[发明专利]一种基于仿真的空间机械臂抓捕目标遥操作方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于仿真的空间机械臂抓捕目标遥操作系统，包括数据源采集模块、中间件模块、目标追踪与定位模块、操作规划模块、运动模拟模块等，通过插件式的构建策略实现了系统对多种不同类型数据源的实时采集，实现了数据采集和数据处理速度不一致的调节，采用快速跟踪算法保证摄像头对目标追踪的实时性，并通过位姿测量算法保证真实目标与模拟目标位姿的同步性。本发明可为空间机械臂对动态目标捕获过程中的视觉定位算法提供验证平台，同时也能够通过三维可视化的方式将抓捕过程进行演示，辅助地面操作人员完成对抓捕过程的控制。

技术领域

本发明涉及机械臂遥操作领域，具体涉及一种基于仿真的空间机械臂抓捕目标遥操作方法及系统。

背景技术

空间机械臂是空间站建设和维护必不可少的关键设备，能够在轨完成航天器的组装和拆分、维护与修理、燃料输送、卫星释放与回收以及空间站内进行科学探测实验等各种任务，可以减少航天员的舱外活动，避免生命危险且节省出舱费用。我国将于2022年左右，建造完成载人空间站工程系统，突破和掌握近地空间长期载人飞行技术，开展近地空间科技实验，增强综合开发利用太空资源能力。随着航天事业的发展，空间机械臂将发挥越来越重要的作用。

地面摇操作是空间机械臂操控的三大模式之一，是空间机械臂执行各种复杂空间任务必须依赖的重要操控方法。在空间机械臂执行飞行器抓捕、组件模块更换等任务时，机械臂携带的视觉系统拍摄被操作对象的状态。地面操控人员根据下传图像观察空间中的操作过程，然而由于空间航天器与地面遥操作中心的传输网络带宽有限且传输过程存在一定的时延，使得操作人员无法实时观察到操作过程，也无法精确预知机械臂与被操作对象的相对位置关系。当机械臂与被操作对象距离较近时，则容易发生非预知性碰撞，损坏机械臂、飞行器和组件模块。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供利用空间机械臂携带的视觉系统拍摄的图像测量机械臂末端相对于被抓捕目标位姿，进而预测机械臂的运动轨迹，辅助地面遥操作人员完成操控决策的仿真方法，以解决遥操作人员因无法预估空间机械臂与目标的相对状态而难以有效决策的问题。。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于仿真的空间机械臂抓捕目标遥操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、数据源采集模块通过多种类型的插件从对应类型的数据源采集目标的图像数据并统一转换成相同格式后发送至中间件模块；

步骤2、中间件模块接收并存储经过转换的图像数据并发送至目标追踪与定位模块进行处理，并保持数据源采集模块采集图像数据的速度和目标追踪与定位模块处理图像数据的速度之间的差值保持在预设范围内；

步骤3、目标追踪与定位模块对经过转换的图像数据进行处理，得到目标的位姿；

步骤4、操作规划模块根据目标的位姿和获取的机械臂末端位姿，规划空间机械臂各关节的运动；

步骤5、运动模拟模块建立空间机械臂三维模型和目标三维模型，并根据操作规划模块规划的机械臂各关节的运动，实时改变空间机械臂三维模型的位姿和目标三维模型的位姿；

步骤6、重复以上步骤，直到在运动模拟模块中完成机械臂对目标的捕获。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述步骤2具体包括以下步骤：

步骤2.1、插件管理单元对多种类型的插件进行管理与调配，接收经过转换的图像数据并存储在自适应缓冲区单元中；

步骤2.2、所述自适应缓冲区单元使所述数据源采集模块的数据采集速度和所述目标追踪与定位模块的处理速度之间的差值保持在预设范围内；

步骤2.3、数据输出接口单元将所述自适应缓冲区中的图像数据发送至目标跟踪与定位模块。