[发明专利]一种多功能一站式遥操作控制设计与仿真系统及方法

说明书

本发明涉及一种多功能一站式遥操作控制设计与仿真系统及方法，系统包括：第一遥操作控制台、第二遥操作控制台、系统总控制台、高维动力学仿真服务器、刚性机械臂、关节控制计算机、虚拟现实3D仿真和视频采集服务器、挠性机械臂、关节控制计算机、视觉系统和环形屏幕；本发明具有四种工作模式：手动遥操作控制的数学仿真试验、地面真实的机械臂手动遥操作控制的仿真试验、空间机器人捕获插拔中的碰撞动力学与控制试验、挠性机械臂的控制性能验证及挠性参数辨识试验，能够对遥操作控制的设计、仿真、测试提供一站式的解决方案。

技术领域

本发明涉及一种多功能一站式遥操作控制设计与仿真系统及方法，属于空间操作控制领域。

背景技术

典型的遥操作试验系统中，操作者通过操纵鼠标、手柄等设备控制虚拟现实场景中的仿真模型。鼠标或手柄给出仿真场景中远端机械臂端点的位姿或位置，操作者通过视觉观察远端机械臂的运动状态，操作者－鼠标或手柄－远端机械臂形成闭环，构成遥操作控制系统。

传统的遥操作控制系统可分为两种，一种只具有操作功能，另一种遥操作系统通过三维建模，进行遥操作仿真。这些系统功能简单，操作方式不方便，主要通过鼠标或手柄进行控制。可调参数不多，手柄与远端机械臂间存在随动关系，两者通过比例系数实现联动，这样导致的问题是，手控柄一般活动范围很小，通过一定的比例放大后，远端机械臂的活动范围也不大，而且放大系数增大时，会引起远端机械臂末端操作精度的降低。同时，上面提到的两种遥操作系统均只具备某一种功能，不能有效地将两者联系起来。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种多功能一站式遥操作控制设计与仿真系统及方法，能够对遥操作控制的设计、仿真、测试提供一站式的解决方案。

本发明的技术解决方案是：一种多功能一站式遥操作控制设计与仿真系统，包括：第一遥操作控制台、第二遥操作控制台、系统总控制台、高维动力学仿真服务器、刚性机械臂、第一关节控制计算机、虚拟现实3D仿真和视频采集服务器、挠性机械臂、第二关节控制计算机、视觉系统和环形屏幕；

第一遥操作控制台、第二遥操作控制台为操作者提供操作场景，即为遥操作者提供接口，根据系统总控制台的使能指令，判断遥操作者是否具有操作权，如果具有遥操作权，遥操作者通过观察视觉信息与虚拟现实仿真信息、刚性机械臂与挠性机械臂关节运动的角度和角速度，以及刚性机械臂与挠性机械臂的末端位置与姿态，判断刚性机械臂与挠性机械臂是否到达了期望的位置和姿态，脚部通过脚踏板，使控制手柄具有“使能”或“禁止”状态，在“使能”的情况下，远端机械臂跟随手柄运动；在“禁止”状态，手柄运动时，远端机械臂不运动，不断通过“使能”和“禁止”两种状态的切换，同时控制手控杆，输出刚性机械臂与挠性机械臂末端的位置与姿态指令，该指令通过关节控制计算机1或关节控制计算机2解算得到刚性机械臂与挠性机械臂的关节角度与关节角速度指令，鼠标、键盘可以控制显示器上的显示界面大小、颜色深浅度，以及在不同的显示视角间切换，所述刚性机械臂与挠性机械臂的关节角度和角速度；高维动力学仿真服务器输出的动力学仿真状态结果即力觉反馈信息，通过第一遥操作控制台的计算机，等比例地呈现在手控杆上，从而实现力觉反馈；如果系统总控制台输出指令使第一遥操作控制台不具有遥操作权，则第一遥操作控制台处于等待状态；