[發明專利]一種地月時延下月面探測準實時遙操作系統

有效

• 申請號: 202010399002.8
• 申請日: 2020-05-12
• 公開（公告）號: CN111580519B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 王鵬基;王勇;胡勇;胡海東;孫赫婕;徐拴鋒;魏春嶺;邢琰;毛曉艷;賈永;安思穎
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

一種地月時延下月面探測準實時遙操作系統，包括月面任務操作現場、地面控制中心和天地傳輸鏈路；月面任務操作現場包括月面移動機器人和月面環境；月面移動機器人上配置有多套測量傳感器；月面環境包括月面地形地貌和光照條件；月面任務操作現場通過天地傳輸鏈路實時接收地面控制中心遙控上傳的遙操作指令，驅動月面移動機器人按指令移動，并通過天地傳輸鏈路將月面移動機器人上的傳感器測量數據遙測下傳到地面控制中心；天地傳輸鏈路負責地面控制中心與月面任務操作現場之間的信息交互；地面控制中心負責地月時延下月面移動機器人的運動狀態預測修正以及地面遙操作和指令解析上傳，生成的遙操作指令經由天地傳輸鏈路到達月面任務操作現場，實時驅動月面移動機器人進行移動探測。

技術領域

本發明涉及一種地月時延下月面探測準實時遙操作系統，屬于載人月球探測領域。

背景技術

由地面操控人員遙操作月面移動機器人是月面探測的重要方式，而月面地形環境復雜未知，且存在較大的不確定性，這將對月面移動機器人的遙操作任務帶來比較大的挑戰。由于地月之間距離傳輸時延和傳輸帶寬的限制，使得在軌數據無法實時傳輸到地面上，地面操控人員也就無法直接根據月面機器人的運動狀態和月面地形圖像數據實時操控機器人。因此，世界上如蘇聯的“徒步者”和我國的“玉兔號”等已實現的無人月球車月面探測任務都采用Move-Wait-Watch”即“移動-等待-監視”的階段目標遙操作策略：在當前移動周期內，地面人員根據遙測下傳的多幅月球車周圍的局部圖像進行拼接和可通過性分析，并通過自主或人工生成遙操作指令、且生成的操作指令經地面充分驗證后才上傳到天上執行，從而確保月面探測的安全性。這種“走走停停”的探測方式使得月球車一個月晝周期(約一個月)內僅能移動幾十米，月面探測效率非常低。因此，這樣的遙操作方式對于未來月球表面大范圍野外未知環境探測、甚至是建設無人月球基地任務來說顯然是不夠的。

發明內容

本發明解決的技術問題是：針對目前地月時延遙操作巡視探測走走停停、效率低下的不足，提出一種基于移動機器人狀態預測修正和虛實場景匹配仿真相結合的月面探測準實時遙操作系統，解決了地月時延期間月面機器人運動狀態預測、虛實場景準實時匹配以及月面操作現場虛擬現實實時仿真問題，確保地月遙操作的實時性和準確性，提高探測效率。

本發明的技術方案是：一種地月時延下月面探測準實時遙操作系統，包括月面任務操作現場、地面控制中心和天地傳輸鏈路三部分，

月面任務操作現場：包括月面移動機器人和月面環境；其中，月面移動機器人上配置有多套測量傳感器，包括用于月面成像的全景相機，用于局部月面成像的雙目相機和激光雷達，以及用于機器人位置姿態測量的慣性測量單元IMU；月面環境包括月面地形地貌和光照條件；月面任務操作現場通過天地傳輸鏈路實時接收地面控制中心遙控上傳的遙操作指令，驅動月面移動機器人按指令移動，并通過天地傳輸鏈路將月面移動機器人上的傳感器測量數據遙測下傳到地面控制中心；

天地傳輸鏈路：負責地面控制中心與月面任務操作現場之間的信息交互，即進行地面控制指令的遙控上傳和月面任務操作現場測量數據的遙測下傳；

地面控制中心：負責地月時延下月面移動機器人的運動狀態預測修正以及地面遙操作和指令解析上傳，生成的遙操作指令經由天地傳輸鏈路到達月面任務操作現場，實時驅動月面移動機器人進行移動探測。

所述地面控制中心包括遙操作預測修正子系統、混合現實仿真子系統和人機交互子系統；其中，遙操作預測修正子系統負責在地月時延過程中對月面移動機器人的未來運動狀態進行預測，并根據延時下傳的IMU測量數據和圖像數據對狀態預測結果進行修正，預測修正結果作為混合現實仿真子系統的輸入條件；混合現實仿真子系統負責構建月面任務操作現場的虛擬任務場景，并根據月面移動機器人運動狀態預測修正結果和遙測下傳的圖像數據進行虛擬場景的更新和顯示，構建的虛擬月面任務場景作為人機交互子系統的輸入條件；人機交互子系統負責地面遙操作和指令生成，地面操控人員根據虛擬月面任務場景連續操控手柄，生成序列遙操作指令，并將指令發送給遙操作預測修正子系統，經由其進行指令解析后遙控上傳到月面任務操作現場。