[發(fā)明專利]一種四自由度空間定向障礙模擬器人體運(yùn)動(dòng)感知控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010733470.4
• 申請(qǐng)日: 2020-07-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111857182A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 牛紅攀;黎啟勝;王鵬飛;舒楊;白俊林;宋瓊;李上明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)工程物理研究院總體工程研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G05D1/10
• 分類(lèi)號(hào): G05D1/10;G09B9/08
• 代理公司: 成都時(shí)譽(yù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51250
• 代理人: 沈成金

1.一種四自由度空間定向障礙模擬器人體運(yùn)動(dòng)感知控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、獲得四自由度空間定向障礙模擬器座艙中飛行操縱系統(tǒng)的操作指令；

步驟二、通過(guò)飛行仿真，獲取實(shí)際飛行飛機(jī)的6個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)參數(shù)，即3個(gè)線加速度物理量：G_xa、G_ya、G_za，依次為前后、左右、頭足方向過(guò)載；3個(gè)角速度物理量：Pa、Qa、Ra，依次為滾轉(zhuǎn)、俯仰、偏航方向角速度；

步驟三、計(jì)算大臂繞主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度和角加速度

步驟四、根據(jù)實(shí)際飛行的偏航角運(yùn)動(dòng)，求解偏航軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度；

步驟五、根據(jù)偏航軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，求解實(shí)際飛行相對(duì)俯仰框坐標(biāo)系的3個(gè)線加速度分量(3Gxa,3Gya,3Gza)，即

步驟六、根據(jù)相對(duì)俯仰框坐標(biāo)系的線加速度物理量，計(jì)算純過(guò)載模擬時(shí)滾轉(zhuǎn)軸和俯仰軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度；

步驟七、根據(jù)空間定向障礙模擬器各軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，計(jì)算座艙的3個(gè)線加速度和3個(gè)角速度；

步驟八、根據(jù)考慮人體運(yùn)動(dòng)感知模型的控制算法，計(jì)算滾轉(zhuǎn)軸和偏航軸的補(bǔ)償量，最終得到滾轉(zhuǎn)軸和偏航軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度；

步驟九、將主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度和轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度及滾轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度q₂、俯仰軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度q₃、偏航軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度q₄發(fā)送給空間定向障礙模擬器運(yùn)動(dòng)平臺(tái)；

步驟十、判斷是否停止，如果“是”則停止流程，如果“否”，則進(jìn)入步驟一。

2.如權(quán)利要求1所述的一種四自由度空間定向障礙模擬器人體運(yùn)動(dòng)感知控制方法，其特征在于，所述步驟三包括以下子步驟：

3.1已知實(shí)際飛行的3個(gè)線加速度G_xa、G_ya、G_za，可計(jì)算得到座艙線加速度矢量的大小為：對(duì)|G_a|進(jìn)行修正，修正之后的加速度矢量大小為：|G_a'|；

3.2通過(guò)如下公式的常微分方程求解，可獲得主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度和轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度

式中r為座艙中心距主軸的距離，即轉(zhuǎn)動(dòng)半徑；

當(dāng)過(guò)載值較大時(shí)，可忽略的影響，采用下式對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算：

3.如權(quán)利要求2所述的一種四自由度空間定向障礙模擬器人體運(yùn)動(dòng)感知控制方法，其特征在于，所述步驟四包括以下子步驟：

4.1根據(jù)實(shí)際飛行的偏航角速度物理量Ra，求解模擬器偏航軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為：

其中由步驟三獲得，q₂和q₃由步驟八獲得；

4.2將偏航軸的的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度進(jìn)行高通濾波，之后進(jìn)行積分，獲得偏航軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度q₄。

4.如權(quán)利要求3所述的一種四自由度空間定向障礙模擬器人體運(yùn)動(dòng)感知控制方法，其特征在于，所述步驟六包括以下子步驟：

6.1計(jì)算大臂末端的線加速度矢量：

式中，¹G_c為相對(duì)轉(zhuǎn)臂的加速度矢量，G_r為沿轉(zhuǎn)臂方向的加速度分量，G_t為沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向的加速度分量，G_v為沿垂直方向的加速度分量，r為座艙中心距主軸的距離，g為重力加速度；

6.2純過(guò)載模擬時(shí)，滾轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度的計(jì)算公式為：

式中，

6.3純過(guò)載模擬時(shí)，俯仰軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度的計(jì)算公式為：

式中，