月球車UML可視化建模及3D仿真研究.pdf

1、在我國的嫦娥二期探月工程中月球探測機(jī)器人(月球車)的導(dǎo)航控制(Guidance，Navigation and Control，GNC)子系統(tǒng)是包含環(huán)境感知、路徑規(guī)劃、實(shí)時(shí)避障、運(yùn)動(dòng)控制等多個(gè)子系統(tǒng)的復(fù)雜實(shí)時(shí)系統(tǒng)。GNC系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)開發(fā)涉及機(jī)械學(xué)、動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、嵌入式電子、軟件設(shè)計(jì)多個(gè)學(xué)科，需要不同知識背景的開發(fā)人員共同參與。為協(xié)調(diào)和統(tǒng)一系統(tǒng)開發(fā)過程，同時(shí)便于開發(fā)人員交流，本論文采用面向?qū)ο箢I(lǐng)域最新研究成果UML(Unified Mo

2、deling Language)和實(shí)時(shí) UML(LML for Real-Time,UML-RT)技術(shù)對GNC系統(tǒng)進(jìn)行可視化建模和開發(fā)；在構(gòu)建GNC系統(tǒng)實(shí)時(shí)模型的基礎(chǔ)上，利用豐富的開源軟件資源構(gòu)建月球車實(shí)時(shí)系統(tǒng)的3D測試環(huán)境，具體工作如下： 在分析月球車GNC系統(tǒng)軟件開發(fā)特點(diǎn)和UML-RT特性的基礎(chǔ)上，提出應(yīng)用UML可視化建模開發(fā)方法進(jìn)行GNC系統(tǒng)的軟件建模和開發(fā)；在試用和調(diào)研幾款主流實(shí)時(shí)UML工具基礎(chǔ)上確定具體開發(fā)環(huán)境配置方案

3、，實(shí)時(shí)UML工具選擇Rational Rose Realtime；討論了Rational Rose Realtime在特定目標(biāo)環(huán)境下的具體配置問題；在Rational實(shí)時(shí)統(tǒng)一開發(fā)過程的指導(dǎo)下進(jìn)行GNC系統(tǒng)軟件的需求分析、系統(tǒng)靜態(tài)建模、動(dòng)態(tài)建模、實(shí)時(shí)代碼生成、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)部署和系統(tǒng)測試。應(yīng)用可視化建模方法不僅能實(shí)現(xiàn)GNC系統(tǒng)開發(fā)的科學(xué)規(guī)范化管理，而且可以有效提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量和加速系統(tǒng)開發(fā)進(jìn)度。 為方便GNC實(shí)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和算法驗(yàn)證，利用

4、豐富的開源軟件資源開發(fā)了月球車3D仿真環(huán)境。使用開源3D建模套件Blender建立月球車3D仿真模型；利用開源3D開發(fā)庫Open Scene Graph(OSG)開發(fā)月球車3D仿真驗(yàn)證環(huán)境，包括地形生成、導(dǎo)航器、路徑規(guī)劃、場景瀏覽器等的設(shè)計(jì)；最后探討了OSG在嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中應(yīng)用的可能性，進(jìn)而利用OSG庫提供的豐富數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和先進(jìn)內(nèi)部機(jī)制將GNC系統(tǒng)軟件的UML-RI可視化建模和月球車桌面3D仿真統(tǒng)一起來，為整個(gè)月球車軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一