Modeling of Terrain Deformation by a Grouser Wheel for Lunar Rover Simulation

要約

惑星環境における車両の動きのシミュレーションは困難です。
これは、複雑な地形、光学条件、地形を考慮した車両ダイナミクスのモデリングによるものです。
一般的なシミュレーターの重大な問題の 1 つは、地形が剛体であると想定しているため、車輪のトレースをレンダリングし、車輪と地形の相互作用を計算する能力が制限されることです。
これにより、たとえば、位置特定のためのランドマークとしてホイール トレースを使用したり、動きを正確にシミュレーションしたりすることができなくなります。
月のレゴリスの場合、表面は硬くなく粒状です。
そのため、硬い地形上での場合と比べて、沈み込みや滑り、探査機の後ろに残る車輪の跡など、探査機の動きに違いが生じます。
この研究では、テラメカニクス対応の地形変形エンジンを統合して、デジタル月面環境で現実的な車輪跡をシミュレートする新しいアプローチを紹介します。
離散要素法のシミュレーション結果と実験的な単輪試験データを活用することで、接触法線力の関数として変形高さを導き出す回帰モデルを構築します。
高さマップ内の関心領域は、ホイールのポーズから取得されます。
その後、対応するピクセルの標高値が、接触法線力と回帰モデルを使用して変更されます。
最後に、決定された標高の変更を各メッシュ頂点に適用して、実行時にホイール トレースをレンダリングします。
変形エンジンは、NVIDIA の Omniverse IsaacSim に基づく月シミュレータの現在開発に統合されています。
私たちは、屋外または地上のフィールドと同様の条件下で知覚および下流のナビゲーション システムをテストするために、私たちの研究が極めて重要であると仮説を立てています。
デモビデオはこちらからご覧いただけます: https://www.youtube.com/watch?v=TpzD0h-5hv4

要約(オリジナル)

Simulation of vehicle motion in planetary environments is challenging. This is due to the modeling of complex terrain, optical conditions, and terrain-aware vehicle dynamics. One of the critical issues of typical simulators is that they assume terrain is a rigid body, which limits their ability to render wheel traces and compute the wheel-terrain interactions. This prevents, for example, the use of wheel traces as landmarks for localization, as well as the accurate simulation of motion. In the context of lunar regolith, the surface is not rigid but granular. As such, there are differences in the rover’s motion, such as sinkage and slippage, and a clear wheel trace left behind the rover, compared to that on a rigid terrain. This study presents a novel approach to integrating a terramechanics-aware terrain deformation engine to simulate a realistic wheel trace in a digital lunar environment. By leveraging Discrete Element Method simulation results alongside experimental single-wheel test data, we construct a regression model to derive deformation height as a function of contact normal force. The region of interest in a height map is retrieved from the wheel poses. The elevation values of corresponding pixels are subsequently modified using contact normal forces and the regression model. Finally, we apply the determined elevation change to each mesh vertex to render wheel traces during runtime. The deformation engine is integrated into our ongoing development of a lunar simulator based on NVIDIA’s Omniverse IsaacSim. We hypothesize that our work will be crucial to testing perception and downstream navigation systems under conditions similar to outdoor or terrestrial fields. A demonstration video is available here: https://www.youtube.com/watch?v=TpzD0h-5hv4

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, Google