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煤矿井下多旋翼飞行器避障控制方法研究
被引量：
3
1
作者
郭爱军
王妙云
+4 位作者
马宏伟
张旭辉
薛旭升
杜昱阳
张超
《工矿自动化》
北大核心
2022年第12期93-100,共8页
多旋翼飞行器以其机械结构简单、可悬停和多方向飞行的优点,在煤矿井下生产巡检方面具有良好的应用前景。但多旋翼飞行器移动速度较快,飞行时易受外界各种因素的影响,难以建立精确的数学模型,使得飞行控制算法的设计较为复杂,现有基于...
多旋翼飞行器以其机械结构简单、可悬停和多方向飞行的优点,在煤矿井下生产巡检方面具有良好的应用前景。但多旋翼飞行器移动速度较快,飞行时易受外界各种因素的影响,难以建立精确的数学模型,使得飞行控制算法的设计较为复杂,现有基于激光雷达的同步定位与地图构建方法难以满足多旋翼飞行器快速飞行的实时性要求。针对上述问题,研究了一种利用虚拟远程操控技术对煤矿井下多旋翼飞行器进行避障的控制方法。构建了煤矿井下巷道多旋翼飞行器虚拟远程操控系统,根据煤矿巷道初始信息在虚拟远程操控系统中建立虚拟巷道模型及全局导航地图,获得飞行器移动过程中已知的静态障碍物信息,建立已知的静态环境模型,减少多旋翼飞行器运动过程中对环境感知建模的任务量,提高虚拟远程操控的运行效率。在巡检过程中,多旋翼飞行器通过自身携带的传感设备检测移动方向的动态障碍物信息,虚拟远程操控系统将动态障碍物信息实时重建于初始虚拟巷道模型中,对虚拟环境状态进行实时更新,为飞行器局部避障控制提供可靠的环境依据;虚拟远程操控系统通过读取障碍物与飞行器的位置数据和移动速度信息,采用复合虚拟势场(CVFF)避障控制算法进行避障路径规划,如果检测到前方障碍物对飞行器移动产生较大威胁,远程操控人员可根据规划的避障路径对飞行器进行远程干预,实现了自主避障飞行和人为远程干预控制。为提高飞行器对动态障碍物的感知效率和精度,在虚拟势场(VFF)算法的基础上引入飞行器与障碍物、目标点之间的相对速度影响,提出了一种CVFF避障控制算法。从静态和动态障碍物避障路径2个方面对CVFF避障控制算法进行仿真验证,结果表明:静态情况下,相比VFF算法,CVFF避障控制算法在减少了迭代次数的同时,也缩短了飞行器的轨迹长度;动态情况下,飞行器成功避开了提前设定的2个动态障碍物,顺利到达设定目标点,验证了采用CVFF算法的煤矿井下多旋翼飞行器避障控制方法的有效性。
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关键词
煤矿安全巡检
多旋翼飞行器
自主避障
复合虚拟势场避障控制算法
虚拟远程操控
静态障碍物
动态障碍物
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职称材料
空间遥操作动态避障型虚拟夹具技术研究
被引量：
2
2
作者
刘正雄
黄攀峰
+1 位作者
潘吉祥
鹿振宇
《西北工业大学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2016年第2期227-234,共8页
针对空间遥操作中对操作效率的要求,首先提出一种新型的基于虚拟夹具力约束控制方法,较传统交互方法提高了操作效率;在此基础上,针对复杂空间环境和一些非结构化环境因素导致的空间遥操作安全性问题,提出一种基于人工势场的虚拟夹具动...
针对空间遥操作中对操作效率的要求,首先提出一种新型的基于虚拟夹具力约束控制方法,较传统交互方法提高了操作效率;在此基础上,针对复杂空间环境和一些非结构化环境因素导致的空间遥操作安全性问题,提出一种基于人工势场的虚拟夹具动态避障方法。该方法通过实时测量机械臂末端与障碍物间的距离计算势场作用力的大小,并将障碍物简化为质点和六面体模型,在障碍物进入势场作用范围时,根据变化的势场力的大小为操作人员提供额外的力觉反馈,辅助操作人员控制机械臂末端在未知环境中动态避障。通过CHAI3D搭建的虚拟现实仿真平台验证了该方法在提高操作性能的同时保证操作安全性。
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关键词
人工势场
动态避障
表面诱导人工势场衰减斥力
空间遥操作
虚拟夹具
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职称材料
题名
煤矿井下多旋翼飞行器避障控制方法研究
被引量：
3
1
作者
郭爱军
王妙云
马宏伟
张旭辉
薛旭升
杜昱阳
张超
机构
神华神东煤炭集团技术研究院
西安科技大学机械工程学院
中煤科工集团信息技术有限公司
陕西省矿山机电装备智能检测与控制重点实验室
出处
《工矿自动化》
北大核心
2022年第12期93-100,共8页
基金
国家自然科学基金项目(50674075,51974228)
陕西省重点研发计划项目(2018ZDCXL-GY-06-04)
+1 种基金
陕西省科技创新团队项目(2018TD-032)
陕西省自然科学基础研究计划项目(2019JQ-802)。
文摘
多旋翼飞行器以其机械结构简单、可悬停和多方向飞行的优点,在煤矿井下生产巡检方面具有良好的应用前景。但多旋翼飞行器移动速度较快,飞行时易受外界各种因素的影响,难以建立精确的数学模型,使得飞行控制算法的设计较为复杂,现有基于激光雷达的同步定位与地图构建方法难以满足多旋翼飞行器快速飞行的实时性要求。针对上述问题,研究了一种利用虚拟远程操控技术对煤矿井下多旋翼飞行器进行避障的控制方法。构建了煤矿井下巷道多旋翼飞行器虚拟远程操控系统,根据煤矿巷道初始信息在虚拟远程操控系统中建立虚拟巷道模型及全局导航地图,获得飞行器移动过程中已知的静态障碍物信息,建立已知的静态环境模型,减少多旋翼飞行器运动过程中对环境感知建模的任务量,提高虚拟远程操控的运行效率。在巡检过程中,多旋翼飞行器通过自身携带的传感设备检测移动方向的动态障碍物信息,虚拟远程操控系统将动态障碍物信息实时重建于初始虚拟巷道模型中,对虚拟环境状态进行实时更新,为飞行器局部避障控制提供可靠的环境依据;虚拟远程操控系统通过读取障碍物与飞行器的位置数据和移动速度信息,采用复合虚拟势场(CVFF)避障控制算法进行避障路径规划,如果检测到前方障碍物对飞行器移动产生较大威胁,远程操控人员可根据规划的避障路径对飞行器进行远程干预,实现了自主避障飞行和人为远程干预控制。为提高飞行器对动态障碍物的感知效率和精度,在虚拟势场(VFF)算法的基础上引入飞行器与障碍物、目标点之间的相对速度影响,提出了一种CVFF避障控制算法。从静态和动态障碍物避障路径2个方面对CVFF避障控制算法进行仿真验证,结果表明:静态情况下,相比VFF算法,CVFF避障控制算法在减少了迭代次数的同时,也缩短了飞行器的轨迹长度;动态情况下,飞行器成功避开了提前设定的2个动态障碍物,顺利到达设定目标点,验证了采用CVFF算法的煤矿井下多旋翼飞行器避障控制方法的有效性。
关键词
煤矿安全巡检
多旋翼飞行器
自主避障
复合虚拟势场避障控制算法
虚拟远程操控
静态障碍物
动态障碍物
Keywords
coal mine safety inspection
multi-rotor aircraft
autonomous
obstacle
avoidance
compound virtual force field obstacle avoidance control algorithm
virtual
remote
control
static
obstacle
s
dynamic
obstacle
s
分类号
TD67 [矿业工程—矿山机电]
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职称材料
题名
空间遥操作动态避障型虚拟夹具技术研究
被引量：
2
2
作者
刘正雄
黄攀峰
潘吉祥
鹿振宇
机构
西北工业大学航天学院
西北工业大学航天飞行动力学技术重点实验室
出处
《西北工业大学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2016年第2期227-234,共8页
基金
国家自然科学基金(11272256)
中央高校基本科研业务费(3102015BJ006)资助
文摘
针对空间遥操作中对操作效率的要求,首先提出一种新型的基于虚拟夹具力约束控制方法,较传统交互方法提高了操作效率;在此基础上,针对复杂空间环境和一些非结构化环境因素导致的空间遥操作安全性问题,提出一种基于人工势场的虚拟夹具动态避障方法。该方法通过实时测量机械臂末端与障碍物间的距离计算势场作用力的大小,并将障碍物简化为质点和六面体模型,在障碍物进入势场作用范围时,根据变化的势场力的大小为操作人员提供额外的力觉反馈,辅助操作人员控制机械臂末端在未知环境中动态避障。通过CHAI3D搭建的虚拟现实仿真平台验证了该方法在提高操作性能的同时保证操作安全性。
关键词
人工势场
动态避障
表面诱导人工势场衰减斥力
空间遥操作
虚拟夹具
Keywords
calculations
collision
avoidance
computes simulation
computer software
control
design of experiments
efficiency
feedback
functions
mathematical models
mean square error
real time
control
remote
control
safety engineering
sensors
trajectories
vectors
velocity
artificial potential
field
dynamic
obstacle
avoidance
FIRAS（
force
Inducing an Artificial Repulsion from the Surface）
space teleoperation
virtual
fixture
分类号
V448.2 [航空宇航科学与技术—飞行器设计]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
煤矿井下多旋翼飞行器避障控制方法研究
郭爱军
王妙云
马宏伟
张旭辉
薛旭升
杜昱阳
张超
《工矿自动化》
北大核心
2022
3
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
空间遥操作动态避障型虚拟夹具技术研究
刘正雄
黄攀峰
潘吉祥
鹿振宇
《西北工业大学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2016
2
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职称材料
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