CN114003028B - 月球车的控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本公开公开了一种月球车的控制方法及装置，其中方法包括：地面控制中心在获取到月球车采集的三维地形信息后，规划月球车的控制行进线路，并生成使月球车按照行进线路行驶的控制信号；而后在月球车接收到控制信号之前，月球车基于采集的三维地形信息规划自动行进线路；最后在月球车按照自动行进线路行进时，在接收到地面控制中心向月球车发送所述控制信号后，月球车在控制信号的控制下按照行进线路进行行驶。通过在地面控制的同时给予月球车自主性，提高了月球车的运行速度，进而解决了相关技术中月球车运行速度慢的技术问题。
Description
技术领域
本公开涉及自动控制技术领域，具体涉及到一种月球车的控制方法及装置。
背景技术
随着深空探测技术迅速发展，通过月球车探测月球数据的意义巨大。
相关技术中，月球车的运行速度较慢，因而数据收集效率较低。
发明内容
本公开的主要目的在于提供一种月球车的控制方法及装置。
为了实现上述目的，根据本公开的第一方面，提供了一种月球车的控制方法包括：地面控制中心在获取到月球车采集的三维地形信息后，规划月球车的控制行进线路，并生成使月球车按照所述行进线路行驶的控制信号；在月球车接收到所述控制信号之前，月球车基于采集的所述三维地形信息规划自动行进线路；在月球车按照所述自动行进线路行进时，在接收到地面控制中心向月球车发送所述控制信号后，月球车在所述控制信号的控制下按照所述行进线路进行行驶。
可选地，地面控制中心在获取到月球车采集的三维地形信息后，规划月球车的控制行进线路包括：地面控制中心在获取到月球车采集的三维地形信息后，规划月球车在绝对时间ti时刻时的控制行进线路。
可选地，在月球车基于采集的所述三维地形信息规划自动行进线路时，所述方法还包括：向地面控制中心发送当前地形的信息，以使地面控制中心基于所述当前地形的信息，对月球车的行驶状态信息进行预测；基于所述预测结果，地面控制中心判断是否更改月球车当前行驶状态。
可选地，在月球车基于采集的所述三维地形信息规划自动行进线路时，还基于月球车采集的当前地形的信息，判断是否更改月球车当前的行驶状态。
可选地，所述方法还包括：如果判断需要更改月球车当前行驶状态，生成月球车在绝对时间ti的新行进线路。
可选地，所述方法还包括：如果判断判断更改月球车当前的行驶状态，月球车生成新行进线路。
可选地，所述方法基于mode l i ca实现。
根据本公开的第二方面，提供了一种月球车的控制装置，包括：控制单元，被配置成地面控制中心在获取到月球车采集的三维地形信息后，规划月球车的控制行进线路，并生成使月球车按照所述行进线路行驶的控制信号；线路规划单元，在月球车接收到所述控制信号之前，月球车基于采集的所述三维地形信息规划自动行进线路；行驶单元，被配置成在月球车按照所述自动行进线路行进时，在接收到地面控制中心向月球车发送所述控制信号后，月球车在所述控制信号的控制下按照所述行进线路进行行驶。
根据本公开的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行第一方面任意一项实现方式所述的月球车的控制方法
根据本公开的第四方面，提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行第一方面任意一项实现方式所述的月球车的控制方法。
在本公开实施例中，地面控制中心在获取到月球车采集的三维地形信息后，规划月球车的控制行进线路，并生成使月球车按照行进线路行驶的控制信号；而后在月球车接收到控制信号之前，月球车基于采集的三维地形信息规划自动行进线路；最后在月球车按照自动行进线路行进时，在接收到地面控制中心向月球车发送所述控制信号后，月球车在控制信号的控制下按照行进线路进行行驶。通过在地面控制的同时给予月球车自主性，提高了月球车的运行速度，进而解决了相关技术中月球车运行速度慢的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本公开具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本公开实施例的月球车控制方法的流程图；
图2是根据本公开实施例的月球车控制装置的结构示意图；
图3是根据本公开实施例的电子设备的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本公开方案，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本公开保护的范围。
需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
根据本公开实施例，提供了一种月球车的控制方法，如图1所示，该方法包括如下的步骤101至步骤103：
步骤101：地面控制中心在获取到月球车采集的三维地形信息后，规划月球车的控制行进线路，并生成使月球车按照所述行进线路行驶的控制信号。
在本实施例中，由于月球和地球的距离较近，通过光速传播实现地月来回的时间也较短，因此月球车的行驶可以基于地面控制中心控制实现。月球车在月面行走时，通过其上的传感器采集预设区域的三维地形信息，并生成三维地形图数据，在生成该数据后发送至地面控制中心。地面控制中心在获取到三维地形图数据后，可以将该数据作为仿真约束的条件，检索出月球车的最优行驶线路，并生成使月球车按照该线路行驶的控制信号。行驶轨迹的确定可以采用通过modelica仿真实现。
作为本实施例一种可选的实现方式，地面控制中心在获取到月球车采集的三维地形信息后，规划月球车的控制行进线路包括：地面控制中心在获取到月球车采集的三维地形信息后，规划月球车在绝对时间ti时刻时的控制行进线路。
在本可选的实现方式中，由于地月间的距离和数据传输延时，在地球获取到的数据和月球的实际情况会不可避免的有几秒钟的延迟，同时由于月球车体积的限制，月球车上的控制设备的时间精度相对不高，远远比不上原子钟的精度，再考虑到地月间的距离，会造成地球上对月球车的精确控制实时性和精细度不高。因此可以通过激光测距，得到月球车和地球的精确距离，地球控制中心使用原子钟给出的绝对时间来计时，此时，通过月球车和地球的距离，可以精确校准月球车的绝对时间，通过们不断修正月球车上控制器的时间控制器，控制其精度，使其控制逻辑是基于当前的绝对时间值，从而保证了控制的实时性和精准性。
因此地面控制中心计算出月球车的最佳行驶路线后，将控制信息从地球发送到月球，控制月球车在tj时刻按即定路线行驶。
由于光速不变原理，地月间永远无法完全实时同步获取信息，但通信、测控卫星的位置是已知的，通过激光测距技术，也可以精确知道月球车在月球上的位置，通过这些我们可以实时知道地球和月球车之间的距离，能精确获得地月间，电磁波的传播时间，这个时间在不断变化，记为tj,通过ti,即可以精确计算出未来月球车的控制指令，而无需如相关技术方案中进行长时间的等待和人工确认。
步骤102：在月球车接收到所述控制信号之前，月球车基于采集的所述三维地形信息规划自动行进线路。
由于地月通信需要一定的时间，因此当月球车在接收到该控制信号之前，月球车的可基于三维地形图数据规划自动行驶线路，并基于该行驶线路自动行驶。
步骤103：在月球车按照所述自动行进线路行进时，在接收到地面控制中心向月球车发送所述控制信号后，月球车在所述控制信号的控制下按照所述行进线路进行行驶。
在本实施例中，当月球车接收到地面控制中心发送的控制信号后，暂停行驶状态，按照地面控制中心规划的线路行驶。采用该方式可以加快月球车的行驶速度。也即月球车优先对地球控制中心的指令进行响应，但在没有地球控制中心的指令的时候，月球车采取自主仿真，自主控制行进的策略。且与此同时，月球车会将当前所在位置的地形图、位置信息、速度信息、未来将采用的控制信息下发到地球控制中心。
作为本实施例一种可选的实现方式，在月球车基于采集的所述三维地形信息规划自动行进线路时，所述方法还包括：向地面控制中心发送当前地形的信息，以使地面控制中心基于所述当前地形的信息，对月球车的行驶状态信息进行预测；基于所述预测结果，地面控制中心判断是否更改月球车当前行驶状态。
在本可选的实现方式中，传感器采集到的三维信息，无法提供月球车当前地形的其他信息，由于环境的复杂性，以及不可避免的缺失的这些信息，仿真计算出的运行过程，会和实际运行过程存在较大差别。进而在行进过程中如果不将这些危险性环境纳入轨迹规划的过程，必然导致月球车的安全性差、行进速度慢的技术问题。
作为一个示例，地面控制中心接收月球车采集的当前预设范围内的地形信息，该地形信息是用于表征预设区域内地理环境的信息，可以包括是否是流沙地形、地形的摩擦力大小、地面所能承受的压强大小、或被障碍物阻挡未被传感器感知的地形。
月球车的行驶状态信息包括可能存在的风险状态、或不存在风险状态，可以包括但是不限于翻车状态、原地打转状态、打滑状态、车轮被损坏状态、正常等等。
作为一个示例，如果月球车按照特定的规划轨迹进行行驶，那么在遇到可能发生危险的地形，将不可避免的面临该风险。因此，地面控制中心可以当前的地形信息对行进过程进行探测，作为一个示例可以对当前位置预设角度、预设距离内的地形进行采集，基于采集到的数据，确定该范围内地形所属的类型信息(地形信息)，基于该类型信息、以及当前规划的轨迹，预测车辆可能存在的行驶状态。并基于判断结果，判断是否更改月球车的当前控制的状态。例如，在行驶过程中，如果探测到的当前地形信息包括上坡路段，那么根据当前位置判断当前将处于上坡路段，而上坡路段必然存在下坡路段，如果月球车经过下坡路段，很有可能会翻车。因此此时可以根据行驶线路判断月球车是否经过目标下坡路段、如果经过那么也可以判断该坡度导致翻车的可能性大小。如果翻车的可能性大，那么可以在此时即刻更改月球车的当前状态，可以是中断月球车的行进状态。
作为本实施例一种可选的实现方式，方法还包括：如果判断更改月球车当前的行驶状态，月球车生成新行进线路。
在本可选的实现方式中，如果控制更改月球车的当前状态，可以基于月球车的当前位置、以及地形信息，重新规划行驶线路。
通过对月球车的行驶状态进行预测，基于预测结果控制月球车的状态，进而避免了月球车安全性差的问题，同时在更改月球车的状态后，重新规划行驶线路，避免月球车按照固定线路行驶，存在速度慢的问题。
作为本实施例一种可选的实现方式，月球车基于采集的所述三维地形信息规划自动行进线路时，还基于月球车采集的当前地形的信息，判断是否更改月球车当前的行驶状态。
在本可选的实现方式，还可将月球车实现了在自动行驶过程中，判断是否更改当前行驶状态。其实现方式与地球控制中心相同，在此不再赘述。
本实施例是一个循环，不断的基于当前三维地形图，计算最佳行近路线，然后通过地月间精确的时间信息，来基于绝对时间来控制月球的的运行。而在此过程中，又不断的通过仿真计算月球车后续的状态，保证过程中的安全性。
作为本实施一种可选的实现方式，所述方法基于modelica实现。
基于月球传感器和modelica仿真和控制，使用原子钟授时进行地球控制和月球车控制的时间基准进行同步，降低实时仿真误差，大大提高月球车运行的速度和安全性。
本实施例地球控制中心仿真出最佳路线后，发出控制指令以控制月球车使用仿真计算的最佳路径径行驶，此过程中，不断根据月球车回传的信息来对月球车未来的行驶状态进行仿真计算，确保月球车的安全，一旦仿真发现月球车有风险，立即中断当前状态，人工介入，保证月球车的安全。
地球控制中心，计算机计算能力强，对月球车未来的情况，尤其是要根据月球车所在的环境和未来将要响应的控制指令，进行仿真监控，发现可能出现危险时，提前将控制信息下发到月球车，此控制信息带有绝对时间。月球车在运行过程中，在控制信息的时间点，使用地球控制指令进行控制，规避危险。
本实施例基于月球车自带的传感器生成的三维地形图信息，使用modelica建模技术，实时仿真计算出月球车的最佳计算路线，又依据地月精确距离，使用原子钟不断校正月球车的时间值，实现了基于绝对时间的实时控制策略。同时在地球控制中心未发现月球车未来的危险情况时，月球车将自主控制，一直往前进，相较于相关技术中人工实时参与的方案，要快很多
在地球控制中心未发现月球车未来的危险情况时，月球车将自主控制，一直往前进，比现在人工实时参与的方案，要快很多。
本实施例基于月球车自带的传感器生成的三维地形图信息，使用图灵完备的modelica建模技术，实时仿真计算出月球车的最佳计算路线，使用基于绝对时间的实时控制方式，地月实时控制的同时，又给予月球车最大的自主性，modelica的超实时仿真特性，又能保证月球车的安全性。
在具体实施时，可以包括如下场景：
1.月球车在月面行走时，通过传感器生成所在区域的三维地形图；
2.将月球车采集的三维地形图上传回地球；
3.对三维信息进行modelica建模，使用modelica语言对三维信息进行描述(modelica是一种图灵完备的语言)，将三维信息作为仿真的约束条件,计算出月球车最佳行驶路线
4.实时在地球上发出指令控制月球车在月面行走；
5.此时，由于地月间的距离和数据传输延时，在地球获取到的数据和月球的实际情况会不可避免的有几秒钟的延迟，这是此种控制方式最大的风险；
6.由于体积限制，月球车上的控制设备的时间精度不会很高，远远比不上原子钟的精度，在精密控制中，再加上地月间的距离，造成地球上对月球车的精确控制实时性和精细度不高；
7.可以通过激光测距，得到月球车和地球的精确距离，地球控制室，使用原子钟给出的绝对时间来计时，此时，通过月球车和地球的距离，可以精确校准月球车的绝对时间；
8.在此过程中，不断修正月球车上控制器的时间控制器，控制其精度，使其控制逻辑是基于当前的绝对时间值；
9.仿真出最佳路线后，发出指令，控制月球车，使用仿真计算的最佳路径径行驶，此过程中，不断根据月球车回传的信息来对月球车未来的行驶状态进行仿真计算，确保月球车的安全，一旦仿真发现月球车有风险，立即中断当前状态，人工介入，保证月球车的安全。
10.本方法是一个循环，不断的基于当前三维地形图，计算最佳行近路线，然后通过地月间精确的时间信息，来基于绝对时间来控制月球的的运行。而在此过程中，又不断的通过仿真计算月球车后续的状态，保证过程中的安全。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
根据本公开实施例，还提供了一种用于实施上述月球车的控制方法的装置，如图2所示，该装置包括：控制单元201，被配置成地面控制中心在获取到月球车采集的三维地形信息后，规划月球车的控制行进线路，并生成使月球车按照所述行进线路行驶的控制信号；线路规划单元202，在月球车接收到所述控制信号之前，月球车基于采集的所述三维地形信息规划自动行进线路；行驶单元203，被配置成在月球车按照所述自动行进线路行进时，在接收到地面控制中心向月球车发送所述控制信号后，月球车在所述控制信号的控制下按照所述行进线路进行行驶。
本公开实施例提供了一种电子设备，如图3所示，该电子设备包括一个或多个处理器31以及存储器32，图3中以一个处理器31为例。
该控制器还可以包括：输入装置33和输出装置34。
处理器31、存储器32、输入装置33和输出装置34可以通过总线或者其他方式连接，图3中以通过总线连接为例。
处理器31可以为中央处理器(CentralProcessingUnit，CPU)。处理器31还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器32作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本公开实施例中的控制方法对应的程序指令/模块。处理器31通过运行存储在存储器32中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例的月球车的控制方法。
存储器32可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据服务器操作的处理装置的使用所创建的数据等。此外，存储器32可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器32可选包括相对于处理器31远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至网络连接装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置33可接收输入的数字或字符信息，以及产生与服务器的处理装置的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置34可包括显示屏等显示设备。
一个或者多个模块存储在存储器32中，当被一个或者多个处理器31执行时，执行如图1所示的方法。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各电机控制方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)、快闪存储器(FlashMemory)、硬盘(HardDiskDrive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-StateDrive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
虽然结合附图描述了本公开的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (9)
1.一种月球车的控制方法，其特征在于，包括：
地面控制中心在获取到月球车采集的三维地形信息后，将所述三维地形信息作为仿真约束条件规划月球车的控制行进线路，并生成使月球车按照所述行进线路行驶的控制信号，地面控制中心在获取到月球车采集的三维地形信息后，规划月球车的控制行进线路包括：地面控制中心在获取到月球车采集的三维地形信息后，规划月球车在绝对时间ti时刻时的控制行进线路；其中，通过激光测距，得到月球车和地球的精确距离，地球控制中心使用原子钟给出的绝对时间来计时，此时，通过月球车和地球的距离，可以精确校准月球车的绝对时间，不断修正月球车上控制器的时间控制器，控制其精度，使其控制逻辑是基于当前的绝对时间值；所述地形信息包括用于表征预设区域内地理环境的信息；在月球车基于采集的所述三维地形信息规划自动行进线路时，所述方法还包括：向地面控制中心发送当前地形的信息，以使地面控制中心基于所述当前地形的信息，对月球车的行驶状态信息进行预测；基于所述预测结果，地面控制中心判断是否更改月球车当前行驶状态，所述状态包括可能存在的风险状态、或不存在风险状态；
在月球车接收到所述控制信号之前，月球车基于采集的所述三维地形信息规划自动行进线路；
在月球车按照所述自动行进线路行进时，在接收到地面控制中心向月球车发送所述控制信号后，月球车在所述控制信号的控制下按照所述行进线路进行行驶。
2.根据权利要求1所述的月球车的控制方法，其特征在于，在月球车基于采集的所述三维地形信息规划自动行进线路时，所述方法还包括：
向地面控制中心发送当前地形的信息，以使地面控制中心基于所述当前地形的信息，对月球车的行驶状态信息进行预测；
基于所述预测结果，地面控制中心判断是否更改月球车当前行驶状态。
3.根据权利要求1所述的月球车的控制方法，其特征在于，在月球车基于采集的所述三维地形信息规划自动行进线路时，还基于月球车采集的当前地形的信息，判断是否更改月球车当前的行驶状态。
4.根据权利要求2所述的月球车的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
如果判断需要更改月球车当前行驶状态，生成月球车在绝对时间ti的新行进线路。
5.根据权利要求3所述的月球车的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
如果判断判断更改月球车当前的行驶状态，月球车生成新行进线路。
6.根据权利要求1所述的月球车的控制方法，其特征在于，所述方法基于modelica实现。
7.一种月球车的控制装置，其特征在于，包括：
控制单元，被配置成地面控制中心在获取到月球车采集的三维地形信息后，规划月球车的控制行进线路，并生成使月球车按照所述行进线路行驶的控制信号，地面控制中心在获取到月球车采集的三维地形信息后，规划月球车的控制行进线路包括：地面控制中心在获取到月球车采集的三维地形信息后，规划月球车在绝对时间ti时刻时的控制行进线路；其中，通过激光测距，得到月球车和地球的精确距离，地球控制中心使用原子钟给出的绝对时间来计时，此时，通过月球车和地球的距离，可以精确校准月球车的绝对时间，不断修正月球车上控制器的时间控制器，控制其精度，使其控制逻辑是基于当前的绝对时间值；所述地形信息包括用于表征预设区域内地理环境的信息；在月球车基于采集的所述三维地形信息规划自动行进线路时，所述方法还包括：向地面控制中心发送当前地形的信息，以使地面控制中心基于所述当前地形的信息，对月球车的行驶状态信息进行预测；基于所述预测结果，地面控制中心判断是否更改月球车当前行驶状态，所述状态包括可能存在的风险状态、或不存在风险状态；
线路规划单元，在月球车接收到所述控制信号之前，月球车基于采集的所述三维地形信息规划自动行进线路；
行驶单元，被配置成在月球车按照所述自动行进线路行进时，在接收到地面控制中心向月球车发送所述控制信号后，月球车在所述控制信号的控制下按照所述行进线路进行行驶。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1-6任意一项所述的月球车的控制方法。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行权利要求1-6任意一项所述的月球车的控制方法。
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| 史美萍.基于人机协同的月球车路径规划技术研究.《中国博士学位论文全文数据库信息科技辑》.2007,第I140-27页. * |
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