[發(fā)明專利]適用于海上作業(yè)直升機的全自動牽引校正入庫系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2022-11-27
• 公開（公告）號: CN116039941B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發(fā)明（設計）人: 王立新;趙丁選;張祝新;劉謙
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: B64F1/22
• 分類號: B64F1/22;B64F1/12
• 代理公司: 北京孚睿灣知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11474
• 代理人: 王冬杰

1.一種適用于海上作業(yè)直升機的全自動牽引校正入庫系統(tǒng)的方法，其特征在于：所述全自動牽引校正入庫系統(tǒng)包括用于橫向校正直升機運動的快速系留裝置、用于采集直升機轉向輪姿態(tài)的廣角相機、用于縱向牽引直升機運動的縱向牽引裝置、控制系統(tǒng)和直升機及直升機系留桿，所述全自動牽引校正入庫系統(tǒng)具有如下特征：

所述快速系留裝置上安裝有機械爪，所述機械爪與安裝在直升機腹部的直升機系留桿為圓柱副連接，在快速系留裝置橫向校正直升機運動的過程中，機械爪始終垂直于牽引軌道跟隨直升機運動；

所述廣角相機安裝于快速系留裝置的后壁中央位置，并跟隨快速系留裝置運動，在快速系留裝置與縱向牽引裝置牽引直升機運動的過程中，廣角相機能夠始終實時拍攝直升機轉向輪的姿態(tài)；

所述縱向牽引裝置牽引直升機運動過程中，快速系留裝置始終沿牽引軌道跟隨直升機運動，所述縱向牽引裝置包括記錄快速系留裝置在軌道上位置的編碼器，所述牽引軌道分為五段，包括牽引軌道第一段、牽引軌道第二段、牽引軌道第三段、牽引軌道第四段和牽引軌道第五段；

所述控制系統(tǒng)包括DSP控制單元和MCU控制單元兩部分，所述DSP控制單元用于處理直升機轉向輪姿態(tài)圖像、建立直升機坐標系和甲板坐標系、計算機輪位置坐標、進行牽引提示線邊界判斷、存儲并提取直升機運動路徑，所述MCU控制單元用于生成橫向和縱向位置控制指令；

所述直升機包括三個機輪，分別為轉向輪、第一機輪、第二機輪，所述轉向輪安裝在直升機尾部，為具有較大偏心距的萬向輪；

所述一種適用于海上作業(yè)直升機全自動牽引校正入庫方法包括以下步驟：

S1、采集直升機轉向輪姿態(tài)圖像：直升機轉運系統(tǒng)進入自動控制模式，通過廣角相機采集當前直升機轉向輪姿態(tài)圖像；

S2、計算直升機偏航角和轉向輪偏轉角：DSP控制單元對采集到的直升機轉向輪姿態(tài)圖像進行處理，提取特征信息，計算得到直升機偏航角和直升機轉向輪偏轉角；所述特征信息包括直升機轉向輪輪圓、輪胎和轉軸的輪廓像素矩陣，通過輪廓像素矩陣特征直接獲得直升機轉向輪偏轉角；

S3、計算直升機轉向輪、第一機輪和第二機輪在甲板坐標系中的位置坐標：建立直升機坐標系和甲板坐標系，通過坐標變換關系和直升機偏航角計算直升機轉向輪、第一機輪和第二機輪在甲板坐標系中的位置坐標；

S31、建立直升機坐標系，并根據(jù)直升機尺寸參數(shù)和直升機偏航角，計算直升機轉向輪、第一機輪和第二機輪在直升機坐標系中的位置坐標；所述直升機坐標系以直升機系留桿為原點，以直升機偏航角為0°時，直升機的中心軸線為y₀軸，指向艦艏方向為y₀軸正方向，以垂直于y₀軸射線為x₀軸，指向船體右舷方向為x₀軸正方向；

S32、建立甲板坐標系，所述甲板坐標系以船舶甲板牽引軌道起點為坐標原點，以牽引軌道起始部分的中心軸線為y軸，指向艦艏方向為y軸正方向，以垂直于y軸射線為x軸，指向船體右舷為x軸正方向，并在甲板坐標系下建立牽引軌道的數(shù)學方程和牽引指示線的軌跡方程；

S33、直升機轉向輪、第一機輪和第二機輪在甲板坐標系中的位置坐標通過直升機坐標系到甲板坐標系的坐標變換關系計算獲取；

S4、對直升機轉向輪、第一機輪和第二機輪與牽引指示線進行邊界判斷：對直升機轉向輪、第一機輪和第二機輪在甲板坐標系中的位置坐標與牽引軌道數(shù)學方程、牽引指示線軌跡方程進行位置邊界判斷；根據(jù)點到線的距離計算獲得直升機轉向輪、第一機輪和第二機輪的位置坐標與相應牽引指示線軌跡方程的對應關系，所述對應關系包括在牽引指示線之內、之上和之外三種情況；

S5、提取適合直升機的最優(yōu)運動路徑：根據(jù)直升機轉向輪、第一機輪和第二機輪邊界判斷結果和直升機轉向輪偏轉角，從知識庫中提取適合當前姿態(tài)直升機的最優(yōu)運動路徑；所述知識庫由大量手動操作實踐組成，并通過C語言編制成DSP控制單元的執(zhí)行語句；

S6、根據(jù)所提取到的適合直升機的最優(yōu)運動路徑，計算橫向和縱向運動位置控制指令，驅動直升機運動：選取一個控制周期內的最優(yōu)運動路徑后，MCU控制單元向快速系留裝置液壓驅動系統(tǒng)發(fā)送橫向校正位置控制指令，向縱向牽引裝置液壓驅動系統(tǒng)發(fā)送縱向牽引位置控制指令，由快速系留裝置和縱向牽引裝置驅動直升機運動；

S7、重復執(zhí)行步驟S1至步驟S6，直至直升機自動牽引校正入庫完成：在直升機實際運動過程中，根據(jù)上一個控制周期的直升機最新姿態(tài)對最優(yōu)運動路徑進行補償與調整，保證直升機按照提取的最優(yōu)運動路徑向機庫方向運動。