RU156428U1 - UNIVERSAL DYNAMIC STAND FOR EXERCISING THE COMPLEX OF TASKS FOR RESEARCH OF THE ASTRONOMIC OBJECT BY PARTICIPANTS OF THE SPACE EXPEDITION - Google Patents

Abstract

1. Универсальный динамический стенд для отработки комплекса задач по исследованию астрономического объекта участниками космической экспедиции, содержащий рабочие места операторов и средства имитации и визуализации реальных условий проведения исследований, отличающийся тем, что рабочие места операторов размещены на динамической платформе, имеющей более одной степени свободы и оснащенной гидравлической системой управления с насосной станцией, выполненной с возможностью моделирования перемещения тела астронавта при посадке, взлете и движении по поверхности астрономического объекта, при этом динамическая платформа размещена внутри комплекса изолирующих светозвукопоглощающих ширм, причем стенд оснащен графической станцией, выполненной с возможностью рендеринга виртуальной трехмерной сцены, представляющей собой часть поверхности астрономического объекта с посадочной площадкой, транспортным и дистанционно управляемым роверами, а также рендеринга реальных внешних условий на поверхности астрономического объекта, и включающей, по меньшей мере, два монитора отображения закабинной обстановки, по меньшей мере, одну нашлемную систему отображения с генератором поля для трекинга головы, оснащенную очками с OLED матрицами и магнитным датчиком позиционирования с генератором поля для трекинга головы, выполненными с возможностью формирования виртуального шлема, а также, по меньшей мере, одну педальную группу и джойстики интерактивного управления объектами на поверхности астрономического объекта и выполнения операций вождения транспортным и дистанционно управляемым роверами, при этом, по меньшей мере, о�1. A universal dynamic bench for practicing a set of tasks for researching an astronomical object by space expedition participants, containing workstations for operators and means for simulating and visualizing real research conditions, characterized in that the workstations of operators are located on a dynamic platform that has more than one degree of freedom and is equipped with hydraulic control system with a pumping station, configured to simulate the movement of the astronaut’s body during landing, take-off moving along the surface of an astronomical object, while the dynamic platform is located inside a complex of insulating light-absorbing screens, and the stand is equipped with a graphic station that is capable of rendering a virtual three-dimensional scene, which is part of the surface of an astronomical object with a landing area, transport and remotely controlled by rovers, as well as rendering real external conditions on the surface of an astronomical object, and including at least two monitors the live environment, at least one helmet-mounted display system with a field generator for tracking the head, equipped with glasses with OLED matrices and a magnetic position sensor with a field generator for tracking the head, configured to form a virtual helmet, as well as at least one the pedal group and the joysticks of interactive control of objects on the surface of the astronomical object and the execution of driving operations by transport and remotely controlled rovers, while at least

Description

Полезная модель относится к области космической техники и предназначена для имитации разнообразных космических условий при отработке участниками космических экспедиций различных задач, в том числе задач по исследованию поверхности астрономических объектов с помощью современных технологий виртуальной реальности.The utility model relates to the field of space technology and is designed to simulate a variety of space conditions when practicing space expedition participants with various tasks, including the tasks of studying the surface of astronomical objects using modern virtual reality technologies.

Из уровня техники известно обучающее устройство, содержащее модель движения космического корабля, модель датчиков, модель системы управления спуском, модель исполнительных органов, ручку управления спуском, модель системы управления бортовым комплексом, пульт космонавтов, систему управления центрифугой, кабину центрифуги, пульт контроля и управления тренировкой, а также блок функционального состояния, блок корректировки перегрузки и вычислитель перегрузки (см. RU 104360 от 10.05.2011).A teaching device containing a model of a spaceship’s motion, a model of sensors, a model of a descent control system, a model of executive bodies, a descent control knob, a model of an onboard complex control system, an astronaut’s console, a centrifuge control system, a centrifuge’s cabin, a control and training control panel as well as a functional state block, an overload correction block and an overload calculator (see RU 104360 dated 05/10/2011).

Из уровня техники известна, также, интерактивная автоматизированная система обучения, содержащая, по крайней мере, один проблемно-ориентированный программно-технический комплекс на базе интеллектуального интерфейса, поддерживающего в режиме диалога автоматизированные циклы обучения и контроля знаний обучающихся, информационные входы и выходы которого соединены со всеми элементами системы, выполненный в виде модуля вычислительной системы управления процессом обучения, снабженного программным обеспечением системы. Система дополнительно снабжена, по меньшей мере, тремя функциональными модулями - модулем группового обучения, модулем индивидуального обучения и модулем процедурного тренажера, причем все модули системы выполнены автономными и соединены между собой коммуникационными связями и своими информационными входами и выходами, при этом модуль вычислительной системы управления процессом обучения снабжен электронными блоками - обучающим блоком, технологическим блоком, ремонтным блоком, блоком электронной документации, контрольным блоком, блоком режимов, управляющим блоком, блоком тестирования и коммутационным блоком, каждый из которых имеет свои информационные входы и выходы (см. RU 2271040 от 27.02.2006).The prior art also knows an interactive automated training system containing at least one problem-oriented software and hardware complex based on an intelligent interface that supports, in a dialogue mode, automated learning and knowledge control cycles of learners, the information inputs and outputs of which are connected to all elements of the system, made in the form of a module of a computer system for managing the learning process, equipped with system software. The system is additionally equipped with at least three functional modules — a group learning module, an individual learning module, and a procedural training module, all of the system modules being autonomous and interconnected by communication links and their information inputs and outputs, while the module of the process control computer system the training is equipped with electronic units - a training unit, a process unit, a repair unit, an electronic documentation unit, a control unit, bl com mode, the control unit, the test unit and the switching unit, each of which has its data inputs and outputs (see. RU 2271040 of 27.02.2006).

Недостатком известных технических решений является технологическая сложность реализации процесса обучения и, как следствие, трудный, долгий и не всегда эффективный процесс обучения и закрепления полученных результатов.A disadvantage of the known technical solutions is the technological complexity of the implementation of the learning process and, as a result, the difficult, long and not always effective learning process and consolidating the results.

Наиболее близким техническим решением можно считать комплексное обучающее устройство, содержащее модель системы управления бортовым комплексом, модель датчиков, ручку управления спуском, модель системы управления движением, модель системы исполнительных органов, пульт контроля и управления тренировкой, генератор изображения Земли и станции МКС, имитатор визира космонавта, ручку управления ориентацией, ручку управления движением, пульт управления центрифугой, систему управления центрифугой, кабину центрифуги, модель движения космического корабля, пульт космонавта, а также бортовой вычислитель спуска, мультиплексный канал информационного обмена, устройство связи с вычислителем, имитатор согласующих устройств и бортовой центральный вычислитель (см. RU 102823 от 10.03.2011).The closest technical solution can be considered an integrated training device containing an onboard complex control system model, a sensor model, a descent control knob, a motion control system model, an executive body system model, a training control and management console, an image generator of the Earth and the ISS station, an astronaut’s visor simulator , orientation control knob, motion control knob, centrifuge control panel, centrifuge control system, centrifuge cabin, spacecraft motion model spacecraft, the astronaut’s console, as well as the on-board descent calculator, the multiplex information exchange channel, the communication device with the calculator, the matching device simulator and the on-board central computer (see RU 102823 of 03/10/2011).

Недостатком прототипа, как и в предыдущих случаях, является посредственная возможность обучения космического экипажа при технологической сложности организации процесса обучения, наличие вычислительных ошибок моделирования различных режимов и неполное функциональное воспроизведение.The disadvantage of the prototype, as in previous cases, is the mediocre ability to train the space crew with the technological complexity of organizing the learning process, the presence of computational errors in modeling various modes and incomplete functional reproduction.

Общеизвестно, что подготовка космонавтов к космическому полету -целенаправленный процесс формирования у космонавтов знаний, навыков, умений, необходимых для успешного выполнения ими задач к полету. Необходима комплексная подготовка космонавтов во всевозможных экстремальных ситуациях космического полета, устойчивость к воздействию неблагоприятных факторов космического полета и адекватные действия в нештатных (аварийных) ситуациях.It is well known that the preparation of astronauts for space flight is a focused process of forming the astronauts' knowledge, skills and abilities necessary for them to successfully complete tasks for flight. Comprehensive training of astronauts in all kinds of extreme space flight situations, resistance to the effects of adverse space flight factors, and adequate action in emergency (emergency) situations are needed.

Учитывая всю сложность длительных космических экспедиций и, соответственно, программы подготовки экипажей, необходимо вести процесс обучения на комплексных обучающих устройствах, имитирующих реальные процессы полета, десантирования на поверхность астрономических объектов, а также решения поставленных задач с очень высокой степенью адекватности.Given the complexity of the long space missions and, accordingly, the crew training program, it is necessary to conduct the training process on complex training devices that simulate real processes of flight, landing on the surface of astronomical objects, as well as solving problems with a very high degree of adequacy.

Для выполнения этих требований была поставлена задача разработки простого и надежного универсального динамического стенда для отработки комплекса задач по исследованию разнообразных астрономических объектов участниками космических экспедиций, позволяющего эффективно решать поставленные задачи по обучению экипажей необходимым навыкам. Задачей также являлось создание стенда, позволяющего каждому участнику имитируемой миссии полета погрузиться в виртуальную среду соответствующего астрономического объекта (планеты), стать участником исследований и экспериментов, включающих в себя такие задачи, как перемещение по планете в скафандре, вождение транспортного и дистанционно управляемого роверов, сбор образцов грунта и доставка их на базу, работа в условиях пылевых бурь и метеоритных дождей.To fulfill these requirements, the task was set to develop a simple and reliable universal dynamic stand for working out a set of tasks for the study of various astronomical objects by space expedition participants, which would effectively solve the tasks set for training crews with necessary skills. The task was also to create a stand that allows each participant in a simulated flight mission to plunge into the virtual environment of the corresponding astronomical object (planet), to become a participant in research and experiments, including such tasks as moving around the planet in a spacesuit, driving transport and remote-controlled rovers, collecting soil samples and their delivery to the base, work in dust storms and meteor showers.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении уровня и качества обучения за счет обеспечения полной и достоверной визуализации исследуемого объекта, метеорологических условий и их влияния на обучающегося, поведения и реакций обучающегося на внешние факторы, а также за счет сокращения времени освоения изучаемой сложной технической системы и повышения эффективности самого обучения и эффективности применения его результатов в дальнейшем на практике, обеспечивающих повышение безопасности эксплуатации сложных технических систем, в том числе использующихся в экспедициях на астрономических объектах.The technical result obtained when solving the problem is expressed in improving the level and quality of training by providing a complete and reliable visualization of the studied object, meteorological conditions and their impact on the student, the behavior and reactions of the student to external factors, as well as by reducing the time of mastering the studied a complex technical system and improving the effectiveness of the training itself and the effectiveness of applying its results in practice in the future, ensuring increased safety pluatatsii complex technical systems, including those used in the expeditions to the astronomical objects.

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что универсальный динамический стенд для отработки комплекса задач по исследованию астрономического объекта участниками космической экспедиции содержит рабочие места операторов и средства имитации и визуализации реальных условий проведения исследований. Новым, согласно предлагаемому изобретению, является то, что рабочие места операторов размещены на динамической платформе, имеющей более одной степени свободы и оснащенной гидравлической системой управления с насосной станцией, выполненной с возможностью моделирования перемещения тела астронавта при посадке, взлете и движении по поверхности астрономического объекта, при этом динамическая платформа размещена внутри комплекса изолирующих светозвукопоглощающих ширм, причем стенд оснащен графической станцией, выполненной с возможностью рендеринга виртуальной трехмерной сцены, представляющей собой часть поверхности астрономического объекта с посадочной площадкой, транспортным и дистанционно управляемым роверами, а также рендеринга реальных внешних условий на поверхности астрономического объекта, и включающей, по меньшей мере, два монитора отображения закабинной обстановки, по меньшей мере, одну нашлемную систему отображения с генератором поля для трекинга головы, оснащенную очками с OLED матрицами и магнитным датчиком позиционирования с генератором поля для трекинга головы, выполненными с возможностью формирования виртуального шлема, а также, по меньшей мере, одну педальную группу и джойстики интерактивного управления объектами на поверхности астрономического объекта и выполнения операций вождения транспортным и дистанционно управляемым роверами, при этом, по меньшей мере, один из упомянутых мониторов связан с виртуальным шлемом таким образом, что изображение на данном мониторе дублируется в окулярах виртуального шлема, также стенд содержит связанную с графической станцией видеокамеру, установленную с возможностью фиксации действий оператора, которые учитываются графической станцией при имитации и визуализации виртуальных объектов.The claimed technical result is achieved due to the fact that the universal dynamic stand for working out a set of tasks for researching an astronomical object by participants in a space expedition contains the workstations of operators and means for simulating and visualizing the actual conditions for conducting research. New according to the invention, is that the operator’s workplaces are located on a dynamic platform with more than one degree of freedom and equipped with a hydraulic control system with a pump station, designed to simulate the movement of an astronaut’s body during landing, take-off and movement on the surface of an astronomical object, the dynamic platform is located inside a complex of insulating light-absorbing screens, and the stand is equipped with a graphic station, made with the possibility of rendering of a virtual three-dimensional scene, which is a part of the surface of an astronomical object with a landing site, transport and remotely controlled by rovers, as well as rendering of real external conditions on the surface of the astronomical object, and including at least two monitor displaying the cockpit situation, at least one helmet-mounted display system with a field generator for tracking the head, equipped with glasses with OLED matrices and a magnetic position sensor with a field generator for the tracks hectares of head made with the possibility of forming a virtual helmet, as well as at least one pedal group and joysticks for interactive control of objects on the surface of an astronomical object and performing driving operations by transport and remotely controlled rovers, while at least one of the monitors connected to the virtual helmet in such a way that the image on this monitor is duplicated in the eyepieces of the virtual helmet, the stand also contains a video camera connected to the graphic station, installed Indicated with the ability to record operator actions that are taken into account by the graphic station when simulating and visualizing virtual objects.

Размещение рабочих мест операторов на динамической платформе, имеющей более одной степени свободы и оснащенной гидравлической системой управления с насосной станцией, выполненной с возможностью моделирования перемещения тела астронавта при посадке, взлете и движении по поверхности астрономического объекта, обеспечивает реалистичность ощущений, позволяет улучшить координацию движений, развить и закрепить необходимые навыки и движения.Placing operator jobs on a dynamic platform with more than one degree of freedom and equipped with a hydraulic control system with a pumping station, designed to simulate the movement of an astronaut’s body during landing, take-off and movement on the surface of an astronomical object, provides realistic sensations, improves coordination of movements, develops and consolidate the necessary skills and movements.

Размещение динамической платформы внутри комплекса изолирующих светозвукопоглощающих ширм обеспечивает изоляцию от внешней обстановки и более полное погружение в виртуальную реальность, позволяет исключить посторонние отвлекающие факторы.Placing a dynamic platform inside a complex of isolating light-absorbing screens provides isolation from the external environment and a more complete immersion in virtual reality, eliminating extraneous distracting factors.

Оснащение тренажера графической станцией, выполненной с возможностью рендеринга виртуальной трехмерной сцены, а также реальных внешних условий на поверхности астрономического объекта, позволяет повысить эффективность процесса обучения за счет полного погружения обучающегося в виртуальную реальность.Equipping the simulator with a graphic station capable of rendering a virtual three-dimensional scene, as well as real external conditions on the surface of an astronomical object, makes it possible to increase the efficiency of the learning process by completely immersing the student in virtual reality.

Виртуальная реализация необходимой и достаточной композиции, включающей часть поверхности астрономического объекта с посадочной площадкой, транспортным и дистанционно управляемым роверами, позволяет ускорить процесс обучения и повысить его эффективность, во-первых, за счет отсутствия посторонних отвлекающих факторов, постоянного сосредоточения обучаемого на выполняемой задаче и, во-вторых, за счет обстановки максимально приближенной к реальной.Virtual implementation of the necessary and sufficient composition, including part of the surface of an astronomical object with a landing site, transport and remotely controlled by rovers, allows you to speed up the learning process and increase its effectiveness, firstly, due to the absence of extraneous distracting factors, the student’s constant focus on the task and, secondly, due to the situation as close to real as possible.

Оснащение графической станции, по меньшей мере, двумя мониторами отображения закабинной обстановки, установленными один над другим перед рабочим местом оператора, позволяет повысить эффективность процесса обучения, так как именно такое расположение мониторов более эффективно и удобно для обучаемого.Equipping a graphic station with at least two display cabin display monitors, mounted one above the other in front of the operator’s workstation, can improve the efficiency of the training process, since it is this arrangement of monitors that is more efficient and convenient for the student.

Оснащение графической станции нашлемной системой отображения с генератором поля для трекинга головы, включающей очки с OLED матрицами и магнитный датчик позиционирования с генератором поля для трекинга головы, выполненных с возможностью формирования виртуального шлема, также позволяет повысить эффективность процесса обучения за счет полного погружения обучающегося в виртуальную реальность, что приведет, в том числе, к сокращению времени освоения изучаемой сложной технической системы.Equipping a graphic station with a helmet-mounted display system with a head tracking field generator, including glasses with OLED matrices and a magnetic positioning sensor with a head tracking field generator configured to form a virtual helmet, also allows you to increase the efficiency of the learning process by completely immersing the student in virtual reality , which will lead, inter alia, to a reduction in the development time of the studied complex technical system.

Оснащение графической станции педальной группой и джойстиками интерактивного управления объектами на поверхности астрономического объекта и выполнения операций вождения транспортного и дистанционно управляемого роверов способствует повышению качества обучения и повышению безопасности эксплуатации сложных технических систем.Equipping a graphic station with a pedal group and joysticks for interactive control of objects on the surface of an astronomical object and performing operations of driving transport and remotely controlled rovers helps to improve the quality of training and increase the safety of operation of complex technical systems.

Связь, по крайней мере, одного монитора с виртуальным шлемом выполнена таким образом, что изображение на данном мониторе дублируется в окулярах виртуального шлема, что обеспечивает максимально полное погружение обучающегося в виртуальную реальность.The connection of at least one monitor with a virtual helmet is made in such a way that the image on this monitor is duplicated in the eyepieces of the virtual helmet, which ensures the maximum immersion of the student in virtual reality.

Наличие в конструкции тренажера видеокамеры, фиксирующей действия оператора, которые учитываются графической станцией при имитации и визуализации виртуальных объектов, обеспечивает повышение уровня и качества обучения за счет обеспечения полной и достоверной визуализации поведения и реакций обучающегося на внешние факторы, позволяет моделировать, записывать в память, визуализировать и корректировать действия оператора.The presence in the design of the simulator of a video camera that captures the actions of the operator, which are taken into account by the graphic station when simulating and visualizing virtual objects, provides an increase in the level and quality of training by providing a complete and reliable visualization of the student’s behavior and reactions to external factors, allows modeling, recording in memory, visualizing and adjust the actions of the operator.

Далее предлагаемое изобретение будет раскрыто более подробно, в предпочтительном, но не единственно возможном, варианте исполнения.Further, the invention will be disclosed in more detail, in a preferred, but not the only possible, embodiment.

Универсальный динамический стенд для отработки комплекса задач по исследованию астрономического объекта участниками космической экспедиции содержит рабочие места операторов и средства имитации и визуализации реальных условий проведения исследований.A universal dynamic bench for working out a set of tasks for researching an astronomical object by space expedition participants contains operator workstations and means for simulating and visualizing real research conditions.

Рабочие места операторов размещены на динамической платформе. Предпочтительна установка на динамической платформе трех рабочих мест. Каждое рабочее место оператора может предусматривать подвижное или неподвижное (в зависимости от отрабатываемой миссии) кресло, а также опорные поверхности для размещения средств управления, навигации и визуализации. Средства управления и навигации могут представлять собой джойстики, клавиатуру, различные тумблеры, переключатели и т.п.устройства, а также педальную группу. Одним из вариантов средств визуализации являются мониторы, размещаемые, предпочтительно, в передней полусфере по отношению к оператору (обучающемуся). Средства визуализации в виде мониторов могут быть общими для всех операторов.Operator jobs are hosted on a dynamic platform. It is preferable to install three workstations on a dynamic platform. Each operator’s workplace may include a movable or fixed (depending on the mission fulfilled) chair, as well as supporting surfaces for placement of controls, navigation and visualization. Control and navigation tools can consist of joysticks, a keyboard, various toggle switches, switches, etc. devices, as well as a pedal group. One of the options for visualization are monitors, preferably located in the front hemisphere in relation to the operator (student). Visualization tools in the form of monitors can be common to all operators.

Динамическая платформа имеет более одной степени свободы (предпочтительно шесть). Для управления динамической платформой предусмотрена малошумная гидравлическая система с насосной станцией.A dynamic platform has more than one degree of freedom (preferably six). To control the dynamic platform, a low-noise hydraulic system with a pumping station is provided.

Динамическая платформа с системой управления обеспечивает возможность моделирования перемещения тела астронавта при посадке, взлете и движении по поверхности астрономического объекта.A dynamic platform with a control system provides the ability to simulate the movement of an astronaut’s body during landing, take-off and movement on the surface of an astronomical object.

Динамическая платформа размещена внутри комплекса изолирующих светозвукопоглощающих ширм. Ширмы могут быть выполнены любым удобным образом из известных светозвукопоглощающих материалов. Размеры и месторасположение комплекса ширм определяется исходя из условий эксплуатации стенда и реализуемой им программы обучения. Основным условием установки ширм является возможность обеспечения полной светошумоизоляции.The dynamic platform is located inside a complex of insulating light-absorbing screens. Screens can be made in any convenient manner from known light-absorbing materials. The size and location of the screen complex is determined based on the operating conditions of the stand and the training program it implements. The main condition for installing screens is the ability to provide complete light and noise insulation.

В конструкции стенда также предусмотрена графическая станция со средствами коммуникации и сетевого управления, а также программным обеспечением для реализации технологии виртуальной реальности.The stand design also includes a graphic station with communication and network management tools, as well as software for implementing virtual reality technology.

Графическая станция может содержать генератор изображения на базе процессора Intel® Core™ Extreme Edition i7-965, SLI NVIDIA DUAL QuadroFX 5800 4GB, 4GB RAM, 4x1 ТВ жесткий диск, DVD, с клавиатурой, операционной системой Windows (ХР или 7 или 8) или аналогами.A graphics station may contain an image generator based on the Intel® Core ™ Extreme Edition i7-965 processor, NVIDIA SLU QuadroFX 5800 4GB SLI, 4GB RAM, 4x1 TV hard disk, DVD, with keyboard, Windows operating system (XP or 7 or 8) or analogues.

Графическая станция выполнена с возможностью рендеринга виртуальной трехмерной сцены, представляющей собой часть поверхности астрономического объекта с посадочной площадкой, транспортным и дистанционно управляемым роверами. Графическая станция выполнена также с возможностью рендеринга реальных внешних условий на поверхности астрономического объекта.The graphic station is capable of rendering a virtual three-dimensional scene, which is a part of the surface of an astronomical object with a landing site, transport and remotely controlled by rovers. The graphic station is also capable of rendering real external conditions on the surface of an astronomical object.

Рендеринг (от англ. Rendering - «визуализация») - это процесс в компьютерной графике, обозначающий получение изображения по модели с помощью компьютерной программы. Модель, в данном случае, это описание любых объектов или явлений на строго определенном языке или в виде структуры данных. Такое описание может содержать геометрические данные, положение точки наблюдателя, информацию об освещении, степени наличия какого-то вещества, напряженность физического поля и пр.Rendering (from the English. Rendering - "visualization") is a process in computer graphics, which means obtaining images from a model using a computer program. A model, in this case, is a description of any objects or phenomena in a strictly defined language or in the form of a data structure. Such a description may contain geometric data, the position of the observer's point, information about lighting, the degree of presence of a substance, the intensity of the physical field, etc.

В конструкции стенда предусмотрена, по меньшей мере, одна видеокамера, связанная с графической станцией. Видеокамера может иметь стационарное крепление или может быть установлена подвижно (в т.ч. поворотно), что зависит как от места ее размещения, так и от реализуемой программы. Назначение такой видеокамеры (видеокамер) - фиксация действий оператора (операторов), которые учитываются графической станцией при имитации и визуализации виртуальных объектов. Так, например, неаккуратные, неправильные или резкие манипуляции с джойстиками или иными приборами управления фиксируются, запоминаются и одновременно отражаются в виртуальной реальности виртуально управляемые объекты начинают, например, непредсказуемо реагировать или, как вариант, вообще не реагируют на управляющие сигналы.At least one video camera connected to a graphic station is provided in the stand design. The camcorder can be fixedly mounted or can be mounted movably (including pivotally), which depends on both its location and the program being implemented. The purpose of such a video camera (video cameras) is to record the actions of the operator (s), which are taken into account by the graphics station when simulating and visualizing virtual objects. So, for example, inaccurate, incorrect or abrupt manipulations with joysticks or other control devices are recorded, remembered and simultaneously reflected in virtual reality, virtually controlled objects begin, for example, to unpredictably react or, as an option, do not respond to control signals at all.

Графическая станция оснащена, по меньшей мере, двумя мониторами отображения закабинной обстановки, установленными один над другим перед рабочим местом оператора (операторов). Предусмотрен вариант размещения дополнительных мониторов по бокам рабочих места операторов. Предпочтительна установка ЖК мониторов, например, с диагональю 26″. Вместо мониторов может быть использован один общий экран, размещенный перед рабочими местами операторов. Экран может быть разделен на несколько секторов для отображения различных реальностей.The graphic station is equipped with at least two display cabin display monitors installed one above the other in front of the workplace of the operator (s). The option of placing additional monitors on the sides of the operator’s workplace is provided. The preferred installation of LCD monitors, for example, with a diagonal of 26 ″. Instead of monitors, one common screen can be used, placed in front of operator’s workstations. The screen can be divided into several sectors to display various realities.

Также предусмотрены камеры стороннего наблюдения, выполненные с возможностью регулирования положения и передачи закабинной видеоинформации.Also provided are third-party surveillance cameras made with the possibility of adjusting the position and transmitting in-camera video information.

Графическая информация, представляющая собой результат рендеринга виртуальной сцены исследуемого астрономического объекта, отображается на мониторах отображения закабинной обстановки (на общем экране). В разных задачах каждый из мониторов может отображать свою часть закабинной обстановки.Graphic information, which is the result of rendering a virtual scene of an investigated astronomical object, is displayed on monitors displaying the outside environment (on the common screen). In different tasks, each of the monitors can display its own part of the cabin environment.

Так, например, на нижнем мониторе может отображаться вид на астронавта в скафандре со стороны. Верхний монитор при этом может отображать то, что видит астронавт из своего шлема. Изображение может дублироваться в окулярах виртуального шлема, который надевает на голову оператор, выполняющий задачу.So, for example, a view of the astronaut in a spacesuit from the side can be displayed on the lower monitor. The upper monitor can display what the astronaut sees from his helmet. The image can be duplicated in the eyepieces of a virtual helmet, which is put on the head by the operator performing the task.

В другом примере нижний монитор может отображать рабочее место оператора соответствующего ровера. При этом верхний монитор может отображать вид со стороны на соответствующий ровер.In another example, the lower monitor may display the operator's workplace of the corresponding rover. In this case, the upper monitor can display a side view of the corresponding rover.

В еще одном примере на нижнем мониторе может отображаться вид на посадочную площадку со стороны с возможностью менять положение снимающей камеры с помощью клавиатуры. Верхний монитор при этом может отображать вид из кабины посадочного модуля. Оператор сквозь иллюминаторы может видеть закабинную обстановку в момент посадки, а также внутренний интерьер кабины с приборными панелями.In another example, the bottom monitor may display a view of the landing pad from the side with the ability to change the position of the shooting camera using the keyboard. The upper monitor can display the view from the booth of the landing module. The operator through the windows can see the cockpit situation at the time of landing, as well as the interior of the cabin with dashboards.

Кроме того, на нижний монитор может выводиться окно диспетчера, с помощью которого осуществляется управление выполнением задач в комплексе.In addition, a dispatcher window can be displayed on the lower monitor, with the help of which the execution of tasks in the complex is controlled.

Таким же или подобным образом могут быть разделены показы на различных секторах общего экрана.In the same or similar way, displays on different sectors of the common screen can be divided.

В конструкцию графической станции также входит для каждого рабочего места оператора нашлемная система отображения с генератором поля для трекинга головы, который располагается, предпочтительно, около рабочего места оператора.The design of the graphic station also includes for each operator’s workstation a helmet-mounted display system with a field generator for tracking the head, which is preferably located near the operator’s workstation.

Данная полноцветная система визуализации высокого разрешения с системой пространственной ориентации головы предназначена для предоставления оператору возможности непосредственного погружения (иммерсии) в виртуальную среду. С такой системой оператор оказывается как бы "внутри" виртуальной сцены и начинает ассоциировать себя с виртуальным миром. В таких условиях особенно эффективно проходят различные процессы обучения и тренировки.This full-color high-resolution visualization system with a spatial orientation system for the head is designed to provide the operator with the possibility of direct immersion (immersion) in a virtual environment. With such a system, the operator appears to be “inside” the virtual scene and begins to associate itself with the virtual world. In such conditions, various processes of training and training are especially effective.

Система состоит из очков с OLED матрицами, на которые выводится изображение с графической станции и магнитного датчика позиционирования (включает в себя генератор поля для трекинга головы), обеспечивающего возможность отслеживания положения головы оператора. Совместная работа магнитного датчика и очков позволяет обеспечивать максимальное погружение оператора в виртуальную среду с возможностью обеспечения кругового обзора окружающего пространства.The system consists of glasses with OLED matrices, to which an image from a graphic station and a magnetic positioning sensor (includes a field generator for tracking the head) are displayed, which makes it possible to track the position of the operator’s head. The combined operation of the magnetic sensor and glasses allows for the maximum immersion of the operator in a virtual environment with the possibility of providing a circular view of the surrounding space.

Для интерактивного управления разнообразными объектами на поверхности астрономического объекта (например, посадочный и стыковочный модули, бурильное и т.п.оборудование, роботы), выполнения операций управления виртуальным астронавтом и операций вождения транспортного и дистанционно управляемого роверов, предусмотрены джойстики управления и педальная группа (педальные группы для каждого оператора), связанные с графической станцией.For interactive control of various objects on the surface of an astronomical object (for example, landing and docking modules, drilling equipment, etc. equipment, robots), performing operations of controlling a virtual astronaut and operations of driving transport and remote-controlled rovers, control joysticks and a pedal group (pedal groups for each operator) associated with the graphics station.

Каждый из джойстиков содержит ручку управления для задания направления движения объекту (вперед, назад, влево, вправо), увеличения/уменьшения тяги, включения режима торможения, а также содержит, по меньшей мере, две функциональные кнопки, в предпочтительном случае десять. Часть манипуляций джойстиков могут дублироваться или выполнятся педалями педальных групп.Each of the joysticks contains a control knob for setting the direction of movement of the object (forward, backward, left, right), increasing / decreasing traction, activating the braking mode, and also contains at least two function buttons, preferably ten. Part of the joystick manipulations can be duplicated or performed by pedals of pedal groups.

Стенд работает следующим образом.The stand works as follows.

В зависимости от решения поставленных задач на основном экране рабочего места, который отображается и в виртуальном шлеме, надеваемом оператором, может быть визуализирована поверхность планеты (астрономического объекта), наблюдаемая астронавтом сквозь забрало шлема при его виртуальном перемещении по поверхности в скафандре. С правой стороны изображения, внизу отображается индикатор текущего ресурса скафандра. При этом на дополнительном экране рабочего места демонстрируется вид со стороны на астронавта, выполняющего свою задачу. Назначение данного экрана - дать пространственное представление о положении астронавта. Управлять положением камеры стороннего наблюдения за астронавтом можно с помощью клавиш-стрелок на клавиатуре или кнопок или ручки правого и/или левого джойстика.Depending on the solution of the tasks set on the main screen of the workplace, which is also displayed in the virtual helmet worn by the operator, the surface of the planet (astronomical object) can be visualized, observed by the astronaut through the visor of the helmet during its virtual movement on the surface in the spacesuit. On the right side of the image, an indicator of the current suit resource is displayed below. At the same time, the side view of the astronaut performing his task is shown on the additional screen of the workplace. The purpose of this screen is to give a spatial representation of the position of the astronaut. You can control the position of the astronaut’s third-party surveillance camera using the arrow keys on the keyboard or the buttons or the handle of the right and / or left joystick.

Помимо этого правый джойстик управляет движением вперед (астронавта, ровера и т.д.). Передвижение достигается отклонением ручки джойстика вперед от центрального положения. Возврат ручки к центральному положению джойстика приведет к остановке.In addition, the right joystick controls the forward movement (astronaut, rover, etc.). Movement is achieved by moving the joystick handle forward from the center position. Returning the knob to the center position of the joystick will stop.

Левый джойстик позволяет осуществлять повороты. Отклонение джойстика вправо приводит к повороту вправо, отклонение джойстика влево - к повороту влево.The left stick allows you to make turns. Deviation of the joystick to the right leads to a turn to the right, deviation of the joystick to the left leads to a turn to the left.

Манипуляции с джойстиками могут дублироваться сигналами с педальных групп. Педальные группы, в случае необходимости, выполняют роль основных, вспомогательных или резервных (аварийных) средств управления.Manipulations with joysticks can be duplicated by signals from pedal groups. Pedal groups, if necessary, play the role of primary, auxiliary or backup (emergency) controls.

Движения (колебания, наклоны, вращение, вибрации и т.д.) динамической платформы моделируют реакции от действий операторов, объектов и всей системы в целом, а также помогают моделировать перемещения тел астронавтов при посадке, взлете и движении по поверхности астрономического объекта. Комплекс ширм обеспечивает изоляцию от внешней обстановки и более полное погружение в виртуальную реальность, исключает посторонние отвлекающие факторы.The movements (vibrations, inclinations, rotation, vibrations, etc.) of the dynamic platform simulate reactions from the actions of operators, objects and the entire system as a whole, and also help to simulate the movements of astronaut bodies during landing, take-off and movement on the surface of an astronomical object. The complex of screens provides isolation from the external environment and a more complete immersion in virtual reality, eliminates extraneous distractions.

Варианты соединения универсального динамического стенда, графической станции и другого оборудования могут быть различны, одним из примеров может быть следующий: система управления динамической платформы соединена своими входами/выходами с входом/выходом графической станции, причем первый выход графической станции соединен с первым монитором отображения закабинной обстановки, а второй выход со вторым монитором отображения закабинной обстановки, который соединен с входом/выходом очков с OLED матрицами и магнитным датчиком позиционирования нашлемной системы отображения, а контроллер генератора поля для трекинга головы своим выходом соединен с первым входом графической станции, при этом джойстики интерактивного управления объектами на поверхности астрономического объекта своими выходами соединены с, по меньшей мере, вторым и третьим входами графической станции, а четвертый вход графической станции соединен с выходом, по меньшей мере, одной видеокамеры, при этом, по меньшей мере, одна педальная группа соединена с пятым входом графической станции.The connection options for a universal dynamic stand, a graphic station, and other equipment may be different, one example may be the following: a dynamic platform control system is connected by its inputs / outputs to the input / output of a graphic station, and the first output of the graphic station is connected to the first display monitor , and the second output with a second monitor display of the outfit, which is connected to the input / output points with OLED matrices and a magnetic position sensor of the helmet-mounted display system, and the controller of the field generator for tracking the head with its output is connected to the first input of the graphic station, while the joysticks for interactive control of objects on the surface of the astronomical object with their outputs are connected to at least the second and third inputs of the graphic station, and the fourth input the graphics station is connected to the output of at least one video camera, while at least one pedal group is connected to the fifth input of the graphics station.

В другом варианте система управления динамической платформой соединена своими входами/выходами с входом/выходом графической станции, причем первый выход графической станции соединен с первым монитором отображения закабинной обстановки, а второй выход со вторым монитором отображения закабинной обстановки, который соединен с входом/выходом очков с OLED матрицами и магнитным датчиком позиционирования нашлемной системы отображения или второй выход соединен со вторым монитором отображения закабинной обстановки, а третьим выходом с входом/выходом очков с OLED матрицами и магнитным датчиком позиционирования нашлемной системы отображения, а контроллер генератора поля для трекинга головы своим выходом соединен с первым входом графической станции, при этом джойстики интерактивного управления объектами на поверхности астрономического объекта своими выходами соединены с, по меньшей мере, вторым и третьим входами графической станции, а четвертый вход графической станции соединен с выходом, по меньшей мере, одной видеокамеры, при этом, по меньшей мере, одна педальная группа соединена с пятым входом графической станции.In another embodiment, the dynamic platform control system is connected by its inputs / outputs to the input / output of the graphic station, wherein the first output of the graphic station is connected to the first display of the cabin display and the second output to the second monitor of the display of the cabin display, which is connected to the input / output of the glasses OLED matrices and a magnetic positioning sensor of the helmet-mounted display system or the second output is connected to the second monitor for displaying the cabin display, and the third output to the input the output of glasses with OLED matrices and a magnetic positioning sensor of the helmet-mounted display system, and the field generator controller for head tracking is connected to the first input of the graphic station by its output, while the joysticks for interactive control of objects on the surface of the astronomical object are connected to at least the second and the third inputs of the graphics station, and the fourth input of the graphics station is connected to the output of at least one video camera, with at least one pedal group inena fifth input graphic station.

Еще в одном варианте графическая станция выполнена с возможностью обработки в режиме реального времени видеоизображения действий операторов и выявления из этого видеоряда сигналов, характеризующих движения оператора, причем графическая станция выполнена с возможностью сравнения сигналов, поступающих с видеокамеры, с сигналами контроллера генератора поля для трекинга головы, джойстиков управления и педальной группы, при этом в случае выявления неоднократного несовпадения данных сравнения приоритет при выполнении имитации и визуализации виртуальных объектов остается за данными, поступающими с видеокамеры.In another embodiment, the graphics station is configured to process real-time video images of the actions of operators and identify signals from this video sequence characterizing the movements of the operator, the graphics station is configured to compare the signals received from the camera with the signals of the controller of the field generator for tracking the head, joysticks of the control and the pedal group, in this case, in case of detection of repeated mismatch of the comparison data, priority is given to the performance of simulation and visual The virtual objects remains behind the data coming from the camcorder.

Таким образом, предлагаемое техническое решение за счет наличия раскрытых конструктивных элементов, предложенной их компоновки и связей между ними обеспечивает качественную отработку комплекса задач по исследованию разнообразных астрономических объектов и позволяет эффективно решать поставленные задачи по обучению экипажей необходимым навыкам. При этом заявляемый стенд позволяет каждому участнику имитируемой миссии полета погрузиться в виртуальную среду соответствующего астрономического объекта (планеты), стать полноценным участником разнообразных исследований и экспериментов. Все это позволяет повысить уровень и качество обучения, сократить время освоения сложных технических систем и обеспечить повышение безопасности их эксплуатации.Thus, the proposed technical solution due to the presence of the revealed structural elements, their proposed layout and the relationships between them provides high-quality development of a set of tasks for the study of various astronomical objects and allows you to effectively solve the tasks of training crews with necessary skills. At the same time, the inventive stand allows each participant in a simulated flight mission to plunge into the virtual environment of the corresponding astronomical object (planet), to become a full-fledged participant in various studies and experiments. All this allows you to increase the level and quality of training, reduce the time to master complex technical systems and provide increased safety for their operation.

Claims (4)

1. Универсальный динамический стенд для отработки комплекса задач по исследованию астрономического объекта участниками космической экспедиции, содержащий рабочие места операторов и средства имитации и визуализации реальных условий проведения исследований, отличающийся тем, что рабочие места операторов размещены на динамической платформе, имеющей более одной степени свободы и оснащенной гидравлической системой управления с насосной станцией, выполненной с возможностью моделирования перемещения тела астронавта при посадке, взлете и движении по поверхности астрономического объекта, при этом динамическая платформа размещена внутри комплекса изолирующих светозвукопоглощающих ширм, причем стенд оснащен графической станцией, выполненной с возможностью рендеринга виртуальной трехмерной сцены, представляющей собой часть поверхности астрономического объекта с посадочной площадкой, транспортным и дистанционно управляемым роверами, а также рендеринга реальных внешних условий на поверхности астрономического объекта, и включающей, по меньшей мере, два монитора отображения закабинной обстановки, по меньшей мере, одну нашлемную систему отображения с генератором поля для трекинга головы, оснащенную очками с OLED матрицами и магнитным датчиком позиционирования с генератором поля для трекинга головы, выполненными с возможностью формирования виртуального шлема, а также, по меньшей мере, одну педальную группу и джойстики интерактивного управления объектами на поверхности астрономического объекта и выполнения операций вождения транспортным и дистанционно управляемым роверами, при этом, по меньшей мере, один из упомянутых мониторов связан с виртуальным шлемом таким образом, что изображение на данном мониторе дублируется в окулярах виртуального шлема, также стенд содержит связанную с графической станцией, по меньшей мере, одну видеокамеру,1. A universal dynamic bench for practicing a set of tasks for researching an astronomical object by space expedition participants, containing workstations for operators and means for simulating and visualizing real research conditions, characterized in that the workstations of operators are located on a dynamic platform that has more than one degree of freedom and is equipped with hydraulic control system with a pumping station, configured to simulate the movement of the astronaut’s body during landing, take-off moving along the surface of an astronomical object, while the dynamic platform is located inside a complex of insulating light-absorbing screens, and the stand is equipped with a graphic station that is capable of rendering a virtual three-dimensional scene, which is part of the surface of an astronomical object with a landing area, transport and remotely controlled by rovers, as well as rendering real external conditions on the surface of an astronomical object, and including at least two monitors the live environment, at least one helmet-mounted display system with a field generator for head tracking, equipped with glasses with OLED matrices and a magnetic position sensor with a field generator for head tracking, configured to form a virtual helmet, as well as at least one the pedal group and the joysticks of interactive control of objects on the surface of the astronomical object and the performance of driving operations by transport and remotely controlled rovers, while at least Institute of said monitor associated with a virtual helmet, so that the image on the monitor is duplicated in virtual eyepieces of the helmet also comprises a stand associated with the graphics station, the at least one video camera, установленную с возможностью фиксации действий оператора, которые учитываются графической станцией при имитации и визуализации виртуальных объектов.installed with the ability to record operator actions, which are taken into account by the graphic station when simulating and visualizing virtual objects. 2. Универсальный динамический стенд по п. 1, отличающийся тем, что система управления динамической платформы соединена своими входами/выходами с входом/выходом графической станции, причем первый выход графической станции соединен с первым монитором отображения закабинной обстановки, а второй выход со вторым монитором отображения закабинной обстановки, который соединен с входом/выходом очков с OLED матрицами и магнитным датчиком позиционирования нашлемной системы отображения, а контроллер генератора поля для трекинга головы своим выходом соединен с первым входом графической станции, при этом джойстики интерактивного управления объектами на поверхности астрономического объекта своими выходами соединены с, по меньшей мере, вторым и третьим входами графической станции, а четвертый вход графической станции соединен с выходом, по меньшей мере, одной видеокамеры, при этом, по меньшей мере, одна педальная группа соединена с пятым входом графической станции.2. The universal dynamic stand according to claim 1, characterized in that the control system of the dynamic platform is connected by its inputs / outputs to the input / output of the graphic station, the first output of the graphic station being connected to the first display monitor of the cabin display and the second output to the second display monitor a booth situation, which is connected to the input / output of glasses with OLED matrices and a magnetic positioning sensor of the helmet-mounted display system, and the field generator controller for tracking the head with its output m is connected to the first input of the graphic station, while the joysticks of interactive control of objects on the surface of the astronomical object are connected with their outputs to at least the second and third inputs of the graphic station, and the fourth input of the graphic station is connected to the output of at least one video camera, wherein at least one pedal group is connected to the fifth input of the graphics station. 3. Универсальный динамический стенд по п. 1, отличающийся тем, что система управления динамической платформы соединена своими входами/выходами с входом/выходом графической станции, причем первый выход графической станции соединен с первым монитором отображения закабинной обстановки, а второй выход со вторым монитором отображения закабинной обстановки, который соединен с входом/выходом очков с OLED матрицами и магнитным датчиком позиционирования нашлемной системы отображения или второй выход соединен со вторым монитором отображения закабинной обстановки, а третьим выходом с входом/выходом очков с OLED матрицами и магнитным датчиком позиционирования нашлемной системы отображения, а контроллер генератора поля для трекинга головы своим выходом соединен с первым входом графической станции, при этом джойстики интерактивного3. The universal dynamic stand according to claim 1, characterized in that the control system of the dynamic platform is connected by its inputs / outputs to the input / output of the graphic station, the first output of the graphic station being connected to the first display monitor of the cabin display and the second output to the second display monitor a booth situation, which is connected to the input / output of glasses with OLED matrices and a magnetic positioning sensor of the helmet-mounted display system, or the second output is connected to a second display monitor binnoy situation, and the third output to the input / output points with OLED arrays and a magnetic sensor positioning helmet-mounted display system and the field generator controller for tracking the head its output connected to the first input of the graphics workstation, the interactive joysticks управления объектами на поверхности астрономического объекта своими выходами соединены с, по меньшей мере, вторым и третьим входами графической станции, а четвертый вход графической станции соединен с выходом, по меньшей мере, одной видеокамеры, при этом, по меньшей мере, одна педальная группа соединена с пятым входом графической станции.control the objects on the surface of the astronomical object with their outputs connected to at least the second and third inputs of the graphic station, and the fourth input of the graphic station is connected to the output of at least one video camera, while at least one pedal group is connected to the fifth entrance of the graphic station. 4. Универсальный динамический стенд по любому из п.п. 1-3, отличающийся тем, что графическая станция выполнена с возможностью обработки в режиме реального времени видеоизображения действий операторов и выявления из этого видеоряда сигналов, характеризующих движения оператора, причем графическая станция выполнена с возможностью сравнения сигналов, поступающих с видеокамеры, с сигналами контроллера генератора поля для трекинга головы, джойстиков управления и педальной группы, при этом в случае выявления неоднократного несовпадения данных сравнения приоритет при выполнении имитации и визуализации виртуальных объектов остается за данными, поступающими с видеокамеры. 4. Universal dynamic stand according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the graphic station is configured to process real-time video images of the actions of operators and identify signals from this video sequence that characterize the movements of the operator, and the graphic station is configured to compare signals from the camera with the signals of the field generator controller for tracking the head, joysticks of the control and the pedal group, and in case of detection of repeated discrepancies in the comparison data, priority is given to imitations and visas alizatsii virtual objects remains with the data coming from the camera.