CN114241854A - 一种模拟月面驾驶的模拟驾驶系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种模拟月面驾驶的模拟驾驶系统及方法，包括月面驾驶模块、力反馈计算模块、激光雷达建图模块、路径规划模块、视景反馈模块。月面驾驶模块用于操作人员使用手柄或键盘等装置控制月球车在月面上的行驶作业。力反馈计算模块可以根据月面环境，通过串口输出相关数据，控制力反馈手柄产生合适大小的反馈力。激光雷达建图模块通过虚拟的激光雷达传感器扫描月球车周边地形，并建图再现周边环境。路径规划模块在激光雷达建图模块再现的地形的基础上，为操作人员提供导航功能。视景反馈模块用于操作人员观察月面环境、车辆姿态、驾驶信息、导航指引。本发明能够使操作人员感受月球环境，熟悉驾驶操作，用于航天员在地面上进行月球车驾驶训练。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟月面驾驶的模拟驾驶系统及方法，属于模拟驾驶技术领域。
背景技术
模拟驾驶系统让体验者在一个虚拟的驾驶环境中，使其感受接近真实效果的视觉、听觉和体感的汽车驾驶体验，在游戏娱乐、驾驶训练等领域有广泛应用。目前，模拟车辆驾驶的系统主要面向地面车辆设计功能及界面，交互性弱、效率低下，不能满足月球驾驶环境复杂、驾驶信息多样的情况。月面活动的训练通常在地球野外相似环境如沙漠、戈壁等地区进行，条件艰苦。未来实现载人登月，需要设计一套模拟驾驶系统让航天员在一个虚拟的操作环境中感受到接近真实效果的驾驶体验，为月球车驾驶提供训练基础。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开一种模拟月面驾驶的模拟驾驶系统及方法，功能丰富，创新性高，交互丰富，能够使操作人员感受月球环境，熟悉驾驶操作，用于航天员在地面上进行月球车驾驶训练。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种模拟月面驾驶的模拟驾驶系统，包括月面驾驶模块；功能控制模块；力反馈计算模块；激光雷达建图模块；路径规划模块；视景反馈模块；
所述月面驾驶模块用于操作人员使用手柄或键盘装置控制月球车在月面上的行驶作业；
所述功能控制模块用于操作人员使用语音及触摸的方式控制月球车激光雷达、灯光、主动悬架、重力设置、视角调整的功能。
所述力反馈计算模块可以根据月面环境，通过串口输出相关数据，控制力反馈手柄产生合适大小的反馈力；
所述激光雷达建图模块通过虚拟的激光雷达传感器扫描月球车周边地形，并建图再现周边环境；
所述路径规划模块在激光雷达建图模块再现的地形的基础上，为操作人员提供导航功能；
所述视景反馈模块用于操作人员观察月面环境、车辆姿态、驾驶信息、导航指引。
进一步的，所述月面驾驶模块通过Unity3D引擎的InputManager组件获得按键输入，同时可以通过Unity3D引擎的IOPorts获得手柄输入；所述月面驾驶模块使用的月球车模型为四轮独立悬挂结构。
进一步的，所述功能控制模块可以通过语音或触摸的方式进行控制；所述功能控制模块可以控制月球车激光雷达、灯光、主动悬架的开关；所述功能控制模块可以控制月球车主动悬架的高度；所述功能控制模块可以控制系统内环境的重力；所述功能控制模块控制驾驶观察视角。
进一步的，所述力反馈计算模块根据月球车所在位置周边的月面地形，计算得出反馈力的大小和方向。
进一步的，所述激光雷达建图模块通过创建射线与月球车周边地形碰撞，从而模拟激光雷达的效果；所述激光雷达建图模块通过得到所创建射线与月球车周边地形碰撞点的坐标，从而构建；所述激光雷达建图模块根据地形坡度生成彩色的标记点。
进一步的，所述路径规划模块对所述激光雷达建图模块建立的月面地形图处理获得月球车可以行驶的区域，通过A*算法计算导航路径。
进一步的，所述视景反馈模块包括主显示界面、姿态显示界面、驾驶信息显示界面、导航地图界面；所述主显示界面显示月球车前方环境、由所述激光雷达建图模块生成彩色的标记点、由所述路径规划模块计算的导航路径；所述姿态显示界面显示月球车姿态、月球车的俯仰角和翻滚角；所述驾驶信息显示界面显示月球车速度和加速度；所述导航地图界面显示由所述激光雷达建图模块构建的月面地形图、月球车和出发点的位置、月球车行驶轨迹。
一种用上述的一种模拟月面驾驶的模拟驾驶系统进行模拟月面驾驶的方法，该方法包括如下步骤：
S1.月面驾驶模块获得操作人员的手柄或键盘输入；
S2.功能控制模块获得操作人员的语音和/或触摸输入；
S3.激光雷达建图模块重建月面地形图；
S4.路径规划模块根据激光雷达建图模块提供的月面地形图计算导航信息；
S5.力反馈计算模块根据激光雷达建图模块提供的月面地形输出相应大小和方向的反馈力；
S6.视景反馈模块将月面驾驶模块、功能控制模块、激光雷达建图模块、路径规划模块的信息显示在显示器上。
本发明的有益效果是：
通过本发明公开的模拟月面驾驶的模拟驾驶系统及方法，能帮助航天员进行登月前的月球车驾驶训练，帮助航天员熟悉月球车结构和功能。航天员可以使用本发明开展相关训练，缓解了传统训练设备造价昂贵、数量稀少、受训人数有限、实际装备易于损坏、实际环境难以到达且安全系数低等问题。本系统沉浸感好，交互性强，功能丰富，可以很好地帮助航天员在地面上进行月球车驾驶训练。
附图说明
图1为本发明的系统架构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1所示，本发明实施例提供的一种模拟月面驾驶的模拟驾驶系统及方法，包括月面驾驶模块、功能控制模块、力反馈计算模块、激光雷达建图模块、路径规划模块、视景反馈模块。所述月面驾驶模块用于操作人员使用手柄或键盘装置控制月球车在月面上的行驶作业。所述功能控制模块用于操作人员使用语音及触摸的方式控制月球车激光雷达、灯光、主动悬架、重力设置、视角调整的功能。所述力反馈计算模块可以根据月面环境，通过串口输出相关数据，控制力反馈手柄产生合适大小的反馈力。所述激光雷达建图模块通过虚拟的激光雷达传感器扫描月球车周边地形，并建图再现周边环境。所述路径规划模块在激光雷达建图模块再现的地形的基础上，为操作人员提供导航功能。所述视景反馈模块用于操作人员观察月面环境、车辆姿态、驾驶信息、导航指引。
所述月面驾驶模块通过Unity3D引擎的InputManager组件获得按键输入，同时可以通过Unity3D引擎的IOPorts获得手柄输入；所述月面驾驶模块使用的月球车模型为四轮独立悬挂结构。
所述功能控制模块可以通过语音或触摸的方式进行控制；所述功能控制模块可以控制月球车激光雷达、灯光、主动悬架的开关；所述功能控制模块可以控制月球车主动悬架的高度；所述功能控制模块可以控制系统内环境的重力；所述功能控制模块控制驾驶观察视角。
所述力反馈计算模块根据月球车所在位置周边的月面地形，计算得出反馈力的大小和方向。
所述激光雷达建图模块通过创建射线与月球车周边地形碰撞，从而模拟激光雷达的效果；所述激光雷达建图模块通过得到所创建射线与月球车周边地形碰撞点的坐标，从而构建；所述激光雷达建图模块根据地形坡度生成彩色的标记点。
所述路径规划模块对所述激光雷达建图模块建立的月面地形图处理获得月球车可以行驶的区域，通过A*算法计算导航路径。
所述视景反馈模块包括主显示界面、姿态显示界面、驾驶信息显示界面、导航地图界面；所述主显示界面显示月球车前方环境、由所述激光雷达建图模块生成彩色的标记点、由所述路径规划模块计算的导航路径；所述姿态显示界面显示月球车姿态、月球车的俯仰角和翻滚角；所述驾驶信息显示界面显示月球车速度和加速度；所述导航地图界面显示由所述激光雷达建图模块构建的月面地形图、月球车和出发点的位置、月球车行驶轨迹。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
Claims (8)
1.一种模拟月面驾驶的模拟驾驶系统，其特征在于，所述的模拟月面驾驶的模拟驾驶系统包括以下几个模块：月面驾驶模块；功能控制模块；力反馈计算模块；激光雷达建图模块；路径规划模块；视景反馈模块；
所述月面驾驶模块用于操作人员使用手柄或键盘装置控制月球车在月面上的行驶作业；
所述功能控制模块用于操作人员使用语音和/或触摸的方式控制月球车激光雷达、灯光、主动悬架、重力设置、视角调整；
所述力反馈计算模块用于根据月面环境，通过串口输出相关数据，控制力反馈手柄产生反馈力；
所述激光雷达建图模块通过虚拟的激光雷达传感器扫描月球车周边地形，并建图再现周边环境；
所述路径规划模块在激光雷达建图模块再现的地形的基础上，为操作人员提供导航功能；
所述视景反馈模块用于操作人员观察月面环境、车辆姿态、驾驶信息、导航指引。
2.根据权利要求1所述的一种模拟月面驾驶的模拟驾驶系统，其特征在于：所述月面驾驶模块通过Unity3D引擎的InputManager组件获得按键输入，同时通过Unity3D引擎的IOPorts获得手柄输入；所述月面驾驶模块使用的月球车模型为四轮独立悬挂结构。
3.根据权利要求1所述的一种模拟月面驾驶的模拟驾驶系统，其特征在于：所述功能控制模块通过语音和/或触摸的方式进行控制；所述功能控制模块用于控制月球车激光雷达、灯光、主动悬架的开关；所述功能控制模块用于控制月球车主动悬架的高度、系统内环境的重力、驾驶观察视角。
4.根据权利要求1所述的一种模拟月面驾驶的模拟驾驶系统，其特征在于：所述力反馈计算模块用于根据月球车所在位置周边的月面地形，计算得出反馈力的大小和方向。
5.根据权利要求1所述的一种模拟月面驾驶的模拟驾驶系统，其特征在于：所述激光雷达建图模块通过创建射线与月球车周边地形碰撞，从而模拟激光雷达的效果；所述激光雷达建图模块通过得到所创建射线与月球车周边地形碰撞点的坐标，从而构建月面地形图；所述激光雷达建图模块根据地形坡度生成彩色的标记点。
6.根据权利要求1所述的一种模拟月面驾驶的模拟驾驶系统，其特征在于：所述路径规划模块对所述激光雷达建图模块建立的月面地形图处理获得月球车可以行驶的区域，通过A*算法计算导航路径。
7.根据权利要求1所述的一种模拟月面驾驶的模拟驾驶系统，其特征在于：所述视景反馈模块包括主显示界面、姿态显示界面、驾驶信息显示界面、导航地图界面；所述主显示界面显示月球车前方环境、由所述激光雷达建图模块生成彩色的标记点、由所述路径规划模块计算的导航路径；所述姿态显示界面显示月球车姿态、月球车的俯仰角和翻滚角；所述驾驶信息显示界面显示月球车速度和加速度；所述导航地图界面显示由所述激光雷达建图模块构建的月面地形图、月球车和出发点的位置、月球车行驶轨迹。
8.一种用上述的一种模拟月面驾驶的模拟驾驶系统进行模拟月面驾驶的方法，该方法包括如下步骤：
S1.月面驾驶模块获得操作人员的手柄或键盘输入；
S2.功能控制模块获得操作人员的语音和/或触摸输入；
S3.激光雷达建图模块重建月面地形图；
S4.路径规划模块根据激光雷达建图模块提供的月面地形图计算导航信息；
S5.力反馈计算模块根据激光雷达建图模块提供的月面地形输出相应大小和方向的反馈力；
S6.视景反馈模块将月面驾驶模块、功能控制模块、激光雷达建图模块、路径规划模块的信息显示在显示器上。
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