摘    要：针对障碍环境下具有非完整约束月球车的运动规划问题，提出了一种基于离散化位姿的月球车运动规划方法。该方法首先将月球车的运动轨迹限定于多项式旋线，通过求解多项式旋线参数生成无障碍条件下连接任意位姿状态的运动轨迹。同时，该方法对月球车运动规划问题中的位姿状态空间进行离散化，形成离散化的住姿状态空间？根据离散化位姿状态空间的特点，在离线的条件下生成连接相邻离散位姿的月球车基本的运动轨迹集。最后该方法结合基本运动轨迹集并利用启发式搜索算法最终解决障碍条件下的运动规划问题。基于动力学仿真平台中的实验结果验证了该方法的正确性和有效性。

关键词：月球车；运动规划；参数化轨迹；离散位姿空间

中图分类号：tp 273    文献标识码：a

    月球车运动规划系统是月球车导航与控制系统的重要组成部分。其主要目标是在月球环境下对月球车由起始位姿移动至目标位姿的整个运动过程进行规划，使月球车能以安全有效的运动方式移动至目标位。

    月球车属于轮式移动机器人系统的一种，主要的运动规划方法包括人工势场法，ppp方法，快速生成树方法等。这些方法着重于运动规划问题的完整性，使用于实际系统往往存在着困难。jpl研制的火星车所采用的morphin方法则是近年来较为成功的行星车运动规划方式。该方法根据周围环境对事先确定的一组运动轨迹进行评价，选择并执行****的运动轨迹。morphin万法在实际应用中取得了很好的效果，但受车载计算能力及机械系统精度的限制，并没能完全地利用火星车的机动能力。

    根据月球车运动规划问题的特点，本文提出了一种基于轨迹参数求解及位姿空间离散化的月球车运动规划方法。

    在月球车运动规划问题中位姿( configuration)可通过（z，y，θ，k）进行描述。如图1所示。

    (x，y)为月球车在全局坐标系下的位置坐标，日为车体的移动方向，k为车体所在运动轨迹的曲率。其中，曲率^由月球车的驱动方式及各导向轮的方向角共同决定。在驱动方式固定的情况下，与各驱动轮方向角间具有一一对应的关系，可认为是对月球车导向轮姿态的描述。在月球车的工作区域中存在着月球车不可穿越的障碍区域。障碍区域的具体描述方式由月球车的传感器系统决定。

    月球车运动规划目标为，在满足车体运动约束及避开障碍的同时，使月球车安全且高效的由起始位姿移动至目标位姿。上述运动过程可通过运动轨迹的形式进行描述。

    式(1)为月球车的基本运动学约束方程，其中，v(t)为车体平动线速度，w(t)为转动角速度。基本运动学约束为典型的非完整约束，表现为车体不可侧移。一般情况下，月球车在满足基本运动学约束的同时还受到最小转弯半径的约束，最小转弯半径r。。通常由月球车的驱动方式及各导向轮的摆角范屡决定。

  首先考虑无障碍条件下运动轨迹的生成。车体的基本运动学方程可进行如下变换。令s为表示轨迹弧长的参数，通过式(2)可将式(1)转化为式(3)的形式。其中，k(s) =co(s)/v(s)表示运动轨迹的曲率随s变化的函数。式(3)中车体运动方程与时间项分离，可通过函数k(s)，终止弧长s，，及车体沿轨迹移动的速度v(s)描述月球任意的运动轨迹。其中，a(s)及s，决定了运动轨迹在x-y工作空间中的投影，v(s)则决定了月球车沿投影运动的具体方式。两者相互独立。

    由于确定v(s)需考虑车体在实际移动过程中驱动控制系统状态，更适于实时地由驱动控制系统决定。因此在下文中假定v(s)为常值，将讨论的重点放在k(s)及s，的选取。

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