基于增强现实的卫星电缆铺设导引系统及导引方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于增强现实的卫星电缆装配导引系统，包括导引信息生成模块、图像采集模块、电缆识别模块、舱板定位模块、导引信息可视化模块、导引状态控制模块，通过增强现实的方式引导操作人员快速地实现卫星电缆的装配。此外，本发明专利技术也公开了一种卫星电缆的装配导引方法。本发明专利技术提高了电缆铺设效率和复杂卫星装配场景下的电缆网信息查询的便捷性，减少了电缆铺设差错发生效率并简化了导引工艺信息的预定义过程。

Satellite cable laying guidance system and guidance method based on Augmented Reality

The invention discloses an augmented reality-based satellite cable assembly and guidance system, which comprises a guidance information generation module, an image acquisition module, a cable identification module, a cabin plate positioning module, a guidance information visualization module, and a guidance state control module. The satellite is guided by an augmented reality mode to rapidly realize the satellite operation. Cable assembly. In addition, the invention also discloses an assembly guidance method for satellite cables. The invention improves the efficiency of cable laying and the convenience of cable network information inquiry under complex satellite assembly scenarios, reduces the efficiency of cable laying errors, and simplifies the predefining process of guidance process information.

【技术实现步骤摘要】
基于增强现实的卫星电缆铺设导引系统及导引方法
本专利技术属于航天器总装
，具体而言，本专利技术涉及一种用于卫星电缆铺设的交互式工艺信息导引系统。此外，本专利技术也涉及一种卫星电缆铺设的交互式工艺信息导引方法。
技术介绍
卫星电缆是保证卫星系统功能实现的一类重要零件。电缆网和电缆支架是电缆铺设的主要操作对象。其中，每组电缆网包含若干由电缆组成的电缆分支，在电缆分支末端安装有电缆插头或直接与仪器连接，每组电缆网与电缆分支末端都有唯一编号；电缆支架是用于绑扎电缆的支撑杆件，在电缆铺设前安装于卫星舱板上；电缆网铺设即将电缆分支按设计要求固定在一组电缆支架上。此外，对于有跨舱板铺设要求的电缆，需要将电缆分支穿过舱板上的正确穿舱孔。电缆网铺设不仅需要保证电缆绑扎于正确的电缆支架，还需要保证铺设后电缆末端的自由长度满足后续电缆插接的需求。由于不同卫星的电缆数量与走向差异巨大，铺设位置空间狭小，操作工况复杂，导致卫星电缆的铺设严重依赖于手工作业。为了完成铺设，工人首先需要从图纸或三维模型中获取所需信息(包括电缆网结构、电缆走向、相关电缆支架与穿舱孔位置、电缆分支末端编号，以及电缆分支末端被要求的冗余长度)，然后在卫星舱内进行铺设位置确认、绑扎及调整作业。在卫星装配现场，目前采用固定式的看板系统对线缆铺设所需的信息进行展示，由工人根据图纸或三维模型的标识进行操作。该类方法的缺点为：由于卫星舱体开放性差，工艺人员仅凭对铺设所需信息的记忆在舱内执行操作，需要不断在用于显示文档的显示屏和卫星实物之间切换视角，将相关设计信息与真实物理环境进行人工匹配。此时，因为电缆支架外观较为一致，且在舱板上分布密集，工人难以找到所需支架，对穿舱孔的识别也存在低效、易错的问题。进一步地，由于卫星电缆分支数量巨大，工人为确认操作目标及位置需承受大量额外认知负担，显著降低了电缆铺设效率。为了提高卫星电缆铺设效率，本专利技术拟采用增强现实方法，实现电缆铺设信息与真实物理环境的自动匹配，引导工人完成电缆铺设操作。在复杂机械装配相关领域，目前已有企业对基于增强现实的装配导引方法进行研究和应用，但不能满足卫星的差异化单件生产需求，无法系统性解决抽象化的电缆铺设工艺信息向可视化的增强现实交互式信息的自动转化问题，且没有针对卫星电缆铺设工艺逻辑实现可视化的操作导引。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种基于增强现实的卫星电缆装配导引系统，该系统能够实现电缆铺设工艺信息与真实物理环境的自动匹配，引导工人完成电缆铺设操作，提高卫星电缆铺设的效率与质量。此外，本专利技术的另一目的在于提供一种基于增强现实的卫星电缆装配导引方法，该方法可极大地提高卫星电缆铺设的效率与质量，避免了电缆铺设错误的出现。本专利技术采用了如下的技术方案：基于增强现实的卫星电缆装配导引系统，包括导引信息生成模块、图像采集模块、电缆识别模块、舱板定位模块、导引信息可视化模块、导引状态控制模块，其中，导引信息生成模块用于读取存储于外部的电缆走向、电缆三维模型、电缆支架布局、卫星舱板结构三维模型、电缆铺设要求的信息数据，形成电缆网信息数据集，电缆网信息数据集供电缆识别模块、导引状态控制模块、舱板定位模块，以及导引信息可视化模块调用；图像采集模块用于拍摄工作场景，并将图像传输至电缆识别模块、舱板定位模块、导引信息可视化模块；电缆识别模块用于识别工作场景中的电缆插头、电缆分支或电连接器，该模块通过图像采集模块获取工作实景画面，从画面中识别编码图案，通过对图案进行分析，得到电缆插头、电缆分支、电连接器的编号，并将确认结果提供至导引状态控制模块；舱板定位模块用于计算工作场景中卫星舱板的位姿参数，模块工作前，由用户在电缆支架上安放作为电缆支架特征的标志点，模块开始工作后，通过图像采集模块获取工作场景图像，识别图像中的一组标识点，然后将标志点间的相对位置关系与导引信息生成模块提供的电缆支架布局信息进行相似度比对，找出与该组标志点布局相似度最大的一组电缆支架；通过测量导引信息生成模块提供的电缆支架三维模型与舱板三维模型，获得标志点与其所在卫星舱板内表面的相对位置关系，进而确定卫星舱板内表面所在平面的位姿参数，并将该参数提供至导引信息可视化模块；导引信息可视化模块用于在工作场景图像上叠加显示虚拟的工艺导引信息，接受导引状态控制模块提供的导引指令选择显示的导引类型及具体内容；导引状态控制模块用于接收用户的操作指令，查询由导引信息生成模块提供的电缆网信息集，按既定的逻辑控制导引信息可视化模块对工艺导引信息进行显示，导引状态控制模块接收该指令后，按编号查询由导引信息生成模块提供的对应电缆网信息集，根据预定义的安装规则控制导引信息可视化模块，按步骤对电缆分支模型、电缆支架位置、穿舱孔位置、电缆铺设要求等内容进行展示，在铺设导引过程中，记录电缆网铺设的进度，使用户中断导引后能够从中断的步骤继续在导引下进行铺设操作。其中，所述可显示的信息类型包括：(1)电缆网三维模型；(2)电缆支架位置提示；(3)电缆分支走向提示；(4)电缆插头位置提示；(5)穿舱孔位置提示；(6)电缆分支末端的冗余长度；(7)其他工艺要求的文字描述。其中，对于与舱板位置有依赖关系的导引信息，导引信息可视化模块根据导引内容与舱板的相对位姿关系和舱板定位模块提供的卫星舱板位姿参数，计算虚拟物体在实际场景中应处的位置，然后按该位置对虚拟对象进行渲染和显示；对于与舱板位置无依赖关系的导引信息，则直接渲染并显示于显示器上。其中，用户操作指令及对应的控制逻辑包括：(1)电缆网信息展示指令；(2)电缆分支铺设导引指令，其包含需要引导安装的电缆网编号。其中，导引状态控制模块接收由用户或电缆识别模块提供的电缆网、电缆分支、电缆插头等操作对象的编号，并按编号查询由导引信息生成模块提供的电缆网信息集，然后控制导引信息可视化模块对该电缆网信息集中的被查询信息进行展示。基于增强现实的卫星电缆装配导引方法，包括以下步骤：1)导引准备，由导引信息生成模块从外部获取并生产电缆网信息后，向舱板定位模块提供电缆支架布局及舱板三维模型；用户在卫星舱体内开启系统后，舱板定位模块实现舱板位姿的持续识别，并将位姿参数实时传递至导引信息可视化模块；同时，电缆识别模块为用户确认需要查询或进行操作导引的电缆网编号，并将其作为参数传递至导引状态控制模块；2)导引展示，导引状态控制模块向用户确认命令类型后，从导引信息生产模块中提取电缆网信息集，将需要展示的信息发送至导引信息可视化模块；导引信息可视化模块根据舱板定位模块持续提供的舱板实时位姿参数，将虚拟物体与实际物体进行融合展示；本专利技术具有以下优点：1.提高了电缆铺设效率，消除了用户在实际卫星舱体中对虚拟电缆铺设位置信息进行理解和比对的需求，用户可直接从该系统获取电缆网相关对象。2.提高了复杂卫星装配场景下的电缆网信息查询的便捷性。用户可以通过电缆插头、电缆分支或电缆网编码在实景下快速定位该电缆网的任意插头、分支或穿舱孔位置。3.减少了电缆铺设差错发生效率，通过精确的位置示意，保证电缆分支走向、穿舱位置、电缆分支末端的冗余长度要求能按设计意图被用户正确理解并实施。4.简化了导引工艺信息的预定义过程，能够根据既有电缆工艺信息批量化生成导引所需的电缆网信息集，适用于卫星本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于增强现实的卫星电缆装配导引系统，包括导引信息生成模块、图像采集模块、电缆识别模块、舱板定位模块、导引信息可视化模块、导引状态控制模块，其中，导引信息生成模块用于读取存储于外部的电缆走向、电缆三维模型、电缆支架布局、卫星舱板结构三维模型、电缆铺设要求的信息数据，形成电缆网信息数据集，电缆网信息数据集供电缆识别模块、导引状态控制模块、舱板定位模块，以及导引信息可视化模块调用；图像采集模块用于拍摄工作场景，并将图像传输至电缆识别模块、舱板定位模块、导引信息可视化模块；电缆识别模块用于识别工作场景中的电缆插头、电缆分支或电连接器，该模块通过图像采集模块获取工作实景画面，从画面中识别编码图案，通过对图案进行分析，得到电缆插头、电缆分支、电连接器的编号，并将确认结果提供至导引状态控制模块；舱板定位模块用于计算工作场景中卫星舱板的位姿参数，模块工作前，由用户在电缆支架上安放作为电缆支架特征的标志点，模块开始工作后，通过图像采集模块获取工作场景图像，识别图像中的一组标识点，然后将标志点间的相对位置关系与导引信息生成模块提供的电缆支架布局信息进行相似度比对，找出与该组标志点布局相似度最大的一组电缆支架；通过测量导引信息生成模块提供的电缆支架三维模型与舱板三维模型，获得标志点与其所在卫星舱板内表面的相对位置关系，进而确定卫星舱板内表面所在平面的位姿参数，并将该参数提供至导引信息可视化模块；导引信息可视化模块用于在工作场景图像上叠加显示虚拟的工艺导引信息，接受导引状态控制模块提供的导引指令选择显示的导引类型及具体内容；导引状态控制模块用于接收用户的操作指令，查询由导引信息生成模块提供的电缆网信息集，按既定的逻辑控制导引信息可视化模块对工艺导引信息进行显示，导引状态控制模块接收该指令后，按编号查询由导引信息生成模块提供的对应电缆网信息集，根据预定义的安装规则控制导引信息可视化模块，按步骤对电缆分支模型、电缆支架位置、穿舱孔位置、电缆铺设要求等内容进行展示，在铺设导引过程中，记录电缆网铺设的进度，使用户中断导引后能够从中断的步骤继续在导引下进行铺设操作。...

【技术特征摘要】
1.基于增强现实的卫星电缆装配导引系统，包括导引信息生成模块、图像采集模块、电缆识别模块、舱板定位模块、导引信息可视化模块、导引状态控制模块，其中，导引信息生成模块用于读取存储于外部的电缆走向、电缆三维模型、电缆支架布局、卫星舱板结构三维模型、电缆铺设要求的信息数据，形成电缆网信息数据集，电缆网信息数据集供电缆识别模块、导引状态控制模块、舱板定位模块，以及导引信息可视化模块调用；图像采集模块用于拍摄工作场景，并将图像传输至电缆识别模块、舱板定位模块、导引信息可视化模块；电缆识别模块用于识别工作场景中的电缆插头、电缆分支或电连接器，该模块通过图像采集模块获取工作实景画面，从画面中识别编码图案，通过对图案进行分析，得到电缆插头、电缆分支、电连接器的编号，并将确认结果提供至导引状态控制模块；舱板定位模块用于计算工作场景中卫星舱板的位姿参数，模块工作前，由用户在电缆支架上安放作为电缆支架特征的标志点，模块开始工作后，通过图像采集模块获取工作场景图像，识别图像中的一组标识点，然后将标志点间的相对位置关系与导引信息生成模块提供的电缆支架布局信息进行相似度比对，找出与该组标志点布局相似度最大的一组电缆支架；通过测量导引信息生成模块提供的电缆支架三维模型与舱板三维模型，获得标志点与其所在卫星舱板内表面的相对位置关系，进而确定卫星舱板内表面所在平面的位姿参数，并将该参数提供至导引信息可视化模块；导引信息可视化模块用于在工作场景图像上叠加显示虚拟的工艺导引信息，接受导引状态控制模块提供的导引指令选择显示的导引类型及具体内容；导引状态控制模块用于接收用户的操作指令，查询由导引信息生成模块提供的电缆网信息集，按既定的逻辑控制导引信息可视化模块对工艺导引信息进行显示，导引状态控制模块接收该指令后，按编号查询由导引信息生成模块提供的对应电缆网信息集，根据预定义的安装规则控制导引信息可视化模块，按步骤对电缆分支模型、电缆支架位置、穿舱孔位置、电缆铺设要求等内...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈畅宇，贺文兴，万毕乐，陈华俊，冯伟，董悫，陈靖，张强，孟凡伟，孟少华，隆昌宇，
申请(专利权)人：北京卫星环境工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11