[發明專利]一種模擬月球車遠程遙操作的系統

在審

• 申請號: 202211123516.6
• 申請日: 2022-09-15
• 公開（公告）號: CN115565430A
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 張浩杰;黃思誠;劉傳凱;張作宇
• 申請（專利權）人: 北京科技大學;北京航天飛行控制中心
• 主分類號: G09B9/08
• 分類號: G09B9/08;G09B25/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波;鄧琳

1.一種模擬月球車遠程遙操作的系統，其特征在于，所述系統包括遙操作顯控界面和月面環境呈現模擬器，所述遙操作顯控界面與所述月面環境呈現模擬器之間通過地月模擬通訊鏈路實現數據共享；

所述遙操作顯控界面基于ROS和Qt混合編程，利用Qt實現圖形化窗口，利用ROS中的信息共享通訊機制實現話題通信、服務通信和參數通信；所述遙操作顯控界面包括參數設置模塊、運動控制模塊、狀態顯示模塊、圖像呈現模塊和地圖呈現模塊；

所述月面環境呈現模擬器基于Unity3D設計開發，用于模擬真實的月球車及月面環境，包括模擬月球車模型、傳感器模型和月面地形地貌。

2.根據權利要求1所述的模擬月球車遠程遙操作的系統，其特征在于，所述遙操作顯控界面和所述月面環境呈現模擬器基于ROS架構開發，兩者可同時部署在一臺電腦或分開部署在兩臺電腦上；

所述參數設置模塊用于進行主節點地址、本機IP地址和本機主機名稱的參數設置，同時，也用于保存用戶定義的參數配置，在下次加載界面程序時沿用之前的設置而無需重新修改。

3.根據權利要求1所述的模擬月球車遠程遙操作的系統，其特征在于，所述運動控制模塊用于發送月球車的速度控制指令，即期望的角速度和線速度；所述運動控制模塊通過兩種方式發送速度控制指令，一種是通過轉動圓盤實現，操控人員在移動小圓盤時將會與外面的大圓圈形成角度和圓心距兩個數值，兩者分別對應設置角速度和線速度數值；另一種是通過拖拉數值條實現，可分別獨立設置角速度和線速度。

4.根據權利要求1所述的模擬月球車遠程遙操作的系統，其特征在于，所述狀態顯示模塊用于顯示月球車在運動過程中的狀態信息，包括線速度、角速度、電池電量、電池電壓和故障信息；其中，線速度和角速度以直觀可視化的儀表盤進行呈現，當所述遙操作顯控界面接收到反饋的月球車運動速度消息后，通過儀表盤控件繪制槽函數刷新指針角度；電池電量以進度條顯示，其范圍為0％-100％；電池電壓以數字值顯示；故障信息以文本的形式在界面窗口更新顯示，刷新頻率為1Hz。

5.根據權利要求1所述的模擬月球車遠程遙操作的系統，其特征在于，所述圖像呈現模塊用于顯示實際月球車下傳的月面環境立體圖像對數據，即月球車前方的左側圖像、右側圖像；所述圖像呈現模塊包括兩個圖像顯示窗口，分別顯示月球車返回的左側圖像、右側圖像，以使操控人員能夠在月球車運動過程中直觀地感受月面環境變化。

6.根據權利要求1所述的模擬月球車遠程遙操作的系統，其特征在于，所述地圖呈現模塊用于顯示月球車在運動過程中的激光雷達點云數據及根據傳感器數據重建的月面地圖模型，支持二維及三維地圖模型接入。

7.根據權利要求1所述的模擬月球車遠程遙操作的系統，其特征在于，所述月面環境呈現模擬器用于模擬月球車模型，具體包括：

根據實際月球車的尺寸及部件連接關系生成URDF文件；在Unity3D中以實際月球車的URDF文件生成月球車主體模型，刪除部件間的結合體碰撞器及車輪模型自帶的碰撞器屬性；在月球車主體模型上加載剛體組件，按照真實月球車的質量更改質量參數；在月球車車輪及輪胎模型上設置碰撞器屬性；根據月球車驅動電機性能設置電機轉矩、轉向角和制動轉矩參數，當從遙操作顯控界面獲得期望的月球車角速度和線速度后，將其轉化為月球車模型中的電機轉矩、轉向角和制動轉矩參數，以模擬月球車前進、后退、制動、轉向和打滑運動。