Sistema y método 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 del vehículo y que está configurado para funcionar en un modo de retroacción en bucle cerrado, que se caracteriza porque 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 porque las diferencias en al menos una de entre la posición y la velocidad del objeto proxy simulado y un dispositivo de E / S háptico (120) se utilizan para el control de retroacción, y porque el sistema está configurado para controlar simultáneamente una pluralidad de vehículos mediante el control del movimiento de un punto de acoplamiento virtual (182) conectado virtualmente a los vehículos.

Sistema y método 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 un sistema y a un método 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 E / S hápticos de la aplicación. El sistema también puede utilizar las diferencias en posición y / o velocidad entre el vehículo y un dispositivo de E / S háptico para el control de retroacción.

En la realización, un sistema para la teleoperación de un vehículo comprende: un componente de control configurado para proporcionar el control de la posición y de la orientación con retroacción háptica de fuerzas del vehículo sobre la base de una medición de la posición del vehículo y está configurado para funcionar en un modo de retroacción en bucle cerrado, que se caracteriza porque las diferencias en al menos una de entre la posición y la velocidad entre el vehículo y un objeto proxy simulado proporciona una o más solicitudes de control al vehículo, porque las diferencias en al menos una de entre la posición y la velocidad del objeto proxy simulado y un dispositivo de E / S háptico se utiliza para el control de retroacción, y porque 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 preferida, 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.

En otra realización preferida, el vehículo es capaz de realizar al menos una de entre las acciones de capturar, manipular, levantar, depositando, 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 E / S hápticos para el control de una pluralidad de vehículos aéreos no tripulados.

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 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 tasa.

En una realización preferida 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.

En otra realización, un método para operar un dispositivo teleoperable controlando directamente por lo menos una de entre la posición y la orientación del dispositivo teleoperable, incluye proporcionar una entrada a un dispositivo háptico acoplado virtualmente al dispositivo teleoperable; proporcionar al menos una señal de control al dispositivo teleoperable sobre la base de la entrada, estando configurada la al menos una señal de control para controlar directamente al menos una de entre la posición y la orientación del dispositivo teleoperable; siendo proporcionada simultáneamente la al menos una señal de control a una pluralidad de dispositivos teleoperables para moverlos en una modo coordinada; medir al menos una característica de estado del dispositivo teleoperable, y proporcionar una salida háptica a un operador sobre la base de al menos una de entre una respuesta del dispositivo teleoperable y la al menos una característica de estado.

En una realización, la presente invención proporciona un método de operar un dispositivo teleoperable, controlando directamente al menos una de entre la posición y la orientación del dispositivo teleoperable, que comprende: proporcionar una entrada física a un dispositivo háptico acoplado virtualmente al dispositivo teleoperable; proporcionar al menos una señal de control al dispositivo teleoperable sobre la base de la entrada física, estando configurada la al menos una señal de control para controlar directamente al menos una de entre la posición y la orientación del dispositivo teleoperable, siendo proporcionada simultáneamente la al menos una señal de control a una pluralidad de dispositivos teleoperables para mover de manera controlable la pluralidad de dispositivos teleoperables de un modo coordinado; medir al menos una característica de estado del dispositivo teleoperable, y proporcionar una salida háptica a un operador sobre la base de al menos una de entre una respuesta del dispositivo teleoperable y la al menos una característica de estado, en el que se utiliza un sistema de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores.

En una realización preferida, proporcionar una entrada física a un dispositivo háptico incluye proporcionar una entrada física a un dispositivo háptico acoplado virtualmente por una disposición de retroacción... [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 del vehículo y que está configurado para funcionar en un modo de retroacción en bucle cerrado, que se caracteriza porque 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 porque las diferencias en al menos una de entre la posición y la velocidad del objeto proxy simulado y un dispositivo de E / S háptico (120) se utilizan para el control de retroacción, y porque el sistema está configurado para controlar simultáneamente una pluralidad de vehículos mediante el control del movimiento de un punto de acoplamiento virtual (182) conectado virtualmente a los vehículos.

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 componente de control y un componente de entrada / salida (I / O) háptico del sistema.

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

4. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 - 3, 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 las 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.

5. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 - 4, en el que el componente de control está configurado para posibilitar una pluralidad de operadores para utilizar una pluralidad de dispositivos de E / S hápticos para el control de una pluralidad de vehículos aéreos no tripulados.

6. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 - 5, 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.

7. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 - 6, 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 tasa controlada.

8. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 - 7, 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.

9. Un método de operar un dispositivo teleoperable (110) controlando directamente al menos una de entre la posición y la orientación del dispositivo teleoperable, que comprende:

proporcionar una entrada física a un dispositivo háptico (120) virtualmente acoplado al dispositivo teleoperable;

proporcionar al menos una señal de control al dispositivo teleoperable sobre la base de la entrada física, estando configurada la al menos una señal de control para controlar directamente al menos una de entre la posición y la orientación del dispositivo teleoperable, siendo proporcionada simultáneamente la al menos una señal de control a una pluralidad de dispositivos teleoperables para mover de forma controlada la pluralidad de dispositivos teleoperables de manera coordinada;

medir al menos una característica de estado del dispositivo teleoperable; y proporcionar una salida háptica a un operador sobre la base de al menos una de entre una respuesta del dispositivo teleoperable y la al menos una característica de estado, en el que se utiliza un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 8.

10. El método de la reivindicación 9, en el que proporcionar una entrada física a un dispositivo háptico incluye proporcionar una entrada física a un dispositivo háptico acoplado virtualmente por medio de una disposición de retroacción de fuerzas bilateral al dispositivo teleoperable.

11. El método de la reivindicación 9 o 10, en el que medir al menos una característica del estado del dispositivo teleoperable incluye medir al menos una característica de movimiento del dispositivo teleoperable utilizando un sistema de captura de movimiento.

12. El método de la reivindicación 11, en el que proporcionar al menos una señal de control al dispositivo teleoperable incluye proporcionar al menos una señal de control al dispositivo teleoperable sobre la base de al menos una de entre una respuesta del dispositivo teleoperable y la al menos una característica de movimiento.

13. El método de la reivindicación 11 o 12, que comprende además:

determinar al menos una señal de control adicional sobre la base de la al menos una característica de movimiento, y proporcionar la al menos una señal de control adicional al dispositivo teleoperable para controlar al menos una característica de movimiento del dispositivo teleoperable en un modo de retroacción en bucle cerrado.

14. El método de cualquier reivindicación precedente, que comprende, además, simular al menos una característica de un entorno operativo del dispositivo teleoperable, y en el que proporcionar una salida háptica a un operador incluye proporcionar una salida háptica a un operador sobre la base, al menos parcialmente, de la al menos una característico simulada del entorno operativo.

15. El método de la reivindicación 14, en el que simular la al menos una característica de un entorno operativo incluye simular al menos uno de entre un obstáculo sólido, un objeto móvil, una condición del flujo de aire, una 15 condición de límite de movimiento, y un campo de proximidad dispuesto alrededor del dispositivo teleoperable.