
火星漫步車(右1:機遇號 右2:好奇號)已經不斷升級
但要達到電影中的載人漫步車級別(圖左)還相距甚遠
盡管在《火星救援》中,馬克達蒙駕駛著漫游車在火星飛奔數千公里,這似乎和一次普通的越野旅行并沒什么不同。但實際上,以目前的科技水平,那些被投放在火星上的漫游車,只能用舉步維艱來形容。工作了14年136天的“機遇號”漫游車只行駛了45.16公里,而只跑了7.73公里的“勇氣號”因為陷入沙坑不能脫困,早在2010年與地球失聯。
如何讓行星漫游車走得更快更遠一直是個難題,除了改善漫游車的電量獲取方式,另外一個就是要增強其行駛控制力,避免被困。
▍無視環境變化,TAWL利用自身運動學自控
或許這些受盡環境摧殘的漫游車應該在輪子上加個“腿”,輪子幫助行駛,有“腿”更不易被困。上海交通大學高峰教授團隊正在研發的TAWL——具有地形自適應輪速分配能力的輪腿漫游車,有機會大幅度提升行星漫游車的行駛能力。NOKOV度量動作捕捉技術也參與到了TAWL的研發測試工作,助力行星漫游車的技術創新。
在極度缺少地外行星環境數據的情況下,依賴地形力學的車身控制系統顯然有點費力不討好。而通過自身運動學理論出發,提高適應性和可控性則會更高效。TAWL采取的后者,在其控制系統增加了WSA(輪速分配)、RPC(橫搖與俯仰控制)、CFC(接觸力控制)及車輪轉向模塊。這些控制模塊可以減少車身因地形帶來的滑移,并維持每個輪子上均勻的負載,保持車速和牽引力,減少漫游車被困沙地的風險。
▍動捕技術介入,助力漫游車行駛測試

NOKOV度量動作捕捉測試現場,TAWL已被“鎖定”。模擬環境測試收集數據和高明的設計理念同等重要。在已經搭建好的NOKOV度量動態捕捉測試場地中,TAWL需要經過規則地形和不規則障礙地形的雙重測試。Mars動作捕捉相機通過采集三維空間XYZ坐標、六自由度(6Dof)、偏航角(Yaw)、橫搖角(Roll)、俯仰角(Pitch)、歐拉角等數據,為漫游車的行駛過程提供動作數據基礎。在已安裝固定好的5臺Mars動作捕捉相機下,車身上的4個反光mark點,會將行駛數據真值毫無保留的傳輸到電腦上。
自控測試通過多組動作捕捉的數據,將控制模塊不斷優化,最終達到了理想效果。經數據分析,TAWL所安裝的控制模塊有效減少了車身滑移所帶來的牽引力降低,由于RPC、CFC和WSA模塊的高效介入,車身滑移可以減少近50%。在漫游車車身控制方面,提供了有效的解決辦法。

測量數據顯示,控制模塊的接入有效降低了車身滑移。“不放過每一個細微的動作,并數據化展示。”是NOKOV度量動作捕捉系統對科研工作的技術支持。強大的硬件配置及專業的工程實施,為更多的科學實驗助力前行。

