括工控机、驱动电机及转向电机，所述驱动电机及所述 转向电机的一端均与所述工控机连接，所述驱动电机及所述转向电机的另一端均与所述导 向轮连接，所述工控机将所述实时挂钩牵引力Fx与所述挂钩牵引力预设值进行比较，并根 据比较结果判断所述实时挂钩牵引力Fx的变化是否平稳，通过所述驱动电机控制所述导向 轮的所述实时挂钩牵引力Fx增大或减小。 进一步地，所述工控机将所述实时侧向力Fy与所述侧向力的预设值进行比较，并 根据比较结果通过所述转向电机控制所述导向轮的实时侧向力Fy增大或减小。 进一步地，所述信息采集模块包括力传感器，所述力传感器设置于所述导向轮的 轮轴上，所述力传感器用于采集所述实时侧向力Fy及所述实时挂钩牵引力Fx，并将采集的所 述实时侧向力Fy及所述实时挂钩牵引力Fx传输至所述控制模块。 5 CN 111717416 A 说　明　书 3/8 页 进一步地，所述信息采集模块还包括第一编码器、第二编码器，所述控制模块还连 接有显示模块，所述第一编码器、所述第二编码器均设置于所述导向轮的轮轴上，所述第一 编码器用于采集所述导向轮的转速信息，并将所述转速信息经所述控制模块传输至所述显 示模块，所述第二编码器用于采集所述导向轮的角度信息，并将所述角度信息经所述控制 模块传输至所述显示模块。 在调整导向轮的转速，使导向轮用于对星球探测车车体提供支持力的过程中，由 于当导向轮处于崎岖地形时，减小导向轮的动力输出，能够防止星球探测车车体偏离轨迹， 增加导向轮在复杂地形上的驱动能力，进而提高星球探测车车体轨迹跟踪的精度。 附图说明 图1为三轮星球探测车的伪从动轮的受力分析示意图； 图2为三轮星球探测车的伪从动轮与车体之间的内力和垂直方向上的内力矩分析 示意图； 图3为本发明星球探测车导向轮的控制方法的流程图； 图4为本发明星球探测车导向轮的控制系统的结构图； 图5为采用本发明星球探测车导向轮的控制方法对导向轮进行控制后星球探测车 车体的上下坡状态转向运动过程导向轮的线速度的控制结果比较图； 图6为采用本发明星球探测车导向轮的控制方法对导向轮进行控制后星球探测车 车体的上下坡状态转向运动过程导向轮的转向角度的控制结果比较图； 图7为采用本发明星球探测车导向轮的控制方法对导向轮进行控制后星球探测车 车体的上下坡状态转向运动过程导向轮的实时挂钩牵引力的控制结果比较图； 图8为采用本发明星球探测车导向轮的控制方法对导向轮进行控制后星球探测车 车体的上下坡状态转向运动过程导向轮的实时侧向力的控制结果比较图； 图9为采用本发明星球探测车导向轮的控制方法对导向轮进行控制后星球探测车 车体的直线凹凸不平表面转向运动过程中导向轮的速度的控制结果； 图10为采用本发明星球探测车导向轮的控制方法对导向轮进行控制后星球探测 车车体的直线凹凸不平表面转向运动过程中导向轮的转向角度的控制结果； 图11为采用本发明星球探测车导向轮的控制方法对导向轮进行控制后星球探测 车车体的直线凹凸不平表面转向运动过程中导向轮的实时挂钩牵引力的控制结果； 图12为采用本发明星球探测车导向轮的控制方法对导向轮进行控制后星球探测 车车体的直线凹凸不平表面转向运动过程中导向轮的实时侧向力的控制结果； 图13为星球探测车导向轮在崎岖地形的受力分析图。 附图标记说明： 11-控制模块；111-工控机；112-驱动电机；113-转向电机；12-信息采集模块；13- 显示模块。