“轮腿”技术增强自控力，漫步车有望在火星“撒点野”

火星漫步车（右1：机遇号 右2：好奇号）已经不断升级，但要达到电影中的载人漫步车级别（图左）还相距甚远。

尽管在《火星救援》中，马克达蒙驾驶着漫游车在火星飞奔数千公里，这似乎和一次普通的越野旅行并没什么不同。但实际上，以目前的科技水平，那些被投放在火星上的漫游车，只能用举步维艰来形容。工作了14年136天的“机遇号”漫游车只行驶了45.16公里，而只跑了7.73公里的“勇气号”因为陷入沙坑不能脱困，早在2010年与地球失联。

如何让行星漫游车走得更快更远一直是个难题，除了改善漫游车的电量获取方式，另外一个就是要增强其行驶控制力，避免被困。

▍无视环境变化，TAWL利用自身运动学自控

或许这些受尽环境摧残的漫游车应该在轮子上加个“腿”，轮子帮助行驶，有“腿”更不易被困。上海交通大学高峰教授团队正在研发的TAWL——具有地形自适应轮速分配能力的轮腿漫游车，有机会大幅度提升行星漫游车的行驶能力。NOKOV度量动作捕捉技术也参与到了TAWL的研发测试工作，助力行星漫游车的技术创新。

在极度缺少地外行星环境数据的情况下，依赖地形力学的车身控制系统显然有点费力不讨好。而通过自身运动学理论出发，提高适应性和可控性则会更高效。TAWL采取的后者，在其控制系统增加了WSA（轮速分配）、RPC（横摇与俯仰控制）、CFC（接触力控制）及车轮转向模块。这些控制模块可以减少车身因地形带来的滑移，并维持每个轮子上均匀的负载，保持车速和牵引力，减少漫游车被困沙地的风险。

▍动捕技术介入，助力漫游车行驶测试

NOKOV度量动作捕捉测试现场，TAWL已被“锁定”。

模拟环境测试收集数据和高明的设计理念同等重要。在已经搭建好的NOKOV度量动态捕捉测试场地中，TAWL需要经过规则地形和不规则障碍地形的双重测试。Mars动作捕捉相机通过采集三维空间XYZ坐标、六自由度（6Dof）、偏航角（Yaw）、横摇角（Roll）、俯仰角（Pitch）、欧拉角等数据，为漫游车的行驶过程提供动作数据基础。在已安装固定好的5台Mars动作捕捉相机下，车身上的4个反光mark点，会将行驶数据真值毫无保留的传输到电脑上。

自控测试通过多组动作捕捉的数据，将控制模块不断优化，最终达到了理想效果。经数据分析，TAWL所安装的控制模块有效减少了车身滑移所带来的牵引力降低，由于RPC、CFC和WSA模块的高效介入，车身滑移可以减少近50%。在漫游车车身控制方面，提供了有效的解决办法。

测量数据显示，控制模块的接入有效降低了车身滑移。

“不放过每一个细微的动作，并数据化展示。”是NOKOV度量动作捕捉系统对科研工作的技术支持。强大的硬件配置及专业的工程实施，为更多的科学实验助力前行。

参考文献：

[1] Jun He; Yanlong Sun; Limin Yang; Jiaze Sun; Yan Xing; Feng Gao. Design and Control of TAWL—A Wheel-Legged Rover With Terrain-Adaptive Wheel Speed Allocation Capability. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics，2022,6.

[2] Jun He *, Yanlong Sun, Limin Yang and Feng Gao. Model Predictive Control of a Novel Wheeled–Legged Planetary Rover for Trajectory Tracking. Sensors,2022,4.

原文链接：

[1] https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/9794482

[2] https://www.mdpi.com/1424-8220/22/11/4164