[发明专利]面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析系统及方法

摘要

本发明公开了一种面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析系统及仿真分析方法。该面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析系统包括虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块，用于模拟宇航员在轨维修操作中较为复杂的动作，从而实现有约束或支撑的运动，进而获取真实人运动姿态；微重力虚拟环境构建模块，用于负责实现无约束或支撑的自由态运动或需全身协调的位置转移类运动,从而获取虚拟微重力环境下虚拟人运动姿态；作业任务仿真分析模块，其实现通用虚拟场景、空间布局的快速构建和预分析，生成作业任务操作流程所需各类动作，并进行虚拟人动作的人机功效仿真分析，以实现虚拟人作业任务规划的反馈优化或可行性决策。

主权项

1.一种面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析系统，其特征在于，所述面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析系统包括：虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块，用于模拟宇航员在轨维修操作中较为复杂的动作，从而实现有约束或支撑的运动，进而获取真实人运动姿态；微重力虚拟环境构建模块，用于实现微重力虚拟场景构建、物理属性建模、约束关系建模、虚拟人姿态设置、运动操作设计，从而获取虚拟微重力环境下虚拟人运动姿态；虚拟人驱动接口模块，用于将所述真实人运动姿态和所述虚拟微重力环境下虚拟人运动姿态导入并驱动作业任务仿真分析模块的虚拟人，以实现人机功效仿真分析；作业任务仿真分析模块，其利用所述虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块实现通用虚拟场景、空间布局的快速构建和预分析，利用所述虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块和所述微重力虚拟环境构建模块生成作业任务操作流程所需各类动作，并进行虚拟人动作的人机功效仿真分析，以实现虚拟人作业任务规划的反馈优化或可行性决策；其特征在于，所述虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块进一步包括：虚拟现实硬件模块，其为沉浸式虚拟现实环境的创建提供硬件支持，辅助真人利用实现尽可能接近在轨真实情况的各类运动操作，并捕捉人体实时动作，同时，为通用虚拟场景构建、空间布局分析、虚拟样机快速评审提供真实体验支撑；虚拟现实实时渲染模块，用于支持将各类CAD场景在不需进行格式转换的情况下实时渲染至虚拟现实，并提供基本交互操作，以辅助实现通用虚拟场景快速构建、空间布局预分析、虚拟数字样机快速评审、基本操作预评估，所述虚拟现实实时渲染模块进一步包括：多通道展示模块，其采用Techviz软件中的Techviz XL Basic license基本模块及Techviz XL双通道主动立体节点将各类CAD场景在不需进行格式转换的情况下实时渲染至虚拟现实，将当前虚拟场景进行高分辨率的可视化，同时支持多种虚拟现实显示方案，包括数据头盔、硬屏，其中，所述数据头盔和所述硬屏分别提供操作者视角及第三者评审视角；视角跟踪导航模块，其采用Techviz软件中的Navigation Option基本导航模块和Tracking Option高级跟踪模块提供视角跟踪导航功能，通过三维空间手柄、主视角3D眼镜，实现系统视角或虚拟场景的自由导航，并可进行人体位置跟踪；交互浏览评估模块，其采用Techviz软件中的DMU1和DMU2模块提供交互浏览评估功能，用以辅助操作者利用三维空间手柄实现对虚拟场景评估，提供书签功能、测量功能、剖面功能、缩放功能、注释功能、隐藏和显示组件功能、快照功能；虚拟装配模块，其采用Techviz软件中的虚拟装配模块，允许操作者对虚拟场景中的任一部件进行交互式移动，看到拆装移动过程的碰撞情况并对路径进行记录，为虚拟场景快速布局的预分析、以及装配、拆卸、维修操作的预评估提供支撑。