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摘要：本文阐述了5自由度仪器设备(IDD)配置Spirit and Opportunity的操作，在火星探测上，是一个灵活的机器人操作者。在火星岩上，每个周期的任何时间内，现场机械设备的连续命令至少需要三个精确可靠的定位球，这些位置在 1毫米的位置和 1度的方向显示出了一种重复性。这个运作的突破还没受到重视，但适时地给科学家提供了一种方法表征很多岩石和土壤，这些地质学线索都表明了行星上曾富有水。本文中阐述了仪器设备配置设计和控制程序产生过程，用来放置和保存现场的器械，在IDD工作卷感兴趣的范围内直接靠着岩石和土壤。47282
毕业论文关键词:操纵,原位机器人,指挥测序,火星探索、表面操作,行星机器人。
1.介绍
美国宇航局孪生机械地质学家, Spirit和Opportunity，已经慢慢并有规则地解决了记录在着陆地点附近火星的岩石和土壤地质学上的情况。他们的研究结果为火星上持续还是断绝表面水的争论提供了内在的依据。火星探测车(期间)的任务是美国航空暨太空总署火星探测计划的一部分，是一个长期对红色行星进行机械探索的努力。这次任务的主要目地是对火星上曾经保存过水线索的若干岩石和土壤进行寻找和标定。
像其他地质学家一样，Spirit和Opportunity 打算模拟，他们配备一个灵活的机器人机械臂——5自由度的IDD。在机器人的末端执行器安装一个叫作雅典娜科学有效载荷的仪器套房，主要用来测量和理解火星表面的复杂的地球化学和形态学。
原位一起套房含有莫斯保尔分光仪，a 粒子X光谱仪，显微成像和岩石消磨工具。IDD提供了精确的原位处理能力，使器械的持有和放置直接靠着岩石和土壤，从而允许详细的检查，揭示元素和矿物质成分并且用公文证明了水的地质年代历史。基于地球的科学和工程团队执行远程规划、指挥次序以及命令用机械执行实地验证地质调查。野外地质和机器人都是科学/工程制定和测试迭代过程中的假设,在实际环境中执行，因此，它们有相同的过程。然而，在遥远的星球用机器装置执行野外地质学是一项极其困难的工程挑战。这些独特的挑战包括行动受限、电力、数据带宽、土壤/摇滚原位处理能力、导航误差,并长反应时间。
这种完美的IDD操作在火星的岩石和土壤指定的目标位置的连续命令至少需要三个定位球，不论在白天还是黑夜。这使得科学家使用MI、MB,APXS 进行耦合观察。这些定位球在大约 1毫米的位置和1度的方向显示出了一种重复性。这个运作的突破还没受到重视，但适时地给科学家提供了一种方法表征很多的岩石和土壤，这些地质学线索都表明了行星上曾富有水。
本章节的组织如下：第二部分简短的描述了IDD的硬件和控制系统，第三部分详细的叙述了IDD的指挥序列产生，主要源于Spirit 和Opportunity机器人在这个任务的表面操作阶段；第四部分是本文的结论。
:左、IDD装载带动和安装的机械目标,右有接头标签的为安装的IDD
2.仪器设备配置
在这部分中,我们对IDD进行简要的概述。对IDD机械系统和软件有兴趣的读者可以参考[6]，如图1所示：IDD安装在机械暖电子盒腹部前面的隔板上。IDD重大约4千克并且带有2千克的有效载荷，如图一（左图）所示IDD安装在机械横木之间，图1（右）描述了IDD机械系统5个带有标签的接头，图2描述了安装在转台上的有效载荷。每个原位器械配备有近距离传感器（接触传感器）来探测目标与器械之间的接触，类似于机器与火星表面。为了MI，MB和RAT测试，每个器械配备双倍多的接触传感器，而APXS配有两个独立的接触传感器。第一个传感器用来成功的探测粉尘门的开和关，第二个传感器仅仅用来激活开关，当接触板压紧而门被锁紧的时候。如图1（左图）有三个安装的机械靶，也就是组成的刻度盘，捕获磁体和过滤磁体。这两个永久性磁体用来吸收火星大气中的灰尘，CCT是MB的刻度，被用来打开土壤投放范围内的APXS的灰尘门。第四个目标安装在IDD的前臂，叫做RAT电刷站。IDD采用分布式控制系统构架，用计算机硬件和飞行软件模型执行功能。机器的计算平台是RAD6000运行的VxWorks实时操作系统的虚拟机环境底盘。IDD飞行软件模型包含低级和高级的控制功能，如基于温度和姿势的电流限制驱动器，逆运动学笛卡尔控制，由于重量和倾斜引发的下垂的挠度补偿，器械最终靶标基于模型的预装载，使用临近反馈传感器的器械定位球等。