[發(fā)明專利]基于天基中繼通信的空間機械臂遙操作通信系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2019-12-26
• 公開（公告）號: CN111025995A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭中偉;張思博;高延超;張旭;王悅;任筱強;梁克;于文澤
• 申請（專利權(quán)）人: 北京空間技術(shù)研制試驗中心
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;H04B7/185
• 代理公司: 北京謹誠君睿知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11538
• 代理人: 陸鑫;延慧

1.一種基于天基中繼通信的空間機械臂遙操作通信系統(tǒng)，其特征在于，所述通信系統(tǒng)包括：地面遙操作單元、天地數(shù)據(jù)通信單元和在軌機械臂單元；

所述地面遙操作單元包括地面遙操作臺、預(yù)測仿真機構(gòu)和任務(wù)仿真驗證機構(gòu)；

所述天地數(shù)據(jù)通信單元包括飛控中心、中繼衛(wèi)星中心、中繼衛(wèi)星地面站、中繼衛(wèi)星、中繼終端、高速通信處理器、數(shù)據(jù)管理核心處理單元和交換機；

所述在軌機械臂單元包括機械臂操作臺、艙外機械臂和目標適配器。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于天基中繼通信的空間機械臂遙操作通信系統(tǒng)，其特征在于，所述地面遙操作臺的狀態(tài)與機械臂操作臺保持一致，通過地面遙操作臺上的手柄、控制面板生成機械臂遙操作指令，經(jīng)所述任務(wù)仿真驗證機構(gòu)驗證正確后，發(fā)送給所述預(yù)測仿真機構(gòu)和在軌機械臂執(zhí)行。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于天基中繼通信的空間機械臂遙操作通信系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)測仿真機構(gòu)包括預(yù)測仿真部分、虛擬場景顯示器和視頻顯示器；

所述預(yù)測仿真機構(gòu)根據(jù)遙操作指令對空間機器人運行情況進行預(yù)測，并且將預(yù)測結(jié)果輸出到所述虛擬場景顯示器進行顯示、輸出到手柄用于力反饋控制，根據(jù)所述虛擬場景顯示器的預(yù)測情況和所述操作手柄的力反饋情況，繼續(xù)對空間機器人發(fā)出遙操作指令，當遙操作指令到達空間機械臂真實操作場景，機械臂根據(jù)指令運動，真實場景視頻被發(fā)回所述視頻顯示器。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于天基中繼通信的空間機械臂遙操作通信系統(tǒng)，其特征在于，所述地面遙操作單元發(fā)出的操作指令數(shù)據(jù)，經(jīng)所述飛控中心統(tǒng)一驗證后調(diào)度生成上行數(shù)據(jù)，由所述地面遙操作單元實現(xiàn)數(shù)據(jù)的信道編碼、調(diào)制和發(fā)送；下行的遙測數(shù)據(jù)和圖像通信數(shù)據(jù)經(jīng)所述地面遙操作單元接收、解調(diào)和譯碼后由所述飛控中心統(tǒng)一管理，送所述地面遙操作單元進行虛擬預(yù)測修正和場景重建。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于天基中繼通信的空間機械臂遙操作通信系統(tǒng)，其特征在于，所述機械臂操作臺包括操作手柄、操作面板輸入界面以及圖像、參數(shù)反饋顯示界面，所述機械臂操作臺與所述艙外機械臂之間通過機械臂艙內(nèi)1553B總線進行數(shù)據(jù)通信。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于天基中繼通信的空間機械臂遙操作通信系統(tǒng)，其特征在于，所述艙外機械臂包括1個中央控制器、7個關(guān)節(jié)控制器、2個末端控制器以及基于以太網(wǎng)的視覺相機系統(tǒng)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于天基中繼通信的空間機械臂遙操作通信系統(tǒng)，其特征在于，所述天地數(shù)據(jù)通信單元采用CCSDS空間通信協(xié)議體系設(shè)計。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于天基中繼通信的空間機械臂遙操作通信系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)管理核心處理單元用于航天器平臺1553B總線數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，包括遙操作上行指令數(shù)據(jù)、遙操作下行遙測數(shù)據(jù)；

所述交換機用于以太網(wǎng)通信數(shù)據(jù)在航天器內(nèi)和天地間的路由交換，包括機械臂圖像站內(nèi)送顯示器顯示和送地面遙操作系統(tǒng)顯示；

所述高速通信處理器用于天地高速數(shù)據(jù)通信的AOS組幀、虛擬信道優(yōu)先級調(diào)度和加解密處理。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于天基中繼通信的空間機械臂遙操作通信系統(tǒng)，其特征在于，在所述地面遙操作臺和機械臂操作臺均設(shè)置緩沖區(qū)，所述地面遙操作臺每50ms產(chǎn)生1包操作指令EPDU包，地面緩沖10包后組幀成上行遙操作指令VCDU幀，每500ms經(jīng)所述天地數(shù)據(jù)通信單元發(fā)送至機械臂操作臺；在軌接收后，放入接收緩沖隊列，按時間等間隔將一包指令送至所述中央控制器執(zhí)行。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于天基中繼通信的空間機械臂遙操作通信系統(tǒng)，其特征在于，在地面給空間機械臂發(fā)送的遙操作指令EPDU包中均包含有唯一的包序列計數(shù)，作為時間戳使用，在軌機械臂執(zhí)行該指令后，將該指令的序列計數(shù)值加入遙測參數(shù)中發(fā)送回地面控制端。