Sistema de teleoperación de vehículos posibilitada con háptica.

Un sistema (100) para la teleoperación de un vehículo (110), que comprende:

un componente de control configurado para proporcionar control de posición y de orientación con retroacción háptica de fuerzas del vehículo sobre la base de una medición de la posición y de las fuerzas de inercia del vehículo y que está configurado para funcionar en un modo de retroacción en bucle cerrado, en donde las diferencias en al menos una de entre la posición y la velocidad entre el vehículo y un objeto Proxy simulado (112) proporcionan una o más solicitudes de control al vehículo, y en donde las diferencias en al menos una de entre la posición y la velocidad del objeto proxy simulado y un dispositivo de entrada/salida (I/O) háptico (120) se utilizan para el control de retroacción

Sistema de teleoperación de vehículos posibilitada con háptica.

Una variedad de diferentes dispositivos pueden ser operados de forma remota, incluyendo vehículos aéreos, acuáticos y terrestres, robots de fabricación, y otros dispositivos adecuados controlados remotamente. En general, tales dispositivos teleoperables (operables a distancia) requieren un sistema de control que permite a un operador humano o a un controlador de máquina monitorizar los movimientos del vehículo y emitir las señales de control apropiadas para hacer que el dispositivo se mueva según se desee. Claramente, una amplia variedad de dispositivos controlables necesitan sistemas de control para efectuar el movimiento controlable deseado. Sin embargo, los sistemas de teleoperación (operación a distancia) y los métodos de las técnicas anteriores no pueden proporcionar la controlabilidad deseada de tales dispositivos. Aunque los sistemas y los métodos de la técnica anterior han logrado resultados deseados, hay margen de mejora.

Un sistema de teleoperación de la técnica anterior que utiliza dispositivos hápticos se conoce por medio de la publicación: Lam, MT, et al. , "Tele - operación de un UAV utilizando dispositivos hápticos que modelizan el sistema neuromuscular", IEEE 2005.

La presente invención se refiere a sistemas y métodos para la teleoperación de dispositivos posibilitada con háptica, incluyendo vehículos aéreos, acuáticos y terrestres, robots de fabricación, y otros dispositivos adecuados controlados remotamente. Las realizaciones de la invención pueden proporcionar ventajosamente un control mejorado de los dispositivos teleoperables en comparación con los sistemas y métodos de la técnica anterior. Por ejemplo, en algunas circunstancias anteriores, la capacidad de un operador de controlar un dispositivo teleoperable puede disminuir debido a que el operador no experimenta físicamente una reacción a las fuerzas y aceleraciones que el operador experimentaría si estuviera situado a bordo del dispositivo teleoperable. En el caso de una aeronave, un piloto a bordo experimentado a menudo puede realizar un aterrizaje sin utilizar instrumentación basándose en la información visual y por la retroacción de sensaciones (por ejemplo, fuerzas y aceleraciones) producida por los movimientos de la aeronave. La detección física de las fuerzas de aceleración puede ser particularmente importante para un piloto de helicóptero.

En una realización, un sistema de teleoperación de un vehículo comprende un componente de control configurado para proporcionar control de posición y orientación con retroacción háptica de las fuerzas del vehículo sobre la base de una medición de la posición y de las fuerzas de inercia del vehículo y está configurado para funcionar en modo de retroacción en bucle cerrado. El sistema está configurado para controlar simultáneamente una pluralidad de vehículos mediante el control del movimiento de un punto de acoplamiento virtual conectado virtualmente a los vehículos. En una realización particular, la medición de la posición puede incluir datos de posición con seis grados de libertad proporcionados por un sistema de captura de movimiento, al control y/o a los componentes de entrada/salida (I/O) hápticos de la aplicación. El sistema también puede utilizar las diferencias en posición y/o velocidad entre el vehículo y un dispositivo de entrada/salida (I/O) háptico para el control de retroacción.

En el sistema, tal como se define en la reivindicación 1, un ejemplo de vehículo es un avión. En su realización preferida la solicitud de control es una solicitud de comando que es convertida en un comando de vehículo formateado de manera apropiada.

Preferiblemente, la medición de la posición incluye datos de posición con seis grados de libertad proporcionados por un sistema de captura de movimiento en por lo menos uno de entre el componente de control y el componente de entrada/salida (E/S) háptico del sistema.

Preferiblemente el sistema de control incluye un dispositivo de entrada/salida (E/S) háptico configurado para controlar simultáneamente una pluralidad de vehículos. En estas realizaciones preferidas, se facilita una entrada para un dispositivo háptico acoplado virtualmente al dispositivo teleoperable, en donde al menos se facilita una señal de control al dispositivo teleoperable en base a la entrada. En otra realización preferida, un vehículo es capaz de realizar al menos una de entre las acciones de capturar, manipular, levantar, depositar, y pulverizar objetos externos.

En una realización preferida adicional, la retroacción de fuerza es generada por una o más restricciones de un sistema de protección envolvente incorporado en el componente de control, y en el que las una o más restricciones incluyen al menos una de evitación de colisiones, limitaciones de altura, limitaciones de velocidad, y la prevención de salida en vuelo incontrolado.

En una realización preferida adicional, el componente de control está configurado para posibilitar que una pluralidad de operadores utilicen una pluralidad de dispositivos de entrada/salida (I/O) hápticos para el control de una pluralidad de vehículos aéreos no tripulados. En la realización preferida, dicho vehículo no tripulado puede ser una plataforma de grúa volante.

En una realización preferida adicional, el componente de control está configurado para proporcionar el control de la posición y de la orientación utilizando el mapeo entre un dispositivo de entrada de posición/orientación y el vehículo,

y en el que el mapeo está escalado por lo menos en uno entre lineal y no lineal. En esta realización adicional los pares (torques) pueden sentirse a través del mango, dando al usuario retroacciones de los pares (torques) de balanceo, cabeceo y guiñada.

En una realización preferida adicional, el componente de control está configurado para proporcionar el control de la posición y de la orientación utilizando al menos una entrada de control controlada por velocidad. En esta realización preferida, una palanca de control de vuelo en un avión normalmente controla la velocidad.

En un sistema preferido adicional, el vehículo es por lo menos uno de entre un vehículo holonómico, un vehículo casi holonómico, un vehículo aéreo, un vehículo submarino, y un vehículo de entorno de gravedad cero.

Las características, funciones y ventajas que se han mostrado se pueden lograr de modo independiente en diversas realizaciones de la presente invención o se pueden combinar en todavía otras realizaciones, cuyos detalles adicionales se pueden ver con referencia a la descripción y a los dibujos que siguen.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las realizaciones de la presente invención se describen en detalle a continuación con referencia a los dibujos que siguen.

La figura 1 es una vista esquemática de un sistema teleoperado que incluye un dispositivo teleoperable, un dispositivo de entrada/salida (I/O) háptico de retroacción de fuerzas, y una representación del modelo matemático del sistema de acuerdo con una realización de la invención; La figura 2 es una imagen (vista en perspectiva) de un dispositivo háptico del sistema teleoperado de la figura 1; La figura 3 es un sistema teleoperado posibilitado con háptica que incorpora un sistema de seguimiento de captura de movimiento de acuerdo con otra realización de la invención; La figura 4 es una imagen de un dispositivo teleoperable, y un dispositivo háptico, y una vista del entorno virtual de la figura 3 en operación; La figura 5 muestra una pluralidad de dispositivos teleoperables, teniendo cada uno de ellos un campo de proximidad de contacto virtual, de acuerdo con otra realización de la invención; Las figuras 6 y 7 muestran una pluralidad de dispositivos teleoperables controlados por un único agente de acuerdo con otras realizaciones de la invención; La figura 8 es una representación esquemática de un sistema de control de retroacción utilizado en una realización de la invención; y La figura 9 es una vista esquemática de un sistema teleoperado posibilitado con háptica, con múltiples vehículos teleoperados por medio de múltiples interfaces hápticas de acuerdo con otra realización de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA La presente invención se refiere a sistemas y métodos para la teleoperación posibilitada con háptica de dispositivos, incluyendo dispositivos controlables tales como vehículos de vuelo, vehículos acuáticos y terrestres, vehículos y sistemas de fabricación y cualquier... [Seguir leyendo]

1. Un sistema (100) para la teleoperación de un vehículo (110) , que comprende:

un componente de control configurado para proporcionar control de posición y de orientación con retroacción háptica de fuerzas del vehículo sobre la base de una medición de la posición y de las fuerzas de inercia del vehículo y que está configurado para funcionar en un modo de retroacción en bucle cerrado, en donde las diferencias en al menos una de entre la posición y la velocidad entre el vehículo y un objeto Proxy simulado (112) proporcionan una o más solicitudes de control al vehículo, y en donde las diferencias en al menos una 10 de entre la posición y la velocidad del objeto proxy simulado y un dispositivo de entrada/salida (I/O) háptico (120) se utilizan para el control de retroacción 2. El sistema de la reivindicación 1, en el que la medición de la posición incluye los datos de posición con seis grados de libertad proporcionados por un sistema de captura de movimiento (420) a al menos a uno de entre el 15 componente de control y un componente de entrada/salida (I/O) háptico del sistema.

3. El sistema de la reivindicación 1 ó 2, en el que el componente de control incluye un dispositivo de entrada/salida (I/O) háptico configurado para controlar simultáneamente una pluralidad de vehículos.

4. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 ó 3, en el que el vehículo es capaz de realizar al menos una de las acciones de capturar, manipular, levantar, depositar, y pulverizar objetos externos.

5. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que una retroacción de fuerzas adicional es generada por una o más restricciones de un sistema de protección de envolvente integrado en el componente de control, y en el que una o más restricciones incluyen al menos una de entre la evitación de colisiones, las limitaciones de actitud, las restricciones de velocidad, y la prevención de salida en vuelo incontrolado.

6. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el componente de control está configurado para posibilitar una pluralidad de operadores para utilizar una pluralidad de dispositivos de entrada/salida (I/O) hápticos 30 para el control de una pluralidad de vehículos aéreos no tripulados.

7. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el componente de control está configurado para proporcionar el control de posición y orientación utilizando el mapeo entre un dispositivo de entrada de posición/orientación y el vehículo, y en el que el mapeo está escalado al menos uno de entre linealmente y no linealmente.

8. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el componente de control está configurado para proporcionar el control de la posición y de la orientación utilizando al menos una entrada de control de velocidad controlada.

9. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el vehículo es por lo menos uno de entre un vehículo holonómico, un vehículo casi holonómico, un vehículo aéreo, un vehículo submarino, y un vehículo de entorno de gravedad cero.