CN112099517B - 基于力觉和视觉反馈的协作吊运系统双边遥操作控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于力觉和视觉反馈的协作吊运系统双边遥操作控制方法，包括主端、从端以及通讯环节。主端由操作员、力反馈手控器、控制计算机构成，从端由UAV群、吊挂负载以及障碍物环境构成。从端UAV群和吊挂负载视为复合吊挂系统，采用了包括悬绳松弛和绷紧两种状态切换的混合动力学模型，建立了UAV群与吊挂负载之间的耦合关系。复合吊挂系统采用了基于力觉和视觉反馈的双边遥操作控制方法，同时设计了内外环控制器，实现了旋翼飞行器吊挂系统的混合轨迹生成和跟踪。本发明可以使得复合吊挂系统在障碍物环境中完成负载搬运任务；同时使得操作员产生身临其境的感觉，提升操作员的临场感与快速反应能力。

Description

基于力觉和视觉反馈的协作吊运系统双边遥操作控制方法

技术领域

本发明属于协作吊运双边遥操作控制技术领域，具体涉及基于力觉和视觉反馈的协作吊运系统双边遥操作控制方法。

背景技术

近年来，随着新材料、惯导和微机电系统等技术的发展，以旋翼飞行器为代表的低成本和微型化无人机(Unmanned Aerial Vehicles，UAVs)越来越多地出现并走向应用，无论是民用还是军事领域，UAV负载运输均尤显突出。但传统UAV仅具有有限载荷能力，无法搭载大型重型负载，已远远无法满足日益迫切的联合作业型应用需求。多UAV组成的空中协作吊运系统在执行灾后搜救、物资运输以及建筑制造等任务时，表现出比单个结构功能复杂的UAV更为安全和有效。因此，多UAV协作吊运系统控制方法目前已引起了业界的广泛关注与研究。

考虑协作吊运系统自身的复杂性以及现场环境的不可预知性，对多UAV协作吊运系统采用全自主的控制方式在未来很长一段时间内很难达到，操作员的介入是必不可少的。在这种情况下，一方面，需要将操作员的高级认知引入控制系统，充分利用操作员的在线决策提高多机器人协同作业能力；另一方面，将远端多机器人作业情况反馈给本地操作员，使操作员具有良好的临场感和沉浸感，降低操作员的工作难度。

目前比较可行和有效的解决方案是采用半自主的控制方式，在操作员的监督或辅助控制下完成复杂任务，即基于力反馈的双边遥操作。在这种方式下，操作员通过力反馈人机交互设备进行远程干预，利用人的高级认知和决策能力来协助UAV群完成各种吊运任务。同时，从端UAV群感知与悬挂负载的物理交互以及周围环境，将力/视觉交互信息反馈给主端操作员，使操作员产生身临其境的感觉，显著提升操作员的临场感与快速反应能力。

发明内容

本发明的针对现有技术中的不足，提供一种基于力觉和视觉反馈的协作吊运系统与基于力觉和视觉反馈的协作吊运系统双边遥操作控制方法。在协作吊运双边遥操作控制系统中，操作员利用主端力反馈手控器控制从端复合吊挂系统中悬挂负载位姿，同时，基于微分平坦理论设计了内外环位姿控制器，内环指UAV位置控制器，外环指UAV姿态控制器，实现多UAV协作吊运系统的混合轨迹生成和跟踪，从而完成协作吊运系统快速机动搬运任务。在这种控制方式下，一方面，操作员控制吊挂负载的期望轨迹，UAV群根据吊挂负载位姿以及障碍物反馈力自主调整UAV群位姿，使得复合吊挂系统在障碍物环境中完成负载搬运任务；另一方面，复合吊挂系统的力反馈信息通过力反馈手控器反馈给主端，同时结合主端控制计算机，使得操作员产生身临其境的感觉，提升操作员的临场感和快速反应能力。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：基于力觉和视觉反馈的协作吊运双边遥操作控制系统，包括主端、从端以及通讯环节；所述主端包括操作员、力反馈手控器、控制计算机，所述控制计算机连接力反馈手控器，所述力反馈手控器包括力反馈触觉装置；所述从端包括复合吊挂系统与障碍物，所述复合吊挂系统包括UAV群、悬挂负载以及悬绳；连接主端和从端的通讯环节为WIFI无线网络。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：所述力反馈触觉装置具有3个位置自由度、3个关节自由度及3个位置自由度力反馈输出；UAV群个数为i(i＝1，...，n)，所述悬绳的根数为j(j＝1，...，n)，悬绳方向为q_j。

本发明还提供了一种基于力觉和视觉反馈的协作吊运系统双边遥操作控制方法，利用基于力觉和视觉反馈的协作吊运双边遥操作控制系统，步骤如下：

步骤一：建立多UAV协作吊运系统动力学模型；

步骤二：建立多UAV协作吊运系统双边遥操作控制模型；

步骤三：制定多UAV协作吊运系统协同搬运控制策略；

步骤四：操作员利用主端的力反馈手控器控制从端复合吊挂系统中悬挂负载的位姿，控制悬挂负载的期望轨迹，UAV群根据悬挂负载位姿以及障碍物反馈力自主调整UAV群位姿，使得复合吊挂系统在障碍物环境中完成负载搬运任务；

步骤五：复合吊挂系统的力反馈信息通过力反馈手控器反馈给主端，同时结合主端的控制计算机，使得操作员获得从端复合吊挂系统的全局视图。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，步骤一中，多UAV协作吊运系统动力学模型为：将悬绳分为松弛和绷紧两种状态，当任意悬绳松弛，即张力为零时，系统状态切换；当任意悬绳重新绷紧，即张力重新建立时，则系统状态切换。

进一步地，悬绳呈现绷紧状态时，多UAV协作吊运系统动力学模型为：

其中，x_i表示第i个UAV的位置向量，x_i∈R³；R_i∈SO(3)表示第i个UAV机体坐标系{O_bi}到世界惯性坐标系{O_w}的旋转矩阵，SO(3)为三维旋转矩阵；x_L表示悬挂负载位置向量，x_L∈R³；R_L∈SO(3)表示悬挂负载坐标系{O_L}到世界惯性坐标系{O_w}的旋转矩阵；q_i表示从UAV质心指向悬挂负载的单位向量，即悬绳方向，q_i∈S²；r_i表示悬挂负载的质心到第i个挂载点的向量；m_i表示第i个UAV的质量；f_i表示第i个UAV在机体坐标系{O_bi}下产生的推力；T_i表示第i根悬绳张力；g表示重力加速度；e₃＝[0，0，1]^T表示世界惯性坐标系的单位向量；J_i表示第i个UAV的惯性矩阵；Ω_i表示第i个UAV的角速度；M_i表示第i个UAV的偏航力矩；m_L表示悬挂负载的质量；J_L表示悬挂负载的惯性矩阵；Ω_L表示悬挂负载的角速度；n≥3为正整数，表示多UAV协作吊运系统中UAV主体数量；f_o为悬挂负载与外部环境的交互力；τ_o为悬挂负载与外部环境的交互力矩。

进一步地，悬绳呈现松弛状态时，多UAV协作吊运系统动力学模型为：

其中，

为悬绳均呈绷紧状态时，多UAV协作吊运系统动力学模型公式的标准形式，其中X_k＝{x_i，R_i，x_L，R_L，v_i，Ω_i，v_L，Ω_L}，X_k-1指系统呈现完全非弹性碰撞状态时各个四旋翼以及被搬运物体的姿态；v_i指第i个四旋翼速度，v_L指被搬运物体速度；u＝{f_i，M_i，T_i}，S_k-1＝{X_k|T_k≡0}，T_k指第k根悬绳张力；

进一步地，步骤二中，多UAV协作吊运系统双边遥操作控制模型包括：主端力反馈人机交互设备动力学模型，如下方程所示，

其中，q_m，

分别表示为主端力反馈触觉设备末端执行器的位置、速度、加速度矢量，M_m(q_m)为惯量矩阵，

为科氏力和离心力，g(q_m)为重力补偿项，F_m为施加在主端力反馈触觉设备等人机接口上的控制力；其中，F_m＝f_h+f_c，f_h为操作员施加在力反馈触觉设备上的控制力，f_c为主从端交互产生的反馈力。

进一步地，主从端交互反馈力f_c设计如下：

f_c＝f_o+f_v

其中，f_o为障碍物环境对从端悬挂负载的排斥力，f_v为位置趋同力，使得从端悬挂负载能够无差跟踪主端操作员给定的轨迹。

进一步地，障碍物排斥力f_o定义如下：

其中，n₀为障碍物排斥力方向的单位向量，n₀∈R³；d为障碍物距离，v为朝向障碍物的速度分量，k₀为调整灵敏度，

为主端力反馈触觉设备能够感知的最大障碍物排斥力，d_res为预留避让距离；

位置趋同力f_v定义如下式：

其中，e_x＝x_d-x，e_x为负载位置误差，x_d为悬挂负载期望位置，K₁∈R^3×3和K₂∈R^3×3均为非负对角矩阵。

进一步地，悬挂负载的位置、姿态以及UAV姿态能够分别被控制。

本发明的有益效果是：

(1)多UAV协作吊运系统采用包括悬绳松弛和绷紧两种状态切换的混合动力学模型，建立了UAV群与吊挂负载之间的耦合关系，解决了悬挂负载微小摆动影响UAV群稳定飞行的问题。

(2)多UAV协作吊运系统建立双边遥操作控制模型，引入力/视觉双重反馈，根据UAV群与障碍物以及悬挂负载之间的物理交互，操作员根据从端反馈力以及主端全局视图清晰判断吊挂负载的搬运情况，增强操作员的临场感。

(3)多UAV协作吊运系统协同搬运控制策略采用了基于微分平坦理论设计了内外环位姿控制器，使得悬挂负载的位姿控制可以分解为UAV的姿态控制，实现了协作吊运系统对操作员给定混合轨迹的跟踪。

附图说明

图1是本发明的为基于力觉和视觉反馈的多UAV协作吊运双边遥操作系统框图。

图2为本发明的多UAV协作吊运系统简化结构示意图。

图3为本发明的系统状态顺序切换示意图。

图4为本发明的多UAV协作吊运双边遥操作控制模型图。

图中：1-主端；11-操作员；12-力反馈手控器；13-控制计算机；

2-通讯环节；

3-从端；31-复合吊挂系统；32-障碍物；301-UAV群；302-悬挂负载；303-悬绳。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如附图1所示，本发明公开了基于力觉和视觉反馈的协作吊运双边遥操作控制系统，包括主端1、从端3以及通讯环节2；所述主端1包括操作员11、力反馈手控器12、控制计算机13，所述控制计算机13连接力反馈手控器12，所述力反馈手控器12包括力反馈触觉装置，具有3个位置自由度、3个关节自由度及3个位置自由度力反馈输出；所述从端3包括复合吊挂系统31与障碍物32，所述复合吊挂系统31包括UAV群301(Unmanned Aerial Vehicles，UAVs，无人机)、悬挂负载302以及悬绳303；其中，所述UAV群301个数为i(i＝1，...，n)，所述悬绳303根数为j(j＝1，…，n)，悬绳303方向为q_j；连接主端1和从端3的通讯环节2包括WIFI网络等无线通信方式。

本发明还公开了基于力觉和视觉反馈的协作吊运系统双边遥操作控制方法，利用基于力觉和视觉反馈的协作吊运双边遥操作控制系统，在本发明的一个实施例中，操作员11将力f_h作用在力反馈手控器12上，力反馈手控器12将位置信息q_m发送给控制计算机13；位置信息q_m进入通讯环节2成为复合吊挂系统31的期望位置信号x_d；复合吊挂系统31根据期望位置x_d在内外环位姿控制器的作用下改变吊挂负载302位置(x_L，y_L)以及UAV群301位置(x_i，y_i)。同时，复合吊挂系统31与障碍物32的距离信号d作用于障碍物32，障碍物32提供给复合吊挂系统31环境反作用力f_o；复合吊挂系统31根据环境反作用力f_o输出从端力信号f_c，进入通讯环节2后输出主端力信号F_m，最后通过力反馈手控器12作用于操作员11，使操作员11获得从端复合吊挂系统31的力反馈信息。进一步，操作员11通过主端的控制计算机13获得从端复合吊挂系统31的全局视图，增强操作员11的临场感。

基于力觉和视觉反馈的协作吊运系统双边遥操作控制方法具体步骤如下：

步骤一：建立多UAV协作吊运系统动力学模型。

多UAV协作吊运系统是一个典型的混合系统，系统状态顺序切换示意图如图2所示。

多UAV协作吊运系统是由UAV群和悬挂负载构成的复合吊挂系统，针对悬挂负载以最小摆动进行协作吊运的任务需求，悬绳分为松弛和绷紧两种状态。当任意悬绳松弛，即张力为零时，或重新绷紧，即张力重新建立时，则系统状态切换。

如图3所示，所述悬绳呈现绷紧状态，多UAV协作吊运系统动力学模型为：

其中，x_i∈R³表示第i个UAV的位置向量，R_i∈SO(3)表示第i个UAV机体坐标系{O_bi}到世界惯性坐标系{O_w}的旋转矩阵，x_L∈R³表示悬挂负载位置向量，R_L∈SO(3)表示悬挂负载坐标系{O_L}到世界惯性坐标系{O_w}的旋转矩阵，q_i∈S²表示从UAV质心指向悬挂负载的单位向量，即悬绳方向。r_i表示悬挂负载的质心到第i个挂载点的向量，m_i表示第i个UAV的质量，f_i表示第i个UAV在机体坐标系{O_bi}下产生的推力，T_i表示第i根悬绳张力，g表示重力加速度，e₃＝[0，0，1]^T(e₃＝[0，0，1]^T表示世界惯性坐标系的单位向量)，J_i表示第i个UAV的惯性矩阵，Ω_i表示第i个UAV的角速度，M_i表示第i个UAV的偏航力矩，m_L表示悬挂负载的质量，J_L表示悬挂负载的惯性矩阵，Ω_L表示悬挂负载的角速度。n≥3为正整数，表示多UAV协作吊运系统中UAV主体数量。f_o为悬挂负载与外部环境的交互力，τ_o为悬挂负载与外部环境的交互力矩。

当悬绳呈现松弛状态，不失一般性假设在任意给定时刻，最多一根悬绳的张力降为零，或者最多一根松弛的悬绳可以将其张力恢复为非零值。此外，假设系统状态的切换是顺序发生的，即从第k根悬绳处于绷紧状态开始，只有第k根悬绳张力可以下降为零，然后第(k-1)根悬绳张力下降为零且第k根悬绳张力重新建立。∑_k为连续时间系统，表示该系统中第k根悬绳处于松弛状态。∑_k-1表示该系统中第k-1根悬绳处于绷紧状态。定义系统从∑_k状态切换为∑_k-1状态为完全非弹性碰撞Δ_k→k-1。定义系统从∑_k-1状态切换为∑_k状态为恒等映射Δ_k-1→k，即T_k≡0。多UAV协作吊运系统的混合动力学模型为：

其中，

为悬绳均呈绷紧状态时，多UAV协作吊运系统动力学模型公式(1)的标准形式，其中X_k＝{x_i，R_i，x_L，R_L，v_i，Ω_i，v_L，Ω_L}，X_k-1指系统呈现完全非弹性碰撞状态时各个四旋翼以及被搬运物体的姿态；u＝{f_i，M_i，T_i}。S_k-1＝{X_k|T_k≡0}，T_k指第k根悬绳张力；

步骤二：建立多UAV协作吊运系统双边遥操作控制模型，如图4所示。同时基于微分平坦理论设计内外环位姿控制器，从而实现了多UAV协作吊运系统协同搬运。

不失一般性，主端力反馈人机交互设备可视为一个完全驱动的常规机械系统，其动力学模型通过以下Euler-Lagrange方程描述：

其中，在目前主流国内外遥操作领域，针对遥操作主端力反馈触觉设备的位置、速度、加速度定义如下，q_m，

分别表示为主端力反馈触觉设备末端执行器的位置、速度、加速度矢量；M_m(q_m)为惯量矩阵；

为科氏力和离心力；g(q_m)为重力补偿项；F_m为施加在主端力反馈触觉设备等人机接口上的控制力。其中，F_m＝f_h+f_c，f_h为操作员施加在力反馈触觉设备上的控制力，f_c为主从端交互产生的反馈力。

主从端交互反馈力f_c设计如下：

f_c＝f_o+f_v (4)

其中，f_o为障碍物环境对从端悬挂负载的排斥力。f_v为位置趋同力，使得从端悬挂负载能够无差跟踪主端操作员给定的轨迹。

所述障碍物排斥力f_o定义如下：

其中，n₀∈R³为障碍物排斥力方向的单位向量，d为障碍物距离，v为朝向障碍物的速度分量，k₀为调整灵敏度，

为主端力反馈触觉设备可感知的最大障碍物排斥力，d_res为预留避让距离。

所述位置趋同力f_v定义如下：

其中，e_x＝x_d-x为负载位置误差，x_d为悬挂负载期望位置，K₁∈R^3×3和K₂∈R^3×3均为非负对角矩阵。

步骤三：制定多UAV协作吊运系统协同搬运控制策略。

公式(1)的第一个方程为UAV位置方程，第二个方程为UAV姿态角动力学方程，第三个方程为负载位置方程，第四个方程为负载姿态角动力学方程。从公式(1)UAV姿态角动力学方程可以看出，UAV姿态可以从悬挂负载的姿态和位置动力学方程中解耦，UAV姿态变化不受悬挂负载位姿变化的影响；同时，悬挂负载的姿态动力学也可从位置动力学方程中解耦，悬挂负载的位置同姿态可以分别控制。因此，从端悬挂负载的位置、姿态以及UAV姿态可以单独成环，分别设计为负载位置控制器、负载姿态控制器以及UAV姿态控制器。

操作员主动施力控制悬挂负载位置时，负载位置控制器期望的从端控制力f_d按如下公式计算：

其中，e_x＝x_d-x为悬挂负载位置误差，x_d为悬挂负载期望位置，K_p∈R^3×3和K_d∈R^3×3均为非负对角控制增益矩阵，g为重力补偿项，q_c为悬挂负载位置控制的施力方向。在重力补偿良好的情况下，利用PD控制器(比例微分控制器)操作员可以精确地控制悬挂负载跟踪主端力反馈手控器给定的期望轨迹。

负载姿态控制器通过利用系统的冗余性来生成各个UAV主体的控制力，并同时满足期望的编队队形约束。假设每个UAV主体均可以产生任意方向的推力，则UAV的控制力设计如下：

其中，u_i∈R³为第i个UAV的虚拟控制力，

为u_i平行于悬绳方向q_i的正交投影，

为u_i垂直于悬绳方向q_i的正交投影。

其中，μ_i∈R³为平行于悬绳方向q_i的虚拟相对编队控制输入，ω_i∈R³为第i根悬绳的角速度，满足q_i·ω_i＝0。

为平行于悬绳方向q_i的投影。符号

R³→SO(3)定义为对于任意x，y∈R³，则

K_q∈R^3×3和K_ω∈R^3×3均为非负对角控制增益矩阵。m_i表示第i根悬绳质量。L_i表示第i根悬绳长度。

为第i根悬绳的方向误差向量，

为第i根悬绳的期望方向，其中

s_d为第1根悬绳的期望方向，

为期望四旋翼编队队形。

为第i根悬绳的角速度误差向量，其中

进一步，UAV的推力方向始终平行于世界惯性坐标系z轴，故UAV期望姿态角如下：

其中，

为第i个UAV的期望航向，

UAV姿态控制器定义如下：

其中，K_R∈R^3×3和K_Ω∈R^3×3均为非负对角矩阵。

为第i个UAV姿态角误差，R_i表示第i个UAV姿态角，

表示第i个UAV期望姿态角，符号∨：SO(3)→R³为

运算逆变换。

为第i个UAV姿态角速率误差，其中Ω_i表示第i个UAV姿态角速率，

表示第i个UAV期望姿态角速率。

步骤四：操作员利用主端的力反馈手控器控制从端复合吊挂系统中悬挂负载的位姿，控制悬挂负载的期望轨迹，UAV群根据悬挂负载位姿以及障碍物反馈力自主调整UAV群位姿，包括UAV的横滚、俯仰以及偏航角，使得复合吊挂系统在障碍物环境中完成负载搬运任务；

步骤五：复合吊挂系统的力反馈信息通过力反馈手控器反馈给主端，同时结合主端的控制计算机，使得操作员获得从端复合吊挂系统的全局视图。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.基于力觉和视觉反馈的协作吊运系统双边遥操作控制方法，其特征在于，步骤如下：

步骤一：建立多UAV协作吊运系统动力学模型为：将悬绳分为松弛和绷紧两种状态，当任意悬绳松弛，即张力为零时，系统状态切换；当任意悬绳重新绷紧，即张力重新建立时，则系统状态切换；

步骤二：建立多UAV协作吊运系统双边遥操作控制模型，包括：主端力反馈人机交互设备动力学模型，如下方程所示，

其中，q_m,

分别表示为主端力反馈触觉设备末端执行器的位置、速度、加速度矢量，M_m(q_m)为惯量矩阵，

为科氏力和离心力，g(q_m)为重力补偿项，F_m为施加在主端力反馈触觉设备上的控制力；其中，F_m＝f_h+f_c，f_h为操作员施加在力反馈触觉设备上的控制力，f_c为主从端交互产生的反馈力，f_c＝f_o+f_v，f_o为障碍物环境对从端悬挂负载的排斥力，f_v为位置趋同力，使得从端悬挂负载能够无差跟踪主端操作员给定的轨迹；

障碍物排斥力f_o定义如下：

其中，n₀为障碍物排斥力方向的单位向量，n₀∈R³；d为障碍物距离，v为朝向障碍物的速度分量，k₀为调整灵敏度，

为主端力反馈触觉设备能够感知的最大障碍物排斥力，d_res(d,v)为预留避让距离；

位置趋同力f_v定义如下式：

其中，e_x＝x_d-x，e_x为负载位置误差，x_d为悬挂负载期望位置，K₁∈R^3×3和K₂∈R^3×3均为非负对角矩阵；

步骤三：制定多UAV协作吊运系统协同搬运控制策略；

步骤四：操作员利用主端的力反馈手控器控制从端复合吊挂系统中悬挂负载的位姿，控制悬挂负载的期望轨迹，UAV群根据悬挂负载位姿以及障碍物反馈力自主调整UAV群位姿，使得复合吊挂系统在障碍物环境中完成负载搬运任务；

步骤五：复合吊挂系统的力反馈信息通过力反馈手控器反馈给主端，同时结合主端的控制计算机，使得操作员获得从端复合吊挂系统的全局视图。

2.如权利要求1所述的协作吊运系统双边遥操作控制方法，其特征在于，悬绳呈现绷紧状态时，多UAV协作吊运系统动力学模型为：

其中，x_i表示第i个UAV的位置向量，x_i∈R³；R_i∈SO(3)表示第i个UAV机体坐标系{O_bi}到世界惯性坐标系{O_w}的旋转矩阵，SO(3)为三维旋转矩阵；x_L表示悬挂负载位置向量，x_L∈R³；R_L∈SO(3)表示悬挂负载坐标系{O_L}到世界惯性坐标系{O_w}的旋转矩阵；q_i表示从UAV质心指向悬挂负载的单位向量，即悬绳方向，q_i∈S²；r_i表示悬挂负载的质心到第i个挂载点的向量；m_i表示第i个UAV的质量；f_i表示第i个UAV在机体坐标系{O_bi}下产生的推力；T_i表示第i根悬绳张力；g表示重力加速度；e₃＝[0,0,1]^T表示世界惯性坐标系的单位向量；J_i表示第i个UAV的惯性矩阵；Ω_i表示第i个UAV的角速度；M_i表示第i个UAV的偏航力矩；m_L表示悬挂负载的质量；J_L表示悬挂负载的惯性矩阵；Ω_L表示悬挂负载的角速度；n≥3为正整数，表示多UAV协作吊运系统中UAV主体数量；f_a为悬挂负载与外部环境的交互力；τ_o为悬挂负载与外部环境的交互力矩。

3.如权利要求2所述的协作吊运系统双边遥操作控制方法，其特征在于，悬绳呈现松弛状态时，多UAV协作吊运系统动力学模型为：

其中，

为悬绳均呈绷紧状态时，多UAV协作吊运系统动力学模型公式的标准形式，其中X_k＝{x_i,R_i,x_L,R_L,v_i,Ω_i,v_L,Ω_L}，X_k-1指系统呈现完全非弹性碰撞状态时各个四旋翼以及被搬运物体的姿态；v_i指第i个四旋翼速度，v_L指被搬运物体速度；u＝{f_i,M_i,T_i}，S_k-1＝{X_k|T_i≡0}，T_i指第i根悬绳张力；

4.如权利要求1所述的协作吊运系统双边遥操作控制方法，其特征在于，悬挂负载的位置、姿态以及UAV姿态能够分别被控制。

5.一种权利要求1所述的协作吊运系统双边遥操作控制方法的协作吊运双边遥操作控制系统，其特征在于，包括主端、从端以及通讯环节；所述主端包括操作员、力反馈手控器、控制计算机，所述控制计算机连接力反馈手控器，所述力反馈手控器包括力反馈触觉装置；所述从端包括复合吊挂系统与障碍物，所述复合吊挂系统包括UAV群、悬挂负载以及悬绳；连接主端和从端的通讯环节为WIFI无线网络。

6.如权利要求5所述的双边遥操作控制系统，其特征在于，所述力反馈触觉装置具有3个位置自由度、3个关节自由度及3个位置自由度力反馈输出；UAV群个数为i＝1,…,n，所述悬绳的根数为j＝1,…,n，悬绳方向为q_j。

Images