嫦娥三号“玉兔号”巡视器行为规划方法

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1、2017年2月第43卷第2期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsFebruary2017V01．43No．2http：∥bhxb．buaa．edu．onjbuaa@buaa．edu．onDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2016．0572嫦娥三号“玉兔号"巡视器行为规划方法高薇1’2，蔡敦波3一，周建平1’4，高宇辉2，殷明浩5(1．北京航空航天大学宇航学院，北京100083；2．北京航天飞行控制中心，北京100094；3．武汉工程大学智能机器人湖北省

2、重点实验室，武汉430205；4．中国载人航天办公室，北京100720；5．东北师范大学计算机科学与信息技术学院，长春130017)摘要：为支持“玉兔号”巡视器完成对月面较大空间范围的科学探测，对动态任务进行快速规划，提出了一种基于人工智能领域智能规划技术的自动化任务规划方法。提出了行为持续时间和行为效果动态确定的时态规划模型(TPDD＆D5)，设计了描述TP”＆D8问题的规划领域定义语言PDDL——PDDLDD＆D6，以及针对TPDD＆D8问题的启发式规划算法，运用Land．mark知识分析规划问题结构，从而设计了合理反映动作前提评估顺序的启发函数。在嫦娥三号任

3、务中，本文方法支撑“玉兔号”巡视器圆满完成了预期的科学探测任务。关键词：月面巡视器；行为规划；自动规划；任务建模；启发式搜索中图分类号：TPl81文献标识码：A文章编号：1001．5965(2017)02—0277．08嫦娥三号任务主要实现中国探月计划第二阶段“落”月的目标。中国首次成功在月球上实施巡视器软着陆¨一。“玉兔号”巡视器配备全景相机、红外成像光谱仪、测月雷达、粒子激发x射线谱仪等科学载荷拉。，在脱离着陆器后沿月面路线前进实施科学探测任务。每项探测任务均在地面远程遥操作的控制方式下完成¨一。“玉兔号”的控制任务与以往的轨道航天器控制任务”刮主要存在3点不

4、同，对地面控制系统的设计提出了挑战：①“玉兔号”的工作计划具有动态性。其着陆位置、工作环境等都无法事先得知，月面工作计划因而不能采用提前手工生成的方法，而必须在月面巡视器到达月面后根据环境和探测目标实时、不间断地制定任务。②“玉兔号”的任务规划具有不确定性。月面环境是一个未知的复杂非结构环境，而月面环境感知主要是通过安装在车体不同位置的立体相机对，利用双目视觉测量原理恢复月面三维信息来实现∞o，而科学探测目标或探测任务的选择又是建立在月面环境信息的基础上。因此，月面巡视器的移动速度、机械臂移动速度等信息将具有不确定性，使得控制任务含有不确定性。③任务规划的短时效性

5、。为了最大程度完成科学探测目标，地面控制系统将不断更新月面环境信息。由于月面环境的不确定性，正在执行的任务规划可能在较短一段时间内失去可行性，需要进行重规划。重规划的结果需要验证和复核，耗费时间，进而影响在一定时间内能完成的科学探测任务数量。因此，具有较高自动化程度的任务规划方法的研究对月面巡视勘察任务效益的提高具有重要意义。针对“玉兔号”控制任务的特点，笔者提出了结合自动规划(automatedplanning)技术‘7o的自动收稿日期：2016-07-05；录用日期：2016-08．10；网络出版时间：2016-09-0510：01网络出版地址：WWW．cnk

6、i．net／kcms／detail／11．2625．V．20160905．1001．001．html基金项目：国家自然科学基金(61103136，61370156，61503074)；新世纪优秀人才支持计划(NECT-13-0724)；航天飞行动力学技术重点实验室开放基金(2014afdl002)；湖北省教育厅科学技术研究计划中青年人才项目(Q20151516)}通讯作者：E—mail：dunbocai@163．com引用格式：高薇，蔡教波，周建乎，等．嫦娥三号“玉兔号”巡视器行为规划方法口J．北京航空航天大学学报，2017，43(2)：277．284．GAOⅣ。

7、CAIDB。ZHOUJP，etaI．ActivityplanningmethodforChang’E-3‘'JadeRabbit”rover[J7_．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2017，43但)：277-284(inChinese)．278北京航空航天大学学报2017年化任务规划方法，并提出了具有动态行为持续时间和动态行为效果的时态规划模型(TemporalPlanningwithDynamicDurationandDynamicEffeet，TP00＆02)。为描述TP00＆08

8、类型的规划