一种面向空间双臂在轨操作的航天员舱内操作及显控系统技术方案

本发明专利技术涉及一种面向空间双臂在轨操作的航天员舱内操作及显控系统，属于空间双臂在轨操作技术领域；包括多模式操作控制模块、动态信息管理模块和实时仿真与显示模块；模式操作控制模块包括工作模式选择模块、地面操作管理模块、自主任务管理模块、人机交互操作模块；动态信息管理模块又包括机械臂动态总线信息管理模块、机械臂信息处理模块；实时仿真与显示模块又包括机械臂仿真训练模块、机械臂运动参数及图像显示模块；人机交互操作模块包括面板操作模块、转动手柄操作模块、平动手柄操作模块；本发明专利技术通过动态信息流管理、自主任务管理及多数据源融合人机交互设计，实现空间双机械臂多点接入的管理，为航天员提供在舱内完成空间机械臂的多模式操作。间机械臂的多模式操作。间机械臂的多模式操作。

【技术实现步骤摘要】
一种面向空间双臂在轨操作的航天员舱内操作及显控系统


[0001]本专利技术属于空间双臂在轨操作
，涉及一种面向空间双臂在轨操作的航天员舱内操作及显控系统。

技术介绍

[0002]空间机械臂在空间站上承担着舱段转位对接、悬停飞行器捕获与辅助对接、支持航天员出舱活动、舱外货物搬运及状态检查、暴露平台实验载荷照料以及光学平台照料等任务。空间站配置两套机械臂，核心舱配置一套大机械臂(简称大臂，臂展10米)，实验舱配置一套小机械臂(简称小臂，臂展5米)，大臂进行大负载大范围空间操作，小臂进行高精度精细操作。两套机械臂在空间站不同舱段的不同位置上可以移动，能够完成灵活的转移，扩大机械臂的操作可达空间。
[0003]目前面向空间机械臂在轨操作的系统截面单一、逻辑落后，并没有对于动态信息、自主任务进行整合，人机交互性差，操作模式单一，上述缺陷亟需进行提升，以满足进一步复杂性操作的需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种面向空间双臂在轨操作的航天员舱内操作及显控系统，通过动态信息流管理、自主任务管理及多数据源融合人机交互设计，实现空间双机械臂多点接入的管理，为航天员提供在舱内完成空间机械臂的多模式操作。
[0005]本专利技术解决技术的方案是：
[0006]一种面向空间双臂在轨操作的航天员舱内操作及显控系统，包括多模式操作控制模块、动态信息管理模块和实时仿真与显示模块；模式操作控制模块包括工作模式选择模块、地面操作管理模块、自主任务管理模块、人机交互操作模块；动态信息管理模块又包括机械臂动态总线信息管理模块、机械臂信息处理模块；实时仿真与显示模块又包括机械臂仿真训练模块、机械臂运动参数及图像显示模块；
[0007]工作模式选择模块：接收地面操作中心传来的机械臂操控数据；选择机械臂的操作模式，操作模式包括地面操作模式、自主操作模式、在轨操作模式和在轨仿真训练操作模式；当选择地面操作模式时，从机械臂操控数据中提取地面操控数据，并将地面操控数据发送至地面操作管理模块；当选择自主操作模式时，从机械臂操控数据中提取自主操控数据，并将自主操控数据发送至自主任务管理模块；当选择在轨操作模式时，发出工作指令至人机交互操作模块；
[0008]人机交互操作模块：接收工作模式选择模块传来的工作指令，开机；输入机械臂运动控制指令，并将机械臂运动控制指令发送至机械臂动态总线信息管理模块；接收机械臂信息处理模块传来的六维力数据，根据六维力数据进行操作模块的阻尼反馈设置；
[0009]地面操作管理单元：接收工作模式选择模块传来的地面操控数据，从地面操控数
据中提取指定的机械臂信息、机械臂工作模式信息、遥操作信息和机械臂运动操作信息，生成机械臂运动控制指令，并将机械臂运动控制指令发送至机械臂动态总线信息管理模块；
[0010]自主任务管理模块：接收工作模式选择模块传来的自主操控数据；根据自主操控数据或在轨操控数据，调用预存的典型自主任务，生成机械臂运动控制指令，并将机械臂运动控制指令发送至机械臂动态总线信息管理模块；自主任务的每一步操作过程传输至面板操作模块，供航天员在轨监视自主任务执行过程；
[0011]机械臂动态总线信息管理模块：接收人机交互操作模块传来的机械臂运动控制指令；或接收地面操作管理单元传来的机械臂运动控制指令；或接收自主任务管理模块传来的机械臂运动控制指令；通过总线将机械臂运动控制指令发送至对应的机械臂，操作其完成相应运动，生成机械臂真实视频图像数据；同时将机械臂运动控制指令发送至机械臂仿真训练模块；通过总线接收运动机械臂的遥测数据和位姿测量数据，并将遥测数据和位姿测量数据发送至机械臂信息处理模块；
[0012]机械臂信息处理模块：接收机械臂动态总线信息管理模块传来的遥测数据和位姿测量数据；将遥测数据发送至地面操作中心，供地面操作中心监测；同时将遥测数据发送至机械臂仿真训练模块，供机械臂三维仿真使用；将位姿测量数据发送至机械臂运动参数及图像显示模块；根据遥测数据和位姿测量数据解析出六维力数据，并将六维力数据发送至人机交互操作模块；
[0013]机械臂仿真训练模块：接收机械臂信息处理模块传来的遥测数据，将机械臂三维模型模拟至遥测数据的位置，显示机械臂的运动状态；接收机械臂动态总线信息管理模块传来的机械臂运动控制指令，按照机械臂运动控制指令驱动机械臂三维模型进行实时仿真，生成机械臂的仿真视频和图像数据，并将机械臂的仿真视频和图像数据发送至机械臂运动参数及图像显示模块进行显示；同时将机械臂的仿真视频和图像数据发送至地面操作中心；
[0014]机械臂运动参数及图像显示模块：接收机械臂仿真训练模块传来的机械臂三维模型的仿真视频和图像数据，进行仿真情况显示；接收机械臂信息处理模块传来的位姿测量数据；获取机械臂运动的真实视频图像数据；通过位姿测量数据和机械臂运动的真实视频图像数据，进行真实机械臂的运动情况显示。
[0015]在上述的一种面向空间双臂在轨操作的航天员舱内操作及显控系统，所述机械臂操控数据包括地面操控数据和自主操控数据。
[0016]在上述的一种面向空间双臂在轨操作的航天员舱内操作及显控系统，所述机械臂工作模式信息包括单臂独立工作、多臂组合工作、多臂协同工作；所述遥操作信息包括地面手柄遥操作、地面指令遥操作。
[0017]在上述的一种面向空间双臂在轨操作的航天员舱内操作及显控系统，所述典型自主任务包括机械臂预编程运动、机械臂视觉闭环运动、机械臂自主舱段转位、机械臂紧急返回；且典型自主任务通过上注，动态实时更新。
[0018]在上述的一种面向空间双臂在轨操作的航天员舱内操作及显控系统，所述人机交互操作模块包括面板操作模块、转动手柄操作模块、平动手柄操作模块；人机交互操作模块通过面板操作模块、转动手柄操作模块、平动手柄操作模块中的一种或多种，输入机械臂运动控制指令。
[0019]在上述的一种面向空间双臂在轨操作的航天员舱内操作及显控系统，所述面板操作模块接收航天员对机械臂的操作指令，航天员通过快捷硬按键、图形页面软按键，在舱内进行机械臂运动参数设置、机械臂运动操作、末端捕获释放、典型自主任务操作、机械臂单机管理、平动和转动手柄参数设置管理等全部机械臂操作，在轨生成机械臂控制指令，所有机械臂控制指令通过校验及二次确认后，才发送给机械臂动态总线信息管理模块，另一方面也将操作过程信息同步在面板操作模块中进行显示，为航天员提供提示信息，该过程信息也作为机械臂遥测数据，送至地面操作中心，地面操作中心可以镜像复现航天员在轨操作动作，进行监视和评估。
[0020]在上述的一种面向空间双臂在轨操作的航天员舱内操作及显控系统，所述机械臂运动参数包括负载、速度、加速度档位。
[0021]在上述的一种面向空间双臂在轨操作的航天员舱内操作及显控系统，所述转动手柄操作模块为航天员提供一种直接的操作方式，航天员通过观看机械臂视频图像，直接操作转动手柄调整机械臂末端俯仰、偏航、转动方向的姿态，调整单关节正向、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向空间双臂在轨操作的航天员舱内操作及显控系统，其特征在于：包括多模式操作控制模块、动态信息管理模块和实时仿真与显示模块；模式操作控制模块包括工作模式选择模块、地面操作管理模块、自主任务管理模块、人机交互操作模块；动态信息管理模块又包括机械臂动态总线信息管理模块、机械臂信息处理模块；实时仿真与显示模块又包括机械臂仿真训练模块、机械臂运动参数及图像显示模块；工作模式选择模块：接收地面操作中心传来的机械臂操控数据；选择机械臂的操作模式，操作模式包括地面操作模式、自主操作模式、在轨操作模式和在轨仿真训练操作模式；当选择地面操作模式时，从机械臂操控数据中提取地面操控数据，并将地面操控数据发送至地面操作管理模块；当选择自主操作模式时，从机械臂操控数据中提取自主操控数据，并将自主操控数据发送至自主任务管理模块；当选择在轨操作模式时，发出工作指令至人机交互操作模块；人机交互操作模块：接收工作模式选择模块传来的工作指令，开机；输入机械臂运动控制指令，并将机械臂运动控制指令发送至机械臂动态总线信息管理模块；接收机械臂信息处理模块传来的六维力数据，根据六维力数据进行操作模块的阻尼反馈设置；地面操作管理单元：接收工作模式选择模块传来的地面操控数据，从地面操控数据中提取指定的机械臂信息、机械臂工作模式信息、遥操作信息和机械臂运动操作信息，生成机械臂运动控制指令，并将机械臂运动控制指令发送至机械臂动态总线信息管理模块；自主任务管理模块：接收工作模式选择模块传来的自主操控数据；根据自主操控数据或在轨操控数据，调用预存的典型自主任务，生成机械臂运动控制指令，并将机械臂运动控制指令发送至机械臂动态总线信息管理模块；自主任务的每一步操作过程传输至面板操作模块，供航天员在轨监视自主任务执行过程；机械臂动态总线信息管理模块：接收人机交互操作模块传来的机械臂运动控制指令；或接收地面操作管理单元传来的机械臂运动控制指令；或接收自主任务管理模块传来的机械臂运动控制指令；通过总线将机械臂运动控制指令发送至对应的机械臂，操作其完成相应运动，生成机械臂真实视频图像数据；同时将机械臂运动控制指令发送至机械臂仿真训练模块；通过总线接收运动机械臂的遥测数据和位姿测量数据，并将遥测数据和位姿测量数据发送至机械臂信息处理模块；机械臂信息处理模块：接收机械臂动态总线信息管理模块传来的遥测数据和位姿测量数据；将遥测数据发送至地面操作中心，供地面操作中心监测；同时将遥测数据发送至机械臂仿真训练模块，供机械臂三维仿真使用；将位姿测量数据发送至机械臂运动参数及图像显示模块；根据遥测数据和位姿测量数据解析出六维力数据，并将六维力数据发送至人机交互操作模块；机械臂仿真训练模块：接收机械臂信息处理模块传来的遥测数据，将机械臂三维模型模拟至遥测数据的位置，显示机械臂的运动状态；接收机械臂动态总线信息管理模块传来的机械臂运动控制指令，按照机械臂运动控制指令驱动机械臂三维模型进行实时仿真，生成机械臂的仿真视频和图像数据，并将机械臂的仿真视频和图像数据发送至机械臂运动参数及图像显示模块进行显示；同时将机械臂的仿真视频和图像数据发送至地面操作中心；机械臂运动参数及图像显示模块：接收机械臂仿真训练模块传来的机械臂三维模型的仿真视频和图像数据，进行仿真情况显示；接收机械臂信息处理模块传...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡玉茜，吴志红，牛嘉祥，张思博，余晟，李德伦，周永辉，许哲，朱超，李皖玲，周轶丁，高升，唐自新，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：