航天员太空协同操作虚拟训练仿真系统研究.pdf

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1、第25卷第10期系统仿真学报⑥、，0125N0l02013年10月JournalofSystemSimulationOct．．2013航天员太空协同操作虚拟训练仿真系统研究陈学文，刘玉庆，朱秀庆，周伯河，安明，王金坤，胡福超(中国航天员科研训练中心人因工程重点实验室，北京100094)摘要：针对多名航天员在太空完成协同操作的实际需求，借助于虚拟现实技术在地面模拟一个太空协同操作训练系统。提出并实现航天员太空协同操作训练仿真系统结构、软件纽成，仿真流程、协同仿真策略及网络通信协议。该系统能支持多名航天员逼真她模拟太空协同操作训练任务、能实现各参训航天员计算机虚拟场景的实时一致、能处理访问冲突问

2、题最后，以仿真神七任务两名航天员协同完成“取载荷—传递载荷—接收载荷”的操作应用实例验证该操作仿真系统，并对操作响应时间进行分析，数据显示满足操作实时性要求，该试验验证了该系统的合理性和有效性。关键词：协同操作；航天员；训练仿真；虚拟现实中图分类号：TP391．9文献标识码：A文章编号：1004．731Xf2013)10—2348．07ResearchonVirtualTrainingSimulationSystemofAstronautCooperativeOperationinSpaceCHENXue—Well，LIUYu—qing，ZHUXiu—qing,ZHOUBo—he，ANMin

3、g，WANGJin—kun，HUFu—chao(NationalKeyLaboratoryofHumanFactorsEngineering，ChinaAstronautResearchandTrainingCenter,Beijing100094，China)Abstract：Tomeetthedemandofmulti—astronautcooperativeoperation，avirtualtrainingsimulationsystemwasestablishedapplyingvirtualrealitytechnologies．Thearchitectureofsimulati

4、onsystem，thesoftwarecomponents，simulatingflow,cooperativestrategyandthecommunicationsprotocolwereproposed．Usingthesystem，multi—astronauttraineeswereabletoperformmulti—usercooperativeoperationsofspaceonthegroundandeverytraineecouldgetidenticalvirtualenvironmentrealtimewithoutaccessconflict．Theoperat

5、ionsimulationwasvalidatedbytheapplicationofSZ一7missionsimulation，twoastronautsfulfilledtheoperationsoftakeoff-一pass一-catchload，andtheresponsetimeofoperationwasanalyzed，whichshowedthatthesystemwasrealtimesystem．Thevalidityandrationalityofthesystemwasconfirmedbytheexample．Keywords：cooperativeoperatio

6、ns；astronaut；simulationfortraining；virtualreality失去生命。由于在太空中完成操作更加困难和更加危险，引言在实际太空任务中一般都由两人或多人协同完成。在地面据中央电视台2008年11月13日新闻联播报道：太空为航天员构建一个合适的协同训练系统势在必行，既能体中的失重使得航天员在太空中完成操作任务比地面上困难现失重状态的运动特性，又能根据每次任务的不同具有很的多。主要表现在：(1)由于失重，人体控制自身姿态和运强的适应性和灵活性，采用虚拟现实技术实现一个协同操动的能力变筹，使得操作难度加大、操作准确性得不到保作训练系统是一个合适的方法。障。(21在

7、舱外完成操作任务时不仅难度大，而且危险性大；美国NASA约翰逊航天员中心自动化、机器人和仿真如果操作失当，航天员有可能与舱体失去联接关系，从而部门(AR&SD)的虚拟现实中心早在1993年就已开发了一套单机虚拟现实应用系统_l]，并于1993年应用于哈勃望远镜的维修训练；1994年秋天该研究机构升级了该套系统，收稿口期：2011．11-22修回日期：2012．03—02基金项目：国家高技术研究发展计划(200