[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

本發明公開了一種模擬月球車遠程遙操作的系統，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。本系統有助于在地面上開展載人月球車遙操作相關技術的測試驗證，創新性高、操作簡單、可視性強，便于為載人月球車原型系統的研制提供技術支撐。

技術領域

本發明涉及無人車遙操作技術領域，特別涉及一種模擬月球車遠程遙操作的系統。

背景技術

在探月工程二期中，地面遙操作系統依賴遙編程模式對玉兔系列月球車發送運動指令，以進行輔助控制與監視。這種遙編程模式利用月球車下傳的圖像數據重建月面環境，之后進行行駛路徑規劃與安全性驗證，確定運動安全后生成控制指令上注到月球車實施控制。在發送控制指令之前，需要在地面遙操作工作站開展較為充分的驗證工作，這種控制模式較為成熟、安全性高，不足之處在于月球車移動效率較低。

作為探月工程“三步走”實施中的第二步，預計在2030年左右實現載人登月。在該計劃中，與以往走走停停的月球車不同，載人月球車將實現在月面上由宇航員駕駛與地面遙操作系統控制相結合，以保證月球車長時間處在連續行駛狀態。地面遙操作系統作為宇航員駕駛模式的輔助和補充手段，將在月面探索中發揮重要作用。隨著載人月球車自主運動能力需求提升，傳統的遙編程控制模式已難以滿足要求，這對地面遙操作系統提出了新的技術驗證測試及攻關需求。然而，在地面上模擬真實的月面環境較為困難，需要耗費大量的人力財力，且存在較大不確定性等問題。因此，需要設計一種模擬月球車遠程遙操作的虛擬仿真系統，在這種虛擬操作環境中實現對地面遙操作相關技術的測試驗證，為載人月球車原型系統的研制提供技術支撐。

申請號為202011515955.2的中國專利公開了一種空間探測移動載人虛擬仿真系統，該系統包括操作平臺、六自由度運動平臺、虛擬模型建立單元和人機交互單元，根據月球表面地形統計數據生成虛擬的月面典型地貌特征，以輔助航天員開展對月球探測車的操作訓練。申請號為202110113615.5的中國專利公開了一種月面載人移動車系統的交互裝置及交互控制方法，通過多通道信息融合裝置實現自定義式的多通道輸入的月面移動車交互控制，而利用多傳感器融合感知系統為載人月球車駕駛員提供豐富的環境感知信息與車體狀態信息，增強駕駛過程的交互性，這種方法未涉及月面虛擬場景構建。申請號為202111570206.4的中國專利公開了一種模擬月面駕駛的模擬駕駛系統及方法，操作人員使用手柄或鍵盤等裝置控制月球車在月面上行駛作業，在月球車運動過程中利用虛擬的激光雷達傳感器構建周圍環境，同時向操作人員提供月面環境、車輛姿態和駕駛信息等視景反饋，以實現航天員在地面上進行月球車駕駛訓練。然而，這種方法并不能模擬真實的月球車地面遙操作過程，比如未考慮存在的地月通訊鏈路延遲、通訊帶寬限制和月球車定位不準確等問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種模擬月球車遠程遙操作的系統，以輔助地面開展載人月球車遙操作相關技術的測試驗證，為載人月球車原型系統的研制提供技術支撐。

為解決上述技術問題，本發明的實施例提供如下方案：

一種模擬月球車遠程遙操作的系統，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。