适用于海上作业直升机的全自动牵引校正入库系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于海上作业直升机的全自动牵引校正入库系统，其包括：快速系留装置及安装于其后壁的广角相机、纵向牵引装置、DSP控制单元、MCU控制单元、直升机及其系留杆，并基于此提供一种校正方法，其包括：采集直升机转向轮姿态图像，计算直升机偏航角和转向轮偏转角，计算直升机转向轮、第一机轮和第二机轮在甲板坐标系中的位置坐标并与牵引指示线进行边界判断，提取适合直升机运动的最优路径，计算横向和纵向运动位置控制指令，驱动直升机运动，重复执行前述操作直至自动牵引校正入库完成。本发明专利技术所提方法全程无需人为干预，降低了操作难度，提升了转运效率，保障了舰面辅助人员及设备的安全，在船舶、军工等领域具有重要的实用价值。有重要的实用价值。有重要的实用价值。

【技术实现步骤摘要】
适用于海上作业直升机的全自动牵引校正入库系统及方法


[0001]本专利技术属于海上作业直升机安全综合保障
，特别是一种适用于海上作业直升机的全自动牵引校正入库系统及方法。

技术介绍

[0002]海上作业直升机常在恶劣海况下执行作业任务，直升机回收和放飞技术为直升机起降安全提供了保障。如何在直升机完成任务后安全、快速地转运至机库内，对进一步提高直升机出勤率和安全性具有重要意义。目前，常用的直升机安全保障系统包括鱼叉
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格栅装置、E系统、RAST系统、ASIST系统以及中国船舶工业系统工程研究院提出的一种海上作业直升机的安全快速回收和放飞系统，上述系统都无法完全实现自动牵引校正入库，多采用人工或牵引车导向的人工牵引方式，实施过程中需要多名舰面人员配合操作，且受到操作人员水平和经验的影响，无法可靠保证直升机可以快速、高效、安全地由降落点牵引至机库。为解决这一问题，需要发展一种适用于海上作业直升机的全自动牵引校正入库系统及方法，以有效提升海上作业直升机转运过程中的作业效率、保障舰面辅助人员及设备的安全。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对上述现有直升机牵引校正技术的局限性，提出一种适用于海上作业直升机的全自动牵引校正入库系统及方法，该方法尤其适用于操作难度更高的弯轨道直升机转运系统，可有效解决人工牵引操作难度高、安全性差的问题，可提升直升机转运作业效率，充分保障舰面辅助人员及设备的安全，在船舶、军工等领域具有重要的实用价值。
[0004]本专利技术所采用的是一种全新的技术方案，包括系统和实施步骤两部分，具体方案如下：
[0005]一种适用于海上作业直升机全自动牵引校正入库系统包括：用于横向校正直升机运动的快速系留装置、用于采集直升机转向轮姿态图像且安装于快速系留装置后壁的广角相机、用于纵向牵引直升机运动的纵向牵引装置、由DSP控制单元和MCU控制单元组成控制系统、直升机及直升机系留杆。
[0006]一种适用于海上作业直升机全自动牵引校正入库方法实施步骤包括：由广角相机采集直升机转向轮姿态图，计算直升机偏航角和直升机转向轮偏转角，计算直升机转向轮、第一机轮和第二机轮在甲板坐标系中的位置坐标，对直升机转向轮、第一机轮和第二机轮坐标与牵引指示线进行边界判断，提取适合直升机运动的最优运动路径，计算横向和纵向运动位置控制指令，由快速系留装置驱动直升机横向运动，牵引动力装置驱动直升机纵向运动，重复执行前述操作直至直升机自动牵引校正入库完成。本专利技术所提方法全程无需人为干预，具有安全性高、智能化的优点。
[0007]所述一种适用于海上作业直升机全自动牵引校正入库系统具有如下特征：
[0008]所述快速系留装置上安装有机械爪，所述机械爪与安装在直升机腹部的直升机系留杆为圆柱副连接，在快速系留装置横向校正直升机运动的过程中，机械爪始终垂直于牵
引轨道跟随直升机运动；
[0009]所述广角相机安装于快速系留装置的后壁中央位置，并跟随快速系留装置运动，在快速系留装置与纵向牵引装置牵引直升机运动的过程中，广角相机能够始终实时拍摄直升机转向轮的姿态；
[0010]所述纵向牵引装置牵引直升机运动过程中，快速系留装置始终沿牵引轨道跟随直升机运动，所述纵向牵引装置包括记录快速系留装置在轨道上位置的编码器，所述牵引轨道分为五段，包括牵引轨道第一段、牵引轨道第二段、牵引轨道第三段、牵引轨道第四段和牵引轨道第五段；
[0011]所述控制系统包括DSP控制单元和MCU控制单元两部分，所述DSP控制单元用于处理直升机转向轮姿态图像、建立直升机坐标系和甲板坐标系、计算机轮位置坐标、进行牵引提示线边界判断、存储并提取直升机运动路径，所述MCU控制单元用于生成横向和纵向位置控制指令；
[0012]所述直升机包括三个机轮，分别为转向轮、第一机轮、第二机轮，所述转向轮安装在直升机尾部，为具有较大偏心距的万向轮；
[0013]所述一种适用于海上作业直升机全自动牵引校正入库方法包括以下步骤：
[0014]S1、采集直升机转向轮姿态图像：直升机转运系统进入自动控制模式，通过广角相机采集当前直升机转向轮姿态图像；
[0015]S2、计算直升机偏航角和转向轮偏转角：DSP控制单元对采集到的直升机转向轮姿态图像进行处理，提取特征信息，计算得到直升机偏航角和直升机转向轮偏转角；所述特征信息包括直升机转向轮轮圆、轮胎和转轴的轮廓像素矩阵，通过轮廓像素矩阵特征直接获得直升机转向轮偏转角；
[0016]S3、计算直升机转向轮、第一机轮和第二机轮在甲板坐标系中的位置坐标：建立直升机坐标系和甲板坐标系，通过坐标变换关系和直升机偏航角计算直升机转向轮、第一机轮和第二机轮在甲板坐标系中的位置坐标；
[0017]S31、建立直升机坐标系，并根据直升机尺寸参数和直升机偏航角，计算直升机转向轮、第一机轮和第二机轮在直升机坐标系中的位置坐标；所述直升机坐标系以直升机系留杆为原点，以直升机偏航角为0
°
时，直升机的中心轴线为y0轴，指向舰艏方向为y0轴正方向，以垂直于y0轴射线为x0轴，指向船体右舷方向为x0轴正方向；
[0018]S32、建立甲板坐标系，所述甲板坐标系以船舶甲板牵引轨道起点为坐标原点，以牵引轨道起始部分的中心轴线为y轴，指向舰艏方向为y轴正方向，以垂直于y轴射线为x轴，指向船体右舷为x轴正方向，并在甲板坐标系下建立牵引轨道的数学方程和牵引指示线的轨迹方程；
[0019]S33、直升机转向轮、第一机轮和第二机轮在甲板坐标系中的位置坐标通过直升机坐标系到甲板坐标系的坐标变换关系计算获取；
[0020]S4、对直升机转向轮、第一机轮和第二机轮与牵引指示线进行边界判断：对直升机转向轮、第一机轮和第二机轮在甲板坐标系中的位置坐标与牵引轨道数学方程、牵引指示线轨迹方程进行位置边界判断；根据点到线的距离计算获得直升机转向轮、第一机轮和第二机轮的位置坐标与相应牵引指示线轨迹方程的对应关系，所述对应关系包括在牵引指示线之内、之上和之外三种情况；
[0021]S5、提取适合直升机的最优运动路径：根据直升机转向轮、第一机轮和第二机轮边界判断结果和直升机转向轮偏转角，从知识库中提取适合当前姿态直升机的最优运动路径；所述知识库由大量手动操作实践组成，并通过C语言编制成DSP控制单元的执行语句；
[0022]S6、根据所提取到的适合直升机的最优运动路径，计算横向和纵向运动位置控制指令，驱动直升机运动：选取一个控制周期内的最优运动路径后，MCU控制单元向快速系留装置液压驱动系统发送横向校正位置控制指令，向纵向牵引装置液压驱动系统发送纵向牵引位置控制指令，由快速系留装置和纵向牵引装置驱动直升机运动；
[0023]S7、重复执行步骤S1至步骤S6，直至直升机自动牵引校正入库完成：在直升机实际运动过程中，根据上一个控制周期的直升机最新姿态对最优运动路径进行补偿与调整，保证直升机按照提取的最优运动路径向机库方向运动。
[0024]进一步，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于海上作业直升机的全自动牵引校正入库系统的方法，其特征在于：所述全自动牵引校正入库系统包括用于横向校正直升机运动的快速系留装置、用于采集直升机转向轮姿态的广角相机、用于纵向牵引直升机运动的纵向牵引装置、控制系统和直升机及直升机系留杆，所述全自动牵引校正入库系统具有如下特征：所述快速系留装置上安装有机械爪，所述机械爪与安装在直升机腹部的直升机系留杆为圆柱副连接，在快速系留装置横向校正直升机运动的过程中，机械爪始终垂直于牵引轨道跟随直升机运动；所述广角相机安装于快速系留装置的后壁中央位置，并跟随快速系留装置运动，在快速系留装置与纵向牵引装置牵引直升机运动的过程中，广角相机能够始终实时拍摄直升机转向轮的姿态；所述纵向牵引装置牵引直升机运动过程中，快速系留装置始终沿牵引轨道跟随直升机运动，所述纵向牵引装置包括记录快速系留装置在轨道上位置的编码器，所述牵引轨道分为五段，包括牵引轨道第一段、牵引轨道第二段、牵引轨道第三段、牵引轨道第四段和牵引轨道第五段；所述控制系统包括DSP控制单元和MCU控制单元两部分，所述DSP控制单元用于处理直升机转向轮姿态图像、建立直升机坐标系和甲板坐标系、计算机轮位置坐标、进行牵引提示线边界判断、存储并提取直升机运动路径，所述MCU控制单元用于生成横向和纵向位置控制指令；所述直升机包括三个机轮，分别为转向轮、第一机轮、第二机轮，所述转向轮安装在直升机尾部，为具有较大偏心距的万向轮；所述一种适用于海上作业直升机全自动牵引校正入库方法包括以下步骤：S1、采集直升机转向轮姿态图像：直升机转运系统进入自动控制模式，通过广角相机采集当前直升机转向轮姿态图像；S2、计算直升机偏航角和转向轮偏转角：DSP控制单元对采集到的直升机转向轮姿态图像进行处理，提取特征信息，计算得到直升机偏航角和直升机转向轮偏转角；所述特征信息包括直升机转向轮轮圆、轮胎和转轴的轮廓像素矩阵，通过轮廓像素矩阵特征直接获得直升机转向轮偏转角；S3、计算直升机转向轮、第一机轮和第二机轮在甲板坐标系中的位置坐标：建立直升机坐标系和甲板坐标系，通过坐标变换关系和直升机偏航角计算直升机转向轮、第一机轮和第二机轮在甲板坐标系中的位置坐标；S31、建立直升机坐标系，并根据直升机尺寸参数和直升机偏航角，计算直升机转向轮、第一机轮和第二机轮在直升机坐标系中的位置坐标；所述直升机坐标系以直升机系留杆为原点，以直升机偏航角为0
°
时，直升机的中心轴线为y0轴，指向舰艏方向为y0轴正方向，以垂直于y0轴射线为x0轴，指向船体右舷方向为x0轴正方向；S32、建立甲板坐标系，所述甲板坐标系以船舶甲板牵引轨道起点为坐标原点，以牵引轨道起始部分的中心轴线为y轴，指向舰艏方向为y轴正方向，以垂直于y轴射线为x轴，指向船体右舷为x轴正方向，并在甲板坐标系下建立牵引轨道的数学方程和牵引指示线的轨迹方程；S33、直升机转向轮、第一机轮和第二机轮在甲板坐标系中的位置坐标通过直升机坐标
系到甲板坐标系的坐标变换关系计算获取；S4、对直升机转向轮、第一机轮和第二机轮与牵引指示线进行边界判断：对直升机转向轮、第一机轮和第二机轮在甲板坐标系中的位置坐标与牵引轨道数学方程、牵引指示线轨迹方程进行位置边界判断；根据点到线的距离计算获得直升机转向轮、第一机轮和第二机轮的位置坐标与相应牵引指示线轨迹方程的对应关系，所述对应关系包括在牵引指示线之内、之上和之外三种情况；S5、提取适合直升机的最优运动路径：根据直升机转向轮、第一机轮和第二机轮边界判断结果和直升机转向轮偏转角，从知识库中提取适合当前姿态直升机的最优运动路径；所述知识库由大量手动操作实践组成，并通过C语言编制成DSP控制单元的执行语句；S6、根据所提取到的适合直升机的最优运动路径，计算横向和纵向运动位置控制指令，驱动直升机运动：选取一个控制周期内的最优运动路径后，MCU控制单元向快速系留装置液压驱动系统发送横向校正位置控制指令，向纵向牵引装置液压驱动系统发送纵向牵引位置控制指令，由快速系留装置和纵向牵引装置驱动直升机运动；S7、重复执行步骤S1至步骤S6，直至直升机自动牵引校正入库完成：在直升机实际运动过程中，根据上一个控制周期的直升机最新姿态对最优运动路径进行补偿与调整，保证直升机按照提取的最优运动路径向机...

【专利技术属性】
技术研发人员：王立新，赵丁选，张祝新，刘谦，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：