1.一种海上作业直升机快速回收的力觉引导遥操纵控制方法,其特征在于,所述方法包括:
根据实时反馈的直升机位置和船上降落区域信息规划出直升机的最优牵引路径,进而经过运动学解算得出系留装置的最优路径;
根据所述系留装置的最优路径,通过人工势场求解虚拟引导力;
将所述虚拟引导力同操作人员的操纵力共享融合,共同作为系留装置手控器的输入信号,通过力‑位置混合控制实现系留装置手控器对操作人员行为的力觉引导。
2.根据权利要求1所述的海上作业直升机快速回收的力觉引导遥操纵控制方法,其特征在于,根据船上降落区域信息规划出直升机的最优牵引路径,包括:利用船上降落区域信息获得直升机牵引的起点、终点以及中间关键点;
以所述直升机牵引的起点、终点以及中间关键点作为B样条函数曲线的型值点,利用所述型值点反求控制点,加入约束条件对所求的控制点进行优化处理,采用逐步二次规划的方法求解最优控制点,将所述最优控制点拟合成B样条函数曲线,得到直升机的最优牵引路径。
3.根据权利要求2所述的海上作业直升机快速回收的力觉引导遥操纵控制方法,其特征在于,所述B样条函数曲线为均匀三次B样条曲线。
4.根据权利要求2所述的海上作业直升机快速回收的力觉引导遥操纵控制方法,其特征在于,所述约束条件包括:尽可能多地通过事先预定好的最优路径关键点并期望每段曲线的初始位置能落在最优路径关键点上;直升机的起点和终点方位角对曲线首尾切线的约束;满足最优路径最小转弯半径对路径曲线的曲率约束。
5.根据权利要求1所述的海上作业直升机快速回收的力觉引导遥操纵控制方法,其特征在于,根据所述系留装置的最优路径,通过人工势场求解虚拟引导力,包括:基于所述系留装置的最优路径,构建系留装置运动的人工势能场,所述系留装置的最优路径代表低势能区,船上建筑环境代表高势能区;所述低势能区产生虚拟引力,所述高势能区产生虚拟斥力;
对所述虚拟引力和所述虚拟斥力进行加权处理,得到所述系留装置的虚拟引导力。
6.根据权利要求5所述的海上作业直升机快速回收的力觉引导遥操纵控制方法,其特征在于,基于所述系留装置的最优路径,构建系留装置运动的人工势能场,包括:基于随着系留装置距离目标位置的距离越远而单调递增的原则构建引力场Vatt:其中,d(r)=||r0‑r||为系留装置当前位姿r与期望位姿r0的距离,ζ表示的是引力势场的增益比例系数;
基于随着系留装置距离障碍物距离的增大而减小的原则构建斥力场Vrep:其中,ρ(r)为系留装置沿其速度方向与障碍物边界的最短距离;η为斥力势场中的增益比例系数,ρ0为障碍物的作用距离,超过这个距离将不作为障碍物处理;
依据系留装置的当前位置ξc,构建沿着期望路径的“吸引子”位置ξd:ξd=ξ(sp+Δs);
其中,sp=argmins||ξc‑ξ(s)||,表示的是路径点ξ(sp)为系留装置当前位置ξc在期望路径ξ(s)的最邻近投影点,Δs为前瞻量;
基于上述构建的引力场和斥力场,构建“吸引子”位置ξd与系留装置当前位置ξc的虚拟引力Fξ:
其中, 为梯度符号, 为势函数Vξ的梯度向量的转置,λ为虚拟力的比例系数;
根据直升机牵引过程中车身运动速度方向与障碍物的距离,构建系留装置的虚拟斥力Fγ如下:
其中,k是比例因子,ρ为系留装置沿其速度方向与周围环境的距离,ρ0为系留装置与障碍物之间的安全距离,为系留装置运动速度的单位向量。
7.根据权利要求6所述的海上作业直升机快速回收的力觉引导遥操纵控制方法,其特征在于,将所述虚拟引导力同操作人员的操纵力共享融合,共同作为系留装置手控器的输入信号,通过力‑位置混合控制实现系留装置手控器对操作人员行为的力觉引导,包括:将所述虚拟引力Fξ和所述虚拟斥力Fγ进行加权合成,映射至手控器的各个关节,得到手控器的虚拟引导力τa:
τa=αFξ+βFγ;
其中,α、β分别为不同引力、斥力的影响因数;
手控器在虚拟引导力τa、操作人员的操纵力Fh共同作用下,产生期望运动趋势ξD;将手控器的关节运动简化为质量‑阻尼系统,基于所述运动趋势设计手控器的位置预测控制器:其中,M、B分别为手控器的惯量矩阵和阻尼矩阵,Ka、Kh分别为手控器自主控制和操作者手动控制的权值系数,Jξ为手控器的雅克比矩阵;
按下式设计手控器的控制量um,使其跟踪位置预测器输出运动趋势信号;
其中,Km、Bm分别为位置预测控制器的比例增益和微分增益,ξD为期望运动趋势,ξC为当前运动趋势。