[發明專利]基于天基中繼通信的空間機械臂遙操作通信系統

在審

• 申請號: 201911370457.0
• 申請日: 2019-12-26
• 公開（公告）號: CN111025995A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）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）人: 北京空間技術研制試驗中心
• 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權代理事務所(特殊普通合伙) 11538
• 代理人: 陸鑫;延慧

本發明涉及一種基于天基中繼通信的空間機械臂遙操作通信系統，所述通信系統包括：地面遙操作單元、天地數據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、預測仿真機構和任務仿真驗證機構；所述天地數據通信單元包括飛控中心、中繼衛星中心、中繼衛星地面站、中繼衛星、中繼終端、高速通信處理器、數據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。根據本發明的基于天基中繼通信的空間機械臂遙操作通信系統具有普適性，可擴展性好；系統兼容性好；采用遙操作指令序列收發緩存的策略可解決時延抖動對在軌機械臂控制的穩定性影響。

技術領域

本發明涉及航天通信領域，尤其涉及一種基于天基中繼通信的空間機械臂遙操作通信系統。

背景技術

伴隨著人類空間探索活動的發展，已經出現了各類空間作業任務。將宇航員送入太空、發揮人類的智慧和靈活性固然是一種效率較高的辦法，但其不僅代價高昂，而且安全性不能得到有效保障；因此，采用空間機器人代替宇航員完成各種復雜的空間任務，將是后續空間作業的主要手段。然而受到現有技術水平的限制，完全自主的空間機器人在很長一段時間內難以實現。因此，通過操作者在地面對空間機器人進行遙操作，人和機器人共同完成復雜的空間作業是現今及將來空間機器人應用的主要形式。空間機器人遙操作需要考慮通信長時延和通信穩定性對系統的影響。

發明內容

本發明的目的在于解決上述問題，提供一種基于天基中繼通信的空間機械臂遙操作通信系統。

為實現上述發明目的，本發明提供一種基于天基中繼通信的空間機械臂遙操作通信系統，所述通信系統包括：地面遙操作單元、天地數據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、預測仿真機構和任務仿真驗證機構；

所述天地數據通信單元包括飛控中心、中繼衛星中心、中繼衛星地面站、中繼衛星、中繼終端、高速通信處理器、數據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。

根據本發明的一個方面，所述地面遙操作臺的狀態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，經所述任務仿真驗證機構驗證正確后，發送給所述預測仿真機構和在軌機械臂執行。

根據本發明的一個方面，所述預測仿真機構包括預測仿真部分、虛擬場景顯示器和視頻顯示器；

所述預測仿真機構根據遙操作指令對空間機器人運行情況進行預測，并且將預測結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，根據所述虛擬場景顯示器的預測情況和所述操作手柄的力反饋情況，繼續對空間機器人發出遙操作指令，當遙操作指令到達空間機械臂真實操作場景，機械臂根據指令運動，真實場景視頻被發回所述視頻顯示器。

根據本發明的一個方面，所述地面遙操作單元發出的操作指令數據，經所述飛控中心統一驗證后調度生成上行數據，由所述地面遙操作單元實現數據的信道編碼、調制和發送；下行的遙測數據和圖像通信數據經所述地面遙操作單元接收、解調和譯碼后由所述飛控中心統一管理，送所述地面遙操作單元進行虛擬預測修正和場景重建。

根據本發明的一個方面，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1553B總線進行數據通信。

根據本發明的一個方面，所述艙外機械臂包括1個中央控制器、7個關節控制器、2個末端控制器以及基于以太網的視覺相機系統。

根據本發明的一個方面，所述天地數據通信單元采用CCSDS空間通信協議體系設計。

根據本發明的一個方面，所述數據管理核心處理單元用于航天器平臺1553B總線數據的統一管理，包括遙操作上行指令數據、遙操作下行遙測數據；