ВИРТУАЛЬНЫЕ ПАНЕЛИ УПРАВЛЕНИЯ В КОСМИЧЕСКИХ ТРЕНАЖЁРАХ

© М.В.Михайлюк, И.Н.Мироненко
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы профессиональной деятельности космонавтов"
2014 г.

Многие космические тренажёры включают в себя панели (пульты) управления. Обычно это штатные физические пульты реальных установок, на которых космонавты отрабатывают выполнение тех или иных операций управления. При воздействии на конкретный элемент управления система управления формирует (вычисляет) управляющий сигнал, который направляется на исполнительные органы (например, величина силы тяги определенного двигателя или включение фары и т.д.). Вместо реальных панелей управления предлагается использовать виртуальные пульты. Виртуальный пульт управления визуализируется на экране компьютера или на сенсорном экране, а воздействия на элементы управления производятся с помощью компьютерной мыши или непосредственно рукой человека (в случае сенсорного экрана).

В Научно-исследовательском институте системных исследований Российской академии наук (НИИСИ РАН) разработан полный программный комплекс, включающий редактор панелей управления, редактор функциональных схем расчёта управляющих сигналов, модуль расчёта функциональных схем во время тренировки, а также модуль моделирования движения виртуальных элементов управления при воздействии на них оператора (нажатие кнопок, переключение тумблеров и т.д.).

Визуальный редактор пультов управления позволяет в интерактивном режиме конструировать виртуальные пульты управления. Для этого на поле редактора можно просто перетаскивать и размещать в нужном месте виртуальные элементы управления из достаточно большой встроенной библиотеки и задавать параметры этих элементов (тип кнопки, число позиций переключения, число степеней свободы джойстика и т.д.). Вид элемента управления в различных положениях задается с помощью ряда изображений, что позволяет моделировать плавное движение элементов при переключении. Размер поля редактора (т.е. основы пульта управления) задается динамически.

С каждым элементом управления связана функциональная схема, вычисляющая управляющий сигнал, формируемый при воздействии на этот элемент. Например, при нажатии на кнопку может формироваться логическая единица, означающая включение фары, а при отжатии кнопки — логический ноль (выключение фары). При повороте джойстика на определённый угол в определённом направлении вычисляется величина напряжения, подаваемая на электрический двигатель и т.д. Для создания, тестирования и редактирования функциональных схем также разработан визуальный редактор. На его поле можно размещать функциональные элементы из встроенных библиотек (арифметические, логические, тригонометрические, цифровые, динамические и т.д.) и соединять их входы и выходы между собой. Оставшиеся свободными входы являются входами схемы и присоединяются к элементам управления. Свободные выходы являются выходами схемы и формируемые на них значения передаются исполнительным органам динамической модели тренажёра.

Модуль расчёта функциональной схемы позволяет в масштабе реального времени вычислить значения всех выходов схемы в зависимости от значений ее входов. При этом для увеличения скорости пересчитываются только те части схемы, в которых изменились значения входов по сравнению с предыдущим тактом расчета. Модуль реализован в виде динамической библиотеки и может быть подключен к любому программному продукту.

Модуль моделирования движения элементов управления при воздействии на них оператора позволяет создавать визуально адекватное перемещение виртуальных кнопок, джойстиков, переключателей и т.д. Это достигается за счет определения направления воздействия и динамической смены различных изображений элементов управления (в различных их положениях).

С помощью разработанных технологий для Центра подготовки космонавтов им. Ю.А. Гагарина были созданы пульт и система управления андроидом (роботом, похожим на человека по своему строению), а также пульт управления манипулятором «Эра» для перемещения андроида по поверхности Международной космической станции. Проведенные испытания показали возможность использования предложенных технологий для решения задач управления космическими роботами и манипуляторами.

Работа выполнена при поддержке Программы фундаментальных исследований ОНИТ 1, проект № 2.9.