Ayuda de seguimiento fino para un operario utilizando entradas obtenidas por sensor.

Un sistema (10) de ayuda a un operario en un seguimiento fino,

en la realización de una tarea de control para controlar el desplazamiento de un objeto hacia un blanco, que comprende:

un componente de entrada (20) para combinar una entrada de operario (12) para guiar el objeto hacia el blanco con una entrada (14) obtenida por sensor en base a una medición de sensor de la posición del objeto con respecto a la posición del blanco;

un componente (22) de filtrado bajo/alto para separar la entrada combinada mediante el componente de entrada, en un contenido de baja frecuencia y un contenido de alta frecuencia, comprendiendo el componente de filtrado bajo/alto un filtro de paso bajo para filtrar el contenido de baja frecuencia, y un componente de sustracción (24) para sustraer el contenido de baja frecuencia filtrado procedente de la entrada combinada, del componente de entrada para obtener el contenido de alta frecuencia;

un componente (26) de límite de autoridad de baja frecuencia para aplicar una primera ganancia sobre un intervalo seleccionado, al contenido de baja frecuencia filtrado mediante el componente de filtrado bajo/alto para proporcionar una salida de ganancia de baja frecuencia;

un componente (28) de límite de autoridad de alta frecuencia para aplicar una segunda ganancia sobre un intervalo seleccionado, al contenido de alta frecuencia filtrado mediante el componente de filtrado bajo/alto para proporcionar una salida de ganancia de alta frecuencia; y

un componente de salida (30) para combinar la salida de ganancia de baja frecuencia procedente del componente de límite de autoridad de baja frecuencia con la salida de ganancia de alta frecuencia procedente del componente de límite de autoridad de alta frecuencia a efectos de formar una entrada de control total para el control del movimiento del objeto con respecto al blanco.

Ayuda de seguimiento fino para un operario utilizando entradas obtenidas por sensor ANTECEDENTES Las realizaciones de la presente invención están relacionadas con sistemas hombre-máquina que pueden completar tareas complejas de control mecánico, y más particularmente con mezclar entradas de operarios humanos con entradas obtenidas de mediciones de sensor para la tarea específica, a efectos de mejorar el rendimiento de la tarea y de reducir la carga de trabajo del operario.

Utilizando sensores precisos y apropiados, se pueden construir sistemas autónomos de control que pueden hace mejor que un operario humano una tarea específica, estrictamente definida. Las misiones complejas de control mecánico, que consisten en tareas claramente definidas ejecutadas en un orden específico, requieren un sistema autónomo complejo que pueda funcionar en múltiples modos con criterios asociados de conmutación de modos. Dichos sistemas pueden ser propensos a fallos cuando encuentran circunstancias imprevistas. Un operario humano bien entrenado, por otra parte, se puede adaptar a circunstancias imprevistas y aplicar su juicio para completar una misión completa.

Habitualmente, el problema de integrar un sistema de control que utiliza entradas de control obtenidas por sensor con la presencia de un operario experto ha tenido tres enfoques básicos:

1. El operario puede actuar como supervisor de un sistema autónomo de control con plena autoridad configurado para funcionar en una serie de modos, cada uno de ellos capaz de completar una tarea específica. El operario es responsable de activar y desactivar el sistema autónomo por medio de conmutadores de palanca, así como de seleccionar un modo a través de conmutadores momentáneos, según proceda para la tarea específica. La anulación por el operario requiere la desactivación explícita del sistema autónomo.

2. Un sistema autónomo de control que tiene una serie de modos puede proporcionar a un operario opciones "sugeridas" por medio de un panel de control. En este caso, el sistema autónomo tiene cero autoridad y el operario es el único responsable de manejar las entradas de control.

3. Un sistema que tiene una ley de control de "bucle externo", que utiliza entradas de sensor adecuadas para una tarea específica, puede generar una entrada automática que se añade directamente a la entrada del operario humano. Se utiliza un límite de autoridad para asegurar que el operario puede anular la entrada automática.

Los inconvenientes de los enfoques anteriores de sistemas hombre-máquina incluyen los siguientes. Un sistema autónomo de control con plena autoridad requiere que el operario humano tenga un conocimiento experto de todos los modos de funcionamiento del sistema para realizar las funciones necesarias de conmutación, activar/desactivar y anular. El operario estará un tanto desconectado de la tarea, dado que el sistema autónomo tiene plena autoridad, y será relegado en cambio a monitorizar minuciosamente el sistema para asegurar que se activa y lleva a cabo el modo apropiado. Cualquier falta de conciencia de la situación en relación con la activación o el estado de modos puede tener consecuencias catastróficas dependiendo de la criticidad de la tarea. Por otra parte, cuando se proporcionan opciones propuestas mediante un sistema autónomo de autoridad cero, el operario tiene que realizar un juicio intermedio y aplicar la decisión correcta. Los operarios humanos están sujetos a un considerable retardo de reacción neuromuscular en respuesta a una entrada instantánea, habitualmente en el intervalo de 200 ms, lo que puede limitar severamente el rendimiento de tareas alcanzable por el operario. En el caso de sistemas de ley de control de "bucle externo", las entradas de control autónomo se aplican en paralelo a las entradas del operario, y aunque el operario puede tener la capacidad de anulación, pueden surgir problemas debido a una duplicación de esfuerzos de control cuando tanto el operario como la ley de control están siguiendo el mismo objetivo. Dicha duplicación del esfuerzo de control podría tener como resultado una sobrecompensación mediante el sistema combinado hombre-máquina. En este caso, el operario tiene que compensar los efectos de la ley de control así como las características (dinámicas) del sistema.

La memoria US 3.446.946 (Andeen) da a conocer un sistema de control auto-adaptativo de momento potencial, en el que un control auto-adaptativo ajusta la ganancia global del sistema de tal modo que se adapta la respuesta del sistema real a la de un modelo de respuesta óptima, mientras que al mismo tiempo considera y maximiza la estabilidad del sistema global (momento mínimo) .

La memoria US 4.030.011 (Hendrick et. al) da a conocer un sistema de control que presenta más de una característica de respuesta del sistema dependiendo de parámetros de la señal de entrada, sin requerir la conmutación discreta de componentes del sistema. Se suministra por lo menos una señal de entrada del sistema, de frecuencia y amplitud variables, a filtros de paso alto y de paso bajo, la salida de uno de los cuales se limita en amplitud y se combina de manera aditiva con la salida del otro filtro para formar una primera señal de control intermedia que se combina de manera sustractiva con la señal de entrada para formar una segunda señal de control intermedia. La primera y la segunda señales de control intermedias se pasan a través de elementos de transferencia

de señal que tienen diferentes características de transferencia de señal, y a continuación se combinan para proporcionar una respuesta multi-modo.

COMPENDIO De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se da a conocer un sistema de ayuda a un operario de seguimiento fino, en la realización de una tarea de control para controlar el movimiento de un objeto hacia un blanco, siendo el sistema según se define en la reivindicación 1.

En correspondencia con un segundo aspecto de la invención, se da a conocer un método de ayuda al operario de seguimiento fino, en la realización de una tarea de control para controlar el movimiento de un objeto hacia un blanco, siendo el método según se define en la reivindicación 7.

En una realización preferida de la invención, un sistema de ayuda a un operario de seguimiento fino, en la realización de una tarea de control para controlar el movimiento de un objeto hacia un blanco, comprende: un componente de entrada para combinar un entrada del operario para guiar el objeto hacia el blanco con una entrada obtenida por sensor basada en una medición de sensor de la posición del objeto con respecto a la posición del blanco; un componente de filtrado bajo/alto para separar la entrada combinada mediante el componente de entrada en un contenido de baja frecuencia y un contenido de alta frecuencia; un componente de límite de autoridad de baja frecuencia para aplicar una primera ganancia sobre un intervalo seleccionado, al contenido de baja frecuencia filtrado mediante el componente de filtrado bajo/alto a efectos de proporcionar una salida de ganancia de baja frecuencia; un componente de límite de autoridad de alta frecuencia para aplicar una segunda ganancia sobre un intervalo seleccionado, al contenido de alta frecuencia filtrado mediante el componente de filtrado bajo/alto para proporcionar una salida de ganancia de alta frecuencia; y un componente de salida para combinar la salida de ganancia de baja frecuencia procedente del componente de límite de autoridad de baja frecuencia, con la salida de ganancia de alta frecuencia procedente del componente de límite de autoridad de alta frecuencia para formar una entrada de control total para el control del desplazamiento del objeto con respecto al blanco.

En una implementación particularmente preferida, el componente de entrada tiene un componente de sustracción para sustraer la entrada de operario de la entrada obtenida por sensor a efectos de obtener una entrada diferencial combinada. El componente de filtrado tiene un filtro de paso bajo para filtrar el contenido de baja frecuencia, y obtener el contenido de alta frecuencia restándolo de la entrada diferencial combinada. En las tareas en las que la ayuda de seguimiento fino se realiza solamente en un intervalo estrecho del contenido de alta frecuencia, el intervalo del límite de autoridad de baja frecuencia se pone a cero para minimizar la interferencia autónoma con la entrada del operario, y el intervalo del límite de autoridad de alta frecuencia se pone a infinito para maximizar la ayuda de seguimiento de alta frecuencia para la entrada obtenida por sensor. El componente de salida incluye un componente de activar/desactivar (E/D, Engage/Disengage) que proporciona la salida combinada cuando el objeto con respecto al blanco está en una zona seleccionada... [Seguir leyendo]

1. Un sistema (10) de ayuda a un operario en un seguimiento fino, en la realización de una tarea de control para controlar el desplazamiento de un objeto hacia un blanco, que comprende:

un componente de entrada (20) para combinar una entrada de operario (12) para guiar el objeto hacia el blanco con una entrada (14) obtenida por sensor en base a una medición de sensor de la posición del objeto con respecto a la posición del blanco; un componente (22) de filtrado bajo/alto para separar la entrada combinada mediante el componente de entrada, en un contenido de baja frecuencia y un contenido de alta frecuencia, comprendiendo el componente de filtrado bajo/alto un filtro de paso bajo para filtrar el contenido de baja frecuencia, y un componente de sustracción (24) para sustraer el contenido de baja frecuencia filtrado procedente de la entrada combinada, del componente de entrada para obtener el contenido de alta frecuencia; un componente (26) de límite de autoridad de baja frecuencia para aplicar una primera ganancia sobre un intervalo seleccionado, al contenido de baja frecuencia filtrado mediante el componente de filtrado bajo/alto para proporcionar una salida de ganancia de baja frecuencia; un componente (28) de límite de autoridad de alta frecuencia para aplicar una segunda ganancia sobre un intervalo seleccionado, al contenido de alta frecuencia filtrado mediante el componente de filtrado bajo/alto para proporcionar una salida de ganancia de alta frecuencia; y un componente de salida (30) para combinar la salida de ganancia de baja frecuencia procedente del componente de límite de autoridad de baja frecuencia con la salida de ganancia de alta frecuencia procedente del componente de límite de autoridad de alta frecuencia a efectos de formar una entrada de control total para el control del movimiento del objeto con respecto al blanco.

2. El sistema según la reivindicación 1, en el que dicho componente de entrada incluye un componente de sustracción (20) para sustraer la entrada de operario desde la entrada obtenida por sensor con el fin de obtener una entrada diferencial combinada.

3. El sistema según la reivindicación 1, en el que por lo menos uno de dicho componente de límite de autoridad de baja frecuencia tiene un intervalo ajustado a cero para minimizar la interferencia autónoma con la entrada de operario, que está representado por medio de contenido de baja frecuencia, y en el que dicho componente de límite de autoridad de alta frecuencia tiene un intervalo ajustado a infinito para maximizar la ayuda de seguimiento de alta frecuencia para la entrada obtenida por sensor, que está representado por medio de contenido de alta frecuencia.

4. El sistema según la reivindicación 1, en el que dicho componente de salida incluye un componente de activación/desactivación "E/D" que por lo menos uno de:

combina la salida del componente de límite de autoridad de baja frecuencia y la salida del componente de límite de autoridad de alta frecuencia como una salida combinada cuando está activado en una zona de ayuda seleccionada, recibe una entrada de intervalo para objetivo del objeto con respecto al blanco y la activa cuando el intervalo está dentro de la zona de ayuda y la desactiva cuando está fuera de la zona de ayuda, y proporciona la salida combinada a un componente sumador, que la suma a la entrada del operario para obtener la entrada de control total para el control del dispositivo mecánico controlado.

5. El sistema según la reivindicación 4, en el que cuando dicho componente de activación/desactivación "E/D" se desactiva, su salida combinada es cero y la entrada de operario proporciona la entrada de control total.

6. El sistema según la reivindicación 1, en el que los intervalos de límites de autoridad de dicho componente de límite de autoridad de baja frecuencia y de dicho componente de límite de autoridad de alta frecuencia son ajustables para permitir configuraciones de autonomía variable que abarcan desde totalmente autónoma con entrada obtenida por sensor hasta totalmente controlada por operario.

7. Un método de ayuda a un operario en un seguimiento fino, en la realización de una tarea de control para controlar el desplazamiento de un objeto hacia un blanco, que comprende:

combinar una entrada de operario (12) para guiar el objeto hacia el blanco, con una entrada (14) obtenida por sensor procedente de mediciones del sensor de la posición del objeto en relación con la posición del blanco; separar (22) la entrada combinada en contenido de baja y de alta frecuencia, lo que comprende filtrar (22) el contenido de baja frecuencia y sustraer (24) el contenido de baja frecuencia filtrado de la entrada combinada para obtener el contenido de alta frecuencia; disponer un componente (26) de límite de autoridad de baja frecuencia para aplicar una ganancia predeterminada sobre un intervalo seleccionado al contenido de baja frecuencia; disponer un componente (28) de límite de autoridad de alta frecuencia para aplicar una ganancia predeterminada sobre un intervalo seleccionado al contenido de alta frecuencia; y 8

combinar (30) la salida de ganancia de baja frecuencia del componente de límite de autoridad de baja frecuencia con la salida de ganancia de alta frecuencia del componente de límite de autoridad de alta frecuencia, como la entrada de control total para controlar el desplazamiento del objeto con respecto al blanco.

8. El método según la reivindicación 7, en el que por lo menos una de dicha combinación de la etapa de entrada incluye sustraer (20) la entrada de operario desde la entrada obtenida por sensor para obtener una entrada diferencial combinada.

9. El método según la reivindicación 7, en el que por lo menos uno de dicho componente de límite de autoridad de baja frecuencia tiene un intervalo configurado a cero para minimizar la interferencia autónoma con la entrada de operario que está representado mediante contenido de baja frecuencia, y dicho componente de límite de autoridad de alta frecuencia tiene un intervalo configurado a infinito para maximizar la ayuda de seguimiento de alta frecuencia para la entrada obtenida por sensor que está representado mediante contenido de alta frecuencia.

10. El método según la reivindicación 7, en el que dicha combinación de la etapa de salida, por lo menos uno de proporciona la salida combinada cuando el objeto con respecto al blanco está en una zona de ayuda seleccionada, no proporciona la salida combinada cuando el objeto con respecto al blanco está fuera de la zona de ayuda, suma (36) la salida combinada a la entrada de operario para obtener la entrada de control total para el control de un dispositivo mecánico controlado a efectos de desplazar el objeto con respecto al blanco, y proporciona solamente la entrada de operario como la entrada de control total cuando el objeto con respecto al blanco está fuera de la zona de ayuda.

11. El método según la reivindicación 7, en el que los intervalos de límites de autoridad de dicho componente de límite de autoridad de baja frecuencia y de dicho componente de límite de autoridad de alta frecuencia son ajustables para permitir configuraciones de autonomía variable que abarcan desde totalmente autónoma con entrada obtenida por sensor hasta totalmente controlada por operario.

12. El método según la reivindicación 7, en el que el objeto es un brazo extensible de repostaje y el blanco es un receptáculo de repostaje para un sistema de repostaje en vuelo.

13. El método según la reivindicación 7, en el que el objeto y el blanco se utilizan en un entorno de simulación para entrenamiento de la tripulación. 35