[发明专利]视触觉融合的空中机器人遥操作系统及跟随辅助控制方法

权利要求书

1.一种视触觉融合的空中机器人遥操作系统，其特征在于，包括：

主端，包括操纵杆信号采集模块、触觉反馈模块、视觉反馈模块和信号处理模块，其中信号处理模块分别与操纵杆信号采集模块、触觉反馈模块、视觉反馈模块连接；

控制策略模块；

网络通讯模块；

从端，包括领导者和跟随者，领导者设有定位模块，跟随者为空中机器人；空中机器人包括运动控制模块、定位建图模块、运动规划模块及视觉采集模块；定位模块分别与网络通讯模块、运动规划模块连接；

其中，操纵杆信号采集模块采集来自移动触觉反馈设备操纵杆转轴的旋转量和对应的时刻信息，并输出触觉反馈设备信号到信号处理模块；

触觉反馈模块接收信号处理模块计算的期望的触觉反馈设备操纵杆位移量信号，控制触觉反馈设备操纵杆渲染对应的触感，以辅助控制触觉设备操作杆移动；

信号处理模块接收操纵杆信号采集模块的信息并处理成空中机器人速度控制指令；接收控制策略模块计算的跟随辅助控制速度信号，并处理成期望的触觉反馈设备操纵杆位移量信号给触觉反馈模块；接收经由网络通讯模块传输的从端空中机器人的视觉采集模块所采集的第一视角图像信号，并传输给视觉反馈模块；

视觉反馈模块将信号处理模块传输的空中机器人的第一视角图像信号显示输出；

定位模块采集与计算得出领导者和跟随者的三维位置坐标与对应的时刻信息；

运动控制模块接收来自定位建图模块的定位信息和来自控制策略模块计算的最终的从端空中机器人速度控制指令，以控制空中机器人的运动；

定位建图模块获取从端空中机器人的点云地图信息和定位信息并输出给运动规划模块，并将定位信息经由网络通讯模块传输给控制策略模块；

运动规划模块接收从端空中机器人定位建图模块的点云地图信息和定位信息，接收领导者的定位信息作为跟随目标；结合从端空中机器人的动力学模型，处理得出满足动力学和避障的运动轨迹，并将轨迹信息经由网络通讯模块传输给控制策略模块；

视觉采集模块，从视觉传感器实时获取第一视角图像信号并经由网络通讯模块传输给信号处理模块；

控制策略模块接收来自信号处理模块的从端空中机器人速度控制指令、从端空中机器人的定位信息、期望的轨迹信息，计算输出最终的从端空中机器人速度控制指令给运动控制模块，输出跟随辅助控制速度信号给信号处理模块。

2.根据权利要求1所述的视触觉融合的空中机器人遥操作系统，其特征在于，定位模块为UWB定位标签或运动捕捉系统标签。

3.根据权利要求1所述的视触觉融合的空中机器人遥操作系统，其特征在于，空中机器人还包括与运动控制模块连接的特殊任务模块，特殊任务模块为装配在空中机器人上的传感器和/或执行器。

4.根据权利要求1所述的视触觉融合的空中机器人遥操作系统，其特征在于，定位建图模块通过同时定位与地图构建算法计算获得三维点云地图信息、机器人三维定位坐标信息及机器人四元数姿态信息。

5.一种跟随辅助控制方法，基于权利要求1-4中任一项所述视触觉融合的空中机器人遥操作系统；其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

信号处理模块将触觉反馈设备操纵杆末端点的空间位移量、末端旋转轴的旋转量匹配为从端空中机器人期望的空间移动速度指令和其偏转角速度指令；

根据从端空中机器人跟随的引导辅助力和空中机器人编队集群间避碰的排斥辅助力，计算得到触觉反馈设备上的辅助合力。

6.根据权利要求5所述的跟随辅助控制方法，其特征在于，空间移动速度指令和其偏转角速度指令的匹配公式为：

其中，从端空中机器人期望的空间移动速度指令和其偏转角速度指令代表从端空中机器人的线速度指令，ω_z，com代表偏转角速度指令，P_HD代表触觉反馈设备操纵杆末端位置的位移，Ψ_HD代表触觉反馈设备操纵杆末端旋转轴的旋转量，系数α为位移-速度匹配参数。