[發(fā)明專利]一種海上作業(yè)直升機快速回收的力覺引導(dǎo)遙操縱控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011531526.4
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112596547B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 倪濤;趙丁選;張泮虹;張祝新
• 申請（專利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 陳麗;李洪福

本發(fā)明公開了一種海上作業(yè)直升機快速回收的力覺引導(dǎo)遙操縱控制方法，包括：直升機和系留裝置路徑規(guī)劃、虛擬引導(dǎo)力的生成以及手控器的人機共享控制；路徑規(guī)劃部分將優(yōu)化后的控制點構(gòu)造B樣條曲線作為直升機的移動路徑，之后通過運動學(xué)解算得出系留裝置的行駛路徑；虛擬引導(dǎo)力部分是由規(guī)劃的期望路徑求解系留裝置的虛擬引力以及周圍環(huán)境對系留裝置的虛擬斥力，二者通過加權(quán)生成虛擬引導(dǎo)力；手控器的人機共享控制部分是將虛擬引導(dǎo)力與操作人員的人手操縱力融合，通過力?位置混合控制策略實現(xiàn)手控器對操作人員行為的引導(dǎo)和示教。本發(fā)明的方法降低了操作員由于熟練程度不足或環(huán)境復(fù)雜引發(fā)誤操作的概率，提高了系留裝置的工作效率和安全性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及遙操縱技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種海上作業(yè)直升機快速回收的力覺引導(dǎo)遙操縱控制方法。

背景技術(shù)

受發(fā)動機動力系統(tǒng)特點的影響，直升機在船上甲板機庫、停機坪、起飛線等區(qū)域的移動需通過系留裝置牽引的方式實現(xiàn)。

系留裝置工作時通過末端的機械爪抓緊并鎖住直升機探桿，并通過橫向和縱向移動牽引直升機行走。系留裝置與直升機之間的耦合系統(tǒng)呈現(xiàn)復(fù)雜的運動學(xué)和動力學(xué)特性。為了實現(xiàn)直升機在船上降落區(qū)域的預(yù)定行駛軌跡，系留裝置的牽引路線需要很高的操作技巧。存在直升機牽引的作業(yè)效率低，且對操作人員專業(yè)技能要求高的問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提出了一種海上作業(yè)直升機快速回收的力覺引導(dǎo)遙操縱控制方法，通過系留裝置手控器的虛擬力反饋，對操作人員的操縱行為予以引導(dǎo)，從而提高海上直升機回收的作業(yè)效率，降低對操作人員熟練程度的要求。

為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種海上作業(yè)直升機快速回收的力覺引導(dǎo)遙操縱控制方法，所述方法包括：

根據(jù)實時反饋的直升機位置和船上降落區(qū)域信息規(guī)劃出直升機的最優(yōu)牽引路徑，進而經(jīng)過運動學(xué)解算得出系留裝置的最優(yōu)路徑；

根據(jù)所述系留裝置的最優(yōu)路徑，通過人工勢場求解虛擬引導(dǎo)力；

將所述虛擬引導(dǎo)力同操作人員的操縱力共享融合，共同作為系留裝置手控器的輸入信號，通過力-位置混合控制實現(xiàn)系留裝置手控器對操作人員行為的力覺引導(dǎo)。

進一步地，根據(jù)船上降落區(qū)域信息規(guī)劃出直升機的最優(yōu)牽引路徑，包括：

利用船上降落區(qū)域信息獲得直升機牽引的起點、終點以及中間關(guān)鍵點；

以所述直升機牽引的起點、終點以及中間關(guān)鍵點作為B樣條函數(shù)曲線的型值點，利用所述型值點反求控制點，加入約束條件對所求的控制點進行優(yōu)化處理，采用逐步二次規(guī)劃的方法求解最優(yōu)控制點，將所述最優(yōu)控制點擬合成B樣條函數(shù)曲線，得到直升機的最優(yōu)牽引路徑。

進一步地，所述B樣條函數(shù)曲線為均勻三次B樣條曲線。

進一步地，所述約束條件包括：盡可能多地通過事先預(yù)定好的最優(yōu)路徑關(guān)鍵點并期望每段曲線的初始位置能落在最優(yōu)路徑關(guān)鍵點上；直升機的起點和終點方位角對曲線首尾切線的約束；滿足最優(yōu)路徑最小轉(zhuǎn)彎半徑對路徑曲線的曲率約束。

進一步地，根據(jù)所述系留裝置的最優(yōu)路徑，通過人工勢場求解虛擬引導(dǎo)力，包括：

基于所述系留裝置的最優(yōu)路徑，構(gòu)建系留裝置運動的人工勢能場，所述系留裝置的最優(yōu)路徑代表低勢能區(qū)，船上建筑環(huán)境代表高勢能區(qū)；所述低勢能區(qū)產(chǎn)生虛擬引力，所述高勢能區(qū)產(chǎn)生虛擬斥力；

對所述虛擬引力和所述虛擬斥力進行加權(quán)處理，得到所述系留裝置的虛擬引導(dǎo)力。

進一步地，基于所述系留裝置的最優(yōu)路徑，構(gòu)建系留裝置運動的人工勢能場，包括：

基于隨著系留裝置距離目標位置的距離越遠而單調(diào)遞增的原則構(gòu)建引力場V_att：