特許 7455449 海上で作業を行うヘリコプターに適用される牽引、校正及び入庫を全自動で行うシステム及びその方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-15

(45)【発行日】2024-03-26

(54)【発明の名称】海上で作業を行うヘリコプターに適用される牽引、校正及び入庫を全自動で行うシステム及びその方法

(51)【国際特許分類】

   B64F 1/22 20240101AFI20240318BHJP

   B64F 1/00 20240101ALI20240318BHJP

   B64C 27/06 20060101ALI20240318BHJP

   B64F 1/12 20060101ALI20240318BHJP

【ＦＩ】

B64F1/22

B64F1/00 A

B64C27/06

B64F1/12

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2023194592

(22)【出願日】2023-11-15

【審査請求日】2023-11-15

(31)【優先権主張番号】202211497580.0

(32)【優先日】2022-11-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】514276562

【氏名又は名称】燕山大学

【氏名又は名称原語表記】ＹＡＮＳＨＡＮ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ． ４３８， Ｈｅｂｅｉ Ｓｔｒｅｅｔ， Ｈａｉｇａｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ Ｃｉｔｙ， ＨｅＢｅｉ ０６６００４ Ｐ．Ｒ． Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】110002262

【氏名又は名称】ＴＲＹ国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】趙 丁選

(72)【発明者】

【氏名】王 立新

(72)【発明者】

【氏名】張 祝新

(72)【発明者】

【氏名】劉 謙

【審査官】塚本 英隆

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－６２７１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２３－９７１２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２５６０２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１６１４９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６４Ｆ １／２２

Ｂ６４Ｆ １／００

Ｂ６４Ｃ ２７／０６

Ｂ６４Ｆ １／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ヘリコプターの前輪の姿勢の画像を採集するステップＳ１であって、ヘリコプター稼働システムは、自動制御モードに入って広角カメラによりヘリコプターの前輪の姿勢の現在画像を採集するステップＳ１と、
ヘリコプターにおけるヨー角と前輪の偏角を算出するステップＳ２であって、ＤＳＰ制御手段は、採集されたヘリコプターの前輪の姿勢画像を処理しながら特徴情報を抽出して、ヘリコプターヨー角とヘリコプターの前輪の偏角を算出しており、前記特徴情報は、ヘリコプターの前輪ハブ、タイヤ及び回転軸について輪郭のピクセルのマトリックスを含み、輪郭のピクセルのマトリックス特徴に基づいてヘリコプターの前輪の偏角を直接に取得するステップＳ２と、
デッキ座標系においてヘリコプターにおける前輪、第一後輪及び第二後輪の位置座標を算出するステップＳ３であって、ヘリコプター座標系とデッキ座標系を作成し、座標変換関係とヘリコプターヨー角とに基づいてデッキ座標系においてヘリコプターにおける前輪、第一後輪及び第二後輪の位置座標を算出するステップＳ３と、
ヘリコプター座標系を作成し、ヘリコプターのサイズのパラメータとヘリコプターのヨー角に基づいて、ヘリコプター座標系においてヘリコプターにおける前輪、第一後輪及び第二後輪の位置座標を算出し、前記ヘリコプター座標系は、ヘリコプターの係留棒を原点、ヘリコプターヨー角が0°である場合にヘリコプターの中心軸線をy₀軸、機首を表示する方向をy₀軸正方向、y₀軸と垂直する射出線をx₀軸、船体の右舷を表示する方向をx₀軸正方向とするものであるステップＳ３１と、
デッキ座標系を作成し、前記デッキ座標系は、船舶デッキの牽引軌道起点を座標の原点、牽引軌道始まり部分の中心軸線をy軸、機首を表示する方向をy軸正方向、y軸と垂直する射出線をx軸、船体の右舷を表示する方向をx軸正方向とし、デッキ座標系において牽引軌道の数学方程式と牽引指示線の軌跡の方程式を作成するステップＳ３２と、
デッキ座標系においてヘリコプターにおける前輪、第一後輪及び第二後輪の位置座標は、ヘリコプター座標系からデッキ座標系までの座標変換関係により算出されたものであるステップＳ３３と、
ヘリコプターにおける前輪、第一後輪及び第二後輪と牽引指示線とについて境界を判断するステップＳ４であって、デッキ座標系においてヘリコプターにおける前輪、第一後輪及び第二後輪の位置座標と牽引軌道数学方程式、牽引指示線軌跡方程式とについて位置の境界を判断し、点から線までの距離に基づいてヘリコプターにおける前輪、第一後輪及び第二後輪の位置座標と、対応する牽引指示線軌跡方程式との対応関係を算出し、前記対応関係は、牽引指示線に対して内方、上方及び外方という三つの場合を含むステップＳ４と、
ヘリコプターに適合される最適な運動経路を抽出するステップＳ５であって、ヘリコプターにおける前輪、第一後輪及び第二後輪について境界を判断した結果とヘリコプターの前輪の偏角とに基づいて、知識ベースから現在の姿勢になっているヘリコプターに適用される最適な運動経路を抽出し、前記知識ベースは、大量の手動で操作して実践することによりなされたものであって、Ｃ言語によりＤＳＰ制御手段の実行文をプログラミングしたものである、ステップＳ５と、
抽出されたヘリコプターに適合される最適な運動経路に基づいて、横方向と縦方向とにおける運動位置制御命令を算出し、ヘリコプターの運動を駆動するステップＳ６であって、一つの制御サイクルにおいて最適な運動経路を選択すると、ＭＣＵ制御手段は、急速係留装置の油圧駆動システムに横方向校正位置の制御命令を送信し、縦方向牽引装置の油圧駆動システムに縦方向牽引位置の制御命令を送信し、急速係留装置と縦方向牽引装置とにより、ヘリコプターの運動を駆動するステップＳ６と、
ヘリコプターについて牽引、校正及び入庫を自動で行うことが終わるまで、ステップＳ１とステップＳ６を実行するステップＳ７であって、ヘリコプターを実際に運動させる場合には、先の制御サイクルにおけるヘリコプターの最新姿勢に基づいて最適な運動経路について補償と調整を行い、ヘリコプターが、抽出された最適な運動経路に従って飛行機倉庫の方向へ運動するように保証するステップＳ７と
を含む、ことを特徴とする海上で作業を行うヘリコプターに適用される牽引、校正及び入庫を全自動で行うための方法。

【請求項2】

前記ステップＳ２は、
画像全体においてヘリコプターにおける前輪の輪郭のピクセルのマトリックスの位置に基づいて、広角カメラの中心軸線に対するヘリコプター機体の偏角θを算出するステップＳ２１と、
ヘリコプターにおける前輪の輪郭のピクセルのマトリックスに基づいて、縦方向におけるヘリコプターの前輪の垂直偏向距離ｈを取得し、

輪が姿勢画像に占めている輪郭のピクセルのマトリックスにおける横方向と縦方向とのピクセルの数を示す、ステップＳ２２と、

軸とヘリコプターの係留棒との間における垂直距離を示すステップＳ２３と、を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の海上で作業を行うヘリコプターに適用される牽引、校正及び入庫を全自動で行うための方法。

【請求項3】

前記ステップＳ３１は、ヘリコプター座標系において前記ヘリコプターの前輪の位置座標が

ヘリコプター座標系において前記第一後輪の位置座標が、

コプターの前輪の軸線が第一後輪と第二後輪との中心軸線となり、W は、第一後輪と第二後輪との距離を示し、
ヘリコプター座標系において前記第二後輪の位置座標が、

を示す、ことを特徴とする請求項１に記載の海上で作業を行うヘリコプターに適用される牽引、校正及び入庫を全自動で行うための方法。

【請求項4】

前記ステップＳ３３は、
ヘリコプター座標系からデッキ座標系までの座標変換関係を算出し、先にデッキ座標系においてヘリコプター座標系の原点の座標を算出し、つまり、デッキ座標系においてヘリ

そのうち、y₁ は、牽引動力装置に取り付けられたエンコーダーにより取得されたものであって、急速係留装置が牽引軌道に沿って運動する位置を示し、Y₄,Y₅,Y₆,Y₇,Y₈ は、それぞれ、牽引軌道における第一部分、第二部分、第三部分、第四部分及び第五部分についてy方向の長さを示し、Y は、牽引軌道の第三部分について長さを示し、lは、牽引軌道における第二部分及び第四部分について円弧長さを示し、X₂ は、牽引軌道における第四

ステップＳ３３２と、を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の海上で作業を行うヘリコプターに適用される牽引、校正及び入庫を全自動で行うための方法。

【請求項5】

前記ステップＳ３２は、前記牽引指示線に左牽引指示線と右牽引指示線が含まれており、前記左牽引指示線と右牽引指示線との対称中線が前記牽引軌道であり、
前記牽引軌道の数学方程式が、

そのうち、X₃は、y軸と牽引軌道の第五部分との距離を示し、
前記左牽引指示線の軌跡方程式が

そのうち、X₁ は、左牽引指示線と牽引軌道との距離を示し、Y₁,Y₂,Y₃ は、それぞれ左牽引指示線における第一部分、第二部分及び第三部分についてy方向の長さを示し、
前記右牽引指示線の軌跡方程式が、

する請求項１に記載の海上で作業を行うヘリコプターに適用される牽引、校正及び入庫を全自動で行うための方法。

【請求項6】

ヘリコプターのヨー角が0°である場合には、広角カメラとヘリコプターの機体の軸線とが重ね合わせられることになり、広角カメラが、牽引軌道を中心線とする±37.5° の範囲にヘリコプターの前輪の画像状態を取得する、ことを特徴とする請求項１に記載の海上で作業を行うヘリコプターに適用される牽引、校正及び入庫を全自動で行うための方法。

【請求項7】

請求項１に記載の海上で作業を行うヘリコプターに適用される牽引、校正及び入庫を全自動で行うための方法に用いられる牽引、校正及び入庫を全自動で行うシステムであって、
前記牽引、校正及び入庫を全自動で行うシステムは、横方向に、ヘリコプターの運動を校正するための急速係留装置、ヘリコプターの前輪の姿勢を採集するための広角カメラ、縦方向にヘリコプターの運動を牽引するための縦方向牽引装置、制御システム、並びに、ヘリコプター及びヘリコプターの係留棒を含み、
前記急速係留装置には、機械爪が取り付けられており、前記機械爪は、ヘリコプターの下部に取り付けられたヘリコプターの係留棒と円柱サブ接続され、急速係留装置が横方向にヘリコプターの運動を校正している際に、機械爪が牽引軌道と常に垂直しながらヘリコプターの運動を追跡しており、
前記広角カメラは、急速係留装置における後壁の中央位置に取り付けられ、急速係留装置の運動に追跡し、ヘリコプターが運動するように急速係留装置縦方向牽引装置が牽引している際に、ヘリコプターにおける前輪の姿勢を常に即時で撮影しており、
前記縦方向牽引装置は、ヘリコプターが運動するように牽引している際に、急速係留装置が常に牽引軌道に沿ってヘリコプターの運動を追跡し、前記縦方向牽引装置は、牽引軌道において急速係留装置の位置を記録するエンコーダーを含み、前記牽引軌道は、牽引軌道の第一部分、牽引軌道の第二部分、牽引軌道の第三部分、牽引軌道の第四部分及び牽引軌道の第五部分に分けられており、
前記制御システムは、ＤＳＰ制御手段とＭＣＵ制御手段を含み、前記ＤＳＰ制御手段は、ヘリコプターの前輪の姿勢画像を処理し、ヘリコプター座標系とデッキ座標系を作成し、後輪の位置座標を算出し、牽引提示線の境界を判断し、ヘリコプター運動経路の記憶と抽出を行う、ためのものであり、前記ＭＣＵ制御手段は、横方向の位置制御命令と縦方向の位置制御命令を生成するためのものであり、
前記ヘリコプターは、それぞれ前輪、第一後輪及び第二後輪を含み、前記前輪は、ヘリコプターの尾端に取り付けられ、大きい偏心距離を有した全方向性ホイールである、ことを特徴とする牽引、校正及び入庫を全自動で行うシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、海上で作業を行うヘリコプターについて安全を総合的に保障する技術の分野に関し、海上で作業を行うヘリコプターに適用される牽引、校正及び入庫を全自動で行うシステム及びその方法に関する。

【背景技術】

【0002】

海上で作業を行うヘリコプターは、一般的に、海洋の状況が悪い状態で作業タスクを実行することがある。ヘリコプターを回収したり離陸させたりする技術は、ヘリコプターの離着陸に安全上の保障を提供する。また、タスクが済む場合に如何にして安全かつ急速に飛行機の倉庫にヘリコプターが戻ることができるかということは、さらに、ヘリコプターの出勤率と安全性にとって極めて重要な価値を持っている。現在、よく見られるヘリコプター安全保障システムは、着艦制動装置、Ｅシステム、ＲＡＳＴシステム、ＡＳＩＳＴシステム及び中国船舶工業システム工程研究院が提出した「海上で作業を行うヘリコプターを安全かつ急速に回收したり離陸したりするシステム」を含んでいる。しかし、上記のシステムは、いずれも、完全的に牽引、校正及び入庫を自動で実現することができず、人工や牽引車により案内される人工牽引形態を多く採用し、実施をする過程において艦船に位置する複数の操作員らの協力がなければならず、しかも、操作員らのレベルや経験によって影響が与えられてしまい、ヘリコプターを急速に、効果的に、かつ安全に着艦点より飛行機の倉庫まで牽引するように確実に保証することができない。この問題を解決するためには、海上で作業を行うヘリコプターが稼働している際に、作業の効率を高め、艦船に位置する操作員らや設備の安全を保障するように、海上で作業を行うヘリコプターに適用される牽引、校正及び入庫を全自動で行うシステム及び方法を開発することが必要になる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明は、上記通りに、ヘリコプターに牽引と校正を行う従来技術に存在している欠点について、海上で作業を行うヘリコプターに適用される牽引、校正及び入庫を全自動で行うシステム及び方法を提供する。前記方法は、特に、操作が一層難しく軌道が湾曲可能なヘリコプター稼働システムに適用される。この方法により、人工牽引による操作に難しさが高く、安全性が悪いという問題を効果良く解決することができ、ヘリコプターの稼働に作業効率を高め、艦船に位置する操作員らや設備の安全を十分に保障し、船舶や軍事産業などの分野に重要な実用的価値を持たせることができる。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明が採用するのは、新型の技術手段であって、以下のように、システムと実施ステップとの両部分を含んだものである。海上で作業を行うヘリコプターに適用される牽引、校正及び入庫を全自動で行うシステムは、横方向にヘリコプターの運動を校正するための急速係留装置、ヘリコプターにおける前輪の姿勢画像を採集するためのものであって急速係留装置の後壁に取り付けられた広角カメラ、縦方向にヘリコプターの運動を牽引するための縦方向牽引装置、ＤＳＰ制御手段とＭＣＵ制御手段とで構成された制御システム、並びに、ヘリコプター及びそのヘリコプターの係留棒、を含む。

【0005】

海上で作業を行うヘリコプターに適用される牽引、校正及び入庫を全自動で行う方法において、実施するステップは、広角カメラによりヘリコプターの前輪の姿勢画像を採集すること、ヘリコプターにおけるヨー角とヘリコプターにおける前輪の偏角を算出すること、デッキ座標系においてヘリコプターにおける前輪、第一後輪及び第二後輪の位置座標を算出すること、ヘリコプターにおける前輪、第一後輪及び第二後輪座標と牽引指示線について境界を判断すること、ヘリコプターの運動に適合される最適な運動経路を抽出すること、横方向運動位置制御命令と縦方向運動位置制御命令を算出すること、急速係留装置によりヘリコプターが横方向に運動するように駆動すること、牽引動力装置によりヘリコプターが縦方向に運動するように駆動すること、及び、ヘリコプターに牽引、校正及び入庫を自動で行うことが終わるまで前記操作を繰り返して実行することを含む。本発明が提供する方法は、全体として人の関与が必要にならず、安全性が高く、知能化が高い利点を有することができる。

【0006】

前記海上で作業を行うヘリコプターに適用される牽引、校正及び入庫を全自動で行うシステムは、以下の特徴を有している。

【0007】

前記急速係留装置には機械爪が取り付けられている。前記機械爪は、ヘリコプターの下部に取り付けられたヘリコプターの係留棒と円柱サブ接続されている。急速係留装置は、横方向にヘリコプターが運動するように校正する際に、機械爪が常に牽引軌道と垂直しながらヘリコプターの運動を追跡する。

【0008】

前記広角カメラは、急速係留装置における後壁の中央位置に取り付けされていると共に、急速係留装置の運動を追跡する。急速係留装置と縦方向牽引装置は、ヘリコプターが運動するように牽引する際に、広角カメラがヘリコプターにおける前輪の姿勢を常に即時で撮影する。

【0009】

前記縦方向牽引装置は、ヘリコプターが運動するように牽引する際に、急速係留装置が常に牽引軌道に沿ってヘリコプターの運動を追跡する。前記縦方向牽引装置は、軌道における急速係留装置の位置を記録するためのエンコーダーを含み、前記牽引軌道は、牽引軌道の第一部分、牽引軌道の第二部分、牽引軌道の第三部分、牽引軌道の第四部分及び牽引軌道の第五部分に分けられる。

【0010】

前記制御システムは、ＤＳＰ制御手段とＭＣＵ制御手段を含み、前記ＤＳＰ制御手段は、ヘリコプターにおける前輪の姿勢画像を処理し、ヘリコプター座標系とデッキ座標系を作成し、後輪の位置座標を算出し、牽引提示線について境界を判断し、ヘリコプターの運動経路への記憶と抽出を行うためのものであり、前記ＭＣＵ制御手段は、横方向位置制御命令と縦方向位置制御命令を生成するためのものである。

【0011】

前記ヘリコプターは、前輪、第一後輪及び第二後輪を含み、前記前輪は、ヘリコプターの尾端に取り付けられ、大きい偏心距離を有した全方向性ホイールである。

【0012】

前記海上で作業を行うヘリコプターに適用される牽引、校正及び入庫を全自動で行う方法は、以下のステップを有する。

【0013】

ステップＳ１は、ヘリコプターにおける前輪の姿勢画像を採集する。ヘリコプター稼働システムは、自動制御モードに入って、広角カメラによりヘリコプターにおける前輪の現在姿勢画像を採集する。

【0014】

ステップＳ２は、ヘリコプターにおけるヨー角と前輪の偏角を算出する。ＤＳＰ制御手段は、採集されたヘリコプターにおける前輪の姿勢画像を処理し、特徴情報を抽出し、ヘリコプターにおけるヨー角とヘリコプターにおける前輪の偏角を算出する。前記特徴情報は、ヘリコプターにおける前輪ハブ、タイヤ及び回転軸の輪郭のピクセルのマトリックスを含み、輪郭のピクセルのマトリックス特徴に基づいてヘリコプターにおける前輪の偏角を直接的に取得する。

【0015】

ステップＳ３は、デッキ座標系においてヘリコプターにおける前輪、第一後輪及び第二後輪の位置座標を算出する。ヘリコプター座標系とデッキ座標系を作成し、座標変換関係とヘリコプターのヨー角とに基づいて、デッキ座標系においてヘリコプターにおける前輪、第一後輪及び第二後輪の位置座標を算出する。

【0016】

ステップＳ３１は、ヘリコプター座標系を作成し、ヘリコプターサイズパラメータとヘリコプターヨー角に基づいて、ヘリコプター座標系においてヘリコプターにおける前輪、第一後輪及び第二後輪の位置座標を算出する。前記ヘリコプター座標系は、ヘリコプターの係留棒を原点、ヘリコプターヨー角が0°である場合にヘリコプターの中心軸線をy₀軸、機首を表示する方向をy₀軸正方向、y₀軸と垂直する射出線をx₀軸、船体右舷を指向する方向をx₀軸正方向とする。

【0017】

ステップＳ３２は、デッキ座標系を作成する。前記デッキ座標系は、船舶デッキ牽引軌道の起点を座標原点、牽引軌道における始まり部分の中心軸線をy軸、機首を表示する方向をy軸正方向、y軸と垂直する射出線をx軸、船体右舷を表示する方向をx軸正方向とする。デッキ座標系においては、牽引軌道の数学方程式と牽引指示線の軌跡方程式を作成する。

【0018】

ステップＳ３３は、デッキ座標系においてヘリコプターにおける前輪、第一後輪及び第二後輪の位置座標が、ヘリコプター座標系からデッキ座標系までの座標変換関係に基づいて算出されたものである。

【0019】

ステップＳ４は、ヘリコプターにおける前輪、第一後輪及び第二後輪と牽引指示線とについて境界を判断する。デッキ座標系において、ヘリコプターにおける前輪、第一後輪及び第二後輪の位置座標と牽引軌道の数学方程式、牽引指示線軌跡の方程式とについて、位置の境界を判断する。点から線までの距離に基づいてヘリコプターにおける前輪、第一後輪及び第二後輪の位置座標と対応する牽引指示線軌跡の方程式との対応関係を算出する。前記対応関係は、牽引指示線に対して内方、上方及び外方という三つの場合を含む。

【0020】

ステップＳ５は、ヘリコプターに適合される最適な運動経路を抽出する。ヘリコプターにおける前輪、第一後輪及び第二後輪について境界を判断した結果とヘリコプターの前輪の偏角とに基づいて、知識ベースから、現在の姿勢になっているヘリコプターに適合される最適な運動経路を抽出する。前記知識ベースは、大量の手動で操作して実践することによりなされたものであって、Ｃ言語でＤＳＰ制御手段の実行文をプログラミングしたものである。

【0021】

ステップＳ６は、抽出されたヘリコプターに適合される最適な運動経路に基づいて、横方向運動位置制御命令と縦方向運動位置制御命令を算出し、ヘリコプターが運動するように駆動する。一つの制御サイクルだけの最適な運動経路を選択すると、ＭＣＵ制御手段により急速係留装置の油圧駆動システムに横方向校正位置の制御命令を送信し、縦方向牽引装置の油圧駆動システムに縦方向牽引位置の制御命令を送信し、急速係留装置と縦方向牽引装置によりヘリコプターが運動するように駆動する。

【0022】

ステップＳ７は、ヘリコプターに牽引、校正及び入庫を自動で行うことが終わるまで、ステップＳ１乃至ステップＳ６を繰り返して実行する。ヘリコプターが実際に運動している際に、先の制御サイクルにあったヘリコプターの最新姿勢に基づいて最適な運動経路に補償と調整を行うことにより、ヘリコプターが抽出された最適な運動経路に従って飛行機の倉庫方向へ運動するように保証する。

【0023】

なお、前記ステップＳ２は、具体的に、以下のステップを含む。
ステップＳ２１は、ヘリコプターにおける前輪の輪郭のピクセルのマトリックスが画像全体に位置する位置に基づいて、広角カメラの中心軸線に対するヘリコプター機体の偏角θを算出する。

【0024】

Ｓ２２は、ヘリコプターにおける前輪の輪郭のピクセルのマトリックスに基づいて、縦方向においてヘリコプターの前輪の垂直偏向距離ｈを取得すると

ヘリコプターの前輪が姿勢画像に占めている輪郭のピクセルのマトリックスにおいて横方向と縦方向についてピクセルの数を示す。

ヘリコプターの係留棒との間における垂直距離を示す。

【0025】

好ましく、前記ステップＳ３１において、ヘリコプター座標系における前記ヘリコプターの前輪の位置座標が

【0026】

ヘリコプター座標系における前記第一後輪の位置座標が

【0027】

ヘリコプター座標系における前記第二後輪の位置座標が

【0028】

好ましく、前記ステップＳ３３は、具体的に以下のステップを含む。

【0029】

そのうち、y₁ は、牽引動力装置に取り付けられたエンコーダーにより取得されたものであって、急速係留装置が牽引軌道に沿って運動する位置を示す。Y₄,Y₅,Y₆,Y₇,Y₈ は、それぞれ、牽引軌道における第一部分、第二部分、第三部分、第四部分及び第五部分についてy方向の長さを示す。Y は、牽引軌道における第三部分の長さを示す。l は、牽引軌道における第二部分と第四部分について円弧の長さを示す。X₂ は、牽引軌道における第

【0030】

【0031】

好ましく、前記ステップＳ３２において、前記牽引指示線は、左牽引指示線と右牽引指示線を含み、前記左牽引指示線と右牽引指示線との対称中線が前記牽引軌道となり、前記牽引軌道の数学方程式が

そのうち、X₃ は、y軸と牽引軌道における第五部分との間の距離を示す。

【0032】

前記左牽引指示線の軌跡方程式が

そのうち、X₁ は、左牽引指示線と牽引軌道との距離を示す。Y₁,Y₂,Y₃ は、それぞれ左牽引指示線における第一部分、第二部分及び第三部分についてy方向の長さを示す。

【0033】

前記右牽引指示線の軌跡方程式が

好ましく、ヘリコプターのヨー角が0°である場合に、広角カメラとヘリコプター機体の軸線とが重ね合わせられることになり、広角カメラが牽引軌道を中心線とする±±37.5°の範囲にヘリコプターにおける前輪の画像状態を取得する。

【発明の効果】

【0034】

従来技術に比べると、本発明による技術の進歩性が以下の通りである。

【0035】

１、本発明が開示する海上で作業を行うヘリコプターに適用される牽引、校正及び入庫を全自動で行うシステム及び方法は、従来のヘリコプター急速回收システムに基づいて、急速係留装置にヘリコプターの前輪画像を採集するための広角カメラだけを取り付けることになるため、従来のシステムとの交換性が極めて高い。

【0036】

２、本願は、牽引軌道が湾曲可能なヘリコプターに適合される牽引、校正及び入庫を全自動で行う方法を、進歩性をもって提出してきた。それは、具体的に、ヘリコプターの前輪画像に基づいてヘリコプターにおけるヨー角と前輪の偏角を算出すること、ヘリコプターにおける座標系とデッキ座標系を作成し、座標転換関係に基づいて、デッキ座標系においてヘリコプターにおける各後輪の位置を算出すること、牽引指示線の方程式と共に境界を判断すること、判断結果に基づいて操作経験知識ベースから現在の姿勢になっているヘリコプターの運動に適合される最適な経路を抽出すること、調整可能な制御長さにより牽引と校正を行うために補償と制御を即時で行うことができること、最終に、ヘリコプターが飛行機の倉庫に戻るように牽引と校正を自動で行う目的を図るまで、前記操作を繰り返すことを含む。

【0037】

３、本発明が提供する海上で作業を行うヘリコプターに適用される牽引、校正及び入庫を全自動で行うシステム及び方法は、実施を行う際に、人の関与が必要にならず、海上で作業をヘリコプターが稼働するように操作する難しさが大幅に低くなる。それと同時に、係る方法は、ヘリコプターが稼働している際に作業の効率を効果良く高め、艦船に位置する操作員ら及びヘリコプターの安全性が極めて保障される。

【図面の簡単な説明】

【0038】

以下の図面を読みながら制限性を持たない実施例を詳しく理解すると、本願に係る他の特徴、目的や利点が一層明確になるだろう。

【図1】本発明に係る海上で作業を行うヘリコプターに適用される牽引、校正及び入庫を全自動で行う方法を実行するフローチャートである。

【図2】本発明に係るヘリコプターの前輪の画像識別原理を示す模式図である。

【図3】本発明に係るヘリコプターの座標系を示す模式図である。

【図4】本発明に係るデッキ座標系を示す模式図である。

【図5】本発明に係る海上で作業を行うヘリコプターに適用される牽引、校正及び入庫を全自動で行うシステムの枠組み及びそれの作動する過程を示す模式図である。

【図6】本発明に係るヘリコプターの稼働する過程を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0039】

以下、図面を参照しながら実施例に基づいて本願を詳しく説明する。理解可能なことは、ここで記載する具体的な実施例が、前記発明を限定するものでなく、関連する発明を解釈するためのものである。なお、さらに、説明するのは、記載を便宜にするために、図面において発明に関連している部分だけを示す。

【0040】

説明すべきことは、矛盾が無ければ、本願の実施例及び実施例における特徴を互いに組み合わせてもよい。以下に、図面を参照しながら実施例に基づいて本願を詳しく説明する。

【0041】

図３、図４及び図５を参照すると、海上で作業を行うことに適用される牽引、校正及び入庫を全自動で行うシステムは横方向にヘリコプター３．９の運動を校正するための急速係留装置３．４、ヘリコプターの前輪３．１の姿勢を採集するための広角カメラ３．３、縦方向にヘリコプター３．９が運動するように牽引するための縦方向牽引装置４．１１、ＤＳＰ制御手段５．１とＭＣＵ制御手段５．２で構成された制御システム、並びに、ヘリコプター３．９及びヘリコプターの係留棒３．５を含む。

【0042】

前記海上で作業を行うヘリコプターに適用される牽引、校正及び入庫を全自動で行うシステムは、以下の特徴を有する。

【0043】

前記急速係留装置３．４には、機械爪３．６が取り付けられている。前記機械爪３．６は、ヘリコプター３．９の下部に取り付けられたヘリコプターの係留棒３．５と円柱サブ接続されている。急速係留装置３．４により横方向にヘリコプター３．９が運動するように校正する場合には、機械爪３．６が常に牽引軌道４．９と垂直にしながらヘリコプター３．９の運動を追跡する。

【0044】

前記広角カメラ３．３は、急速係留装置３．４における後壁の中央位置に取り付けられ、急速係留装置３．４の運動を追跡する。急速係留装置３．４と縦方向牽引装置４．１１によりヘリコプター３．９が運動するように牽引する場合には、広角カメラ３．３がヘリコプター３．９における前輪３．１の姿勢を常に即時で撮影することができる。

【0045】

前記縦方向牽引装置４．１１は、ヘリコプター３．９が運動するように牽引する際に、急速係留装置３．４が常に牽引軌道４．９に沿ってヘリコプター３．９の運動を追跡する。前記縦方向牽引装置４．１１は、軌道における急速係留装置３．４の位置を記録するためのエンコーダー４．１２を含み、前記牽引軌道４．９は、牽引軌道の第一部分４．４、牽引軌道の第二部分４．５、牽引軌道の第三部分４．６、牽引軌道の第四部分４．７及び牽引軌道の第五部分４．８に分けられる。

【0046】

前記制御システムは、ＤＳＰ制御手段５．１とＭＣＵ制御手段５．２を含み、前記ＤＳＰ制御手段５．１は、ヘリコプターにおける前輪３．１の姿勢画像を処理し、ヘリコプター３．９における座標系とデッキ座標系４．１を作成し、後輪位置座標を算出し、牽引提示線について境界を判断し、ヘリコプター３．９の運動経路への記憶と抽出を行うためのものであり、前記ＭＣＵ制御手段５．２は、横方向位置制御命令と縦方向位置制御命令を生成するためのものである。

【0047】

前記ヘリコプター３．９は、前輪３．１、第一後輪３．７及び第二後輪３．８を含み、前記前輪３．１は、ヘリコプター３．９の尾端に取り付けられており、比較的大きい偏心距離を有した全方向性ホイールである。

【0048】

図１は、発明に係る海上で作業を行うヘリコプターに適用される牽引、校正及び入庫を全自動で行う方法の実行流れを示しており、具体的に以下のステップを含む。

【0049】

ステップＳ１は、ヘリコプターにおける前輪３．１の姿勢画像を採集する。ヘリコプター３．９の稼働システムは、自動制御モードに入って、広角カメラ３．３により現在のヘリコプターの前輪３．１の姿勢画像を採集する。ヘリコプター３．９のヨー角が０°である場合には、広角カメラ３．３とヘリコプター中央軸線３．２が重ね合わせられることになり、広角カメラ３．３は、牽引軌道４．９を中心線とした±３７．５°の範囲内にヘリコプターにおける前輪３．１の姿勢画像を取得する。

【0050】

ステップＳ２は、図２に示すように、ヘリコプター３．９にけるヨー角と前輪の偏角を算出する。ＤＳＰ制御手段５．１は、採集されたヘリコプターの前輪３．１の姿勢画像を処理して、特徴情報を抽出し、ヘリコプター３．９におけるヨー角とヘリコプター前輪３．１の偏角を算出する。特徴情報は、ヘリコプターにおける前輪３．１のハブ、タイヤ及び回転軸の輪郭のピクセルのマトリックスを含み、輪郭のピクセルのマトリックス特徴に基づいてヘリコプター前輪３．１の偏角を直接に取得する。

【0051】

ステップＳ２１は、図２に示すように、広角カメラ３．３が撮影したヘリコプターの前輪の画像全体２．４において、ヘリコプターの前輪の正方向位置２．１と対応しているピクセルのマトリックスが２．５になり、ヘリコプターの前輪の偏向位置２．３と対応しているピクセルのマトリックスが２．６になる。それによりヘリコプターの前輪の回転軸と広角カメラの中央軸線２．２とに対するヘリコプター３．９の機体の偏角θ を算出することができる。

【0052】

ステップＳ２２は、広角カメラ３．３によりヘリコプター前輪３．１の姿勢画像２．４全体を採集した輪郭のピクセルのマトリックスをM×Nとすると、ヘリコプター前輪３．１の輪郭のピクセルのマトリックス２．５と２．６に基づいて、縦方向におけるヘリコプター前輪３．１の垂直偏向距離hを取得すると、

いる状態にある場合に、ヘリコプター前輪３．１が姿勢画像２．４の全体に占めている輪郭のピクセルのマトリックスにおいて横方向と縦方向についてピクセルの数を示す。

【0053】

ヘリコプター前輪３．１の中心軸とヘリコプターの係留棒３．５との間における垂直距離を示す。

【0054】

ステップＳ３は、デッキ座標系４．１において、ヘリコプターにおける前輪３．１、第一後輪３．７及び第二後輪３．８の位置座標を算出する。ヘリコプター３．９における座標系とデッキ座標系４．１を作成し、座標変換関係とヘリコプター３．９のヨー角に基づいて、デッキ座標系４．１においてヘリコプターにおける前輪３．１、第一後輪３．７及び第二後輪３．８の位置座標を算出する。

【0055】

ステップＳ３１は、図３に示すように、ヘリコプター３．９の座標系を作成し、ヘリコプター３．９のサイズパラメータとヘリコプター３．９のヨー角に基づいて、ヘリコプター３．９座標系において、ヘリコプターにおける前輪３．１、第一後輪３．７及び第二後輪３．８の位置座標を算出する。ヘリコプター３．９の座標系は、ヘリコプターの係留棒３．５を原点、ヘリコプター３．９のヨー角が0°である場合に、ヘリコプター中心軸線３．２をy₀軸、機首を表示する方向４．１０をy₀軸正方向、y₀軸と垂直する射出線をx₀軸、船体右舷を表示する方向をx₀軸正方向とする。

【0056】

ヘリコプター座標系におけるヘリコプター前輪３．１の位置座標が

【0057】

ヘリコプター座標系における第一後輪３．７の位置座標が

座標を示す。L₂ は、ヘリコプターの係留棒３．５からヘリコプター前輪３．１の軸線までの垂直距離を示す。ヘリコプターの前輪３．１の軸線が第一後輪３．７と第二後輪３．８との中心軸線である。W は、第一後輪３．７と第二後輪３．８との間の距離を示す。

【0058】

ヘリコプター座標系における第二後輪３．８の位置座標が

【0059】

ステップＳ３２は、図４に示すように、デッキ座標系４．１を作成する。デッキ座標系４．１は、船舶デッキ牽引軌道４．９の起点を座標原点、牽引軌道４．９における始まり部分の中心軸線をy軸、機首を表示する方向４．１０をy軸正方向、y軸と垂直する射出線をx軸、船体右舷を表示する方向をx軸正方向とする。デッキ座標系４．１においては、牽引軌道４．９の数学方程式と牽引指示線の軌跡方程式を作成する。

【0060】

牽引指示線は、左牽引指示線４．２と右牽引指示線４．３を含み、左牽引指示線４．２と右牽引指示線４．３との対称中線が牽引軌道４．９となり、牽引軌道４．９の数学方程式が

そのうち、X₂ は、牽引軌道４．９における第四部分の円弧と対応する円心O₂のx方向座標を示す。X₃ は、y軸と牽引軌道４．９における第五部分との間の距離を示す。Y₄,Y₅,Y₆,Y₇,Y₈ は、それぞれ牽引軌道４．９において第一部分、第二部分、第三部分、第四部分及び第五部分についてy方向の長さを示す。l は、牽引軌道４．９において第二部分と第

【0061】

左牽引指示線４．２の軌跡方程式が

そのうち、X₁ は、左牽引指示線４．２と牽引軌道４．９との距離を示す。Y₁,Y₂,Y₃ は、それぞれ、左牽引指示線４．２において、第一部分、第二部分及び第三部分についてy方向の長さを示す。

【0062】

右牽引指示線４．３の軌跡方程式が

ステップＳ３３は、デッキ座標系４．１において、ヘリコプターにおける前輪３．１、第一後輪３．７及び第二後輪３．８の位置座標がヘリコプター座標系からデッキ座標系４．１までの座標変換関係に基づいて算出されたものである。

【0063】

ステップＳ３３１は、ヘリコプター座標系において原点の位置は、急速係留装置３．４が運動するに伴い常に変化するものである。急速係留装置３．４が牽引軌道４．９に沿って運動することから、縦方向牽引装置４．１１に取り付けられたエンコーダー４．１２により、牽引軌道４．９における急速係留装置３．４の位置を取得することができると共に、急速係留装置３．４に対する機械爪３．６の位置に基づいて急速係留装置３．４に対するヘリコプターの係留棒３．５の位置を取得することができる。ヘリコプター座標系からデッキ座標系４．１までの座標変換関係を算出し、先に、デッキ座標系４．１におけるヘリコプター座標系原点の座標を算出し、つまり、デッキ座標系４．１におけるヘリコプタ

そのうち、y₁ は、牽引動力装置に取り付けられたエンコーダー４．１２により取得されたものであって、急速係留装置３．４が牽引軌道４．９に沿って運動する位置を示し、Y は、牽引軌道における第三部分４．６の長さを示す。

【0064】

【0065】

ステップＳ４は、ヘリコプターにおける前輪３．１、第一後輪３．７及び第二後輪３．８と牽引指示線とについて、境界を判断する。デッキ座標系４．１においてヘリコプターにおける前輪３．１、第一後輪３．７及び第二後輪３．８の位置座標と牽引軌道４．９の数学方程式、牽引指示線軌跡の方程式について、境界を判断する。点から線までの距離に基づいてヘリコプターにおける前輪３．１、第一後輪３．７及び第二後輪３．８の位置座標と、対応する牽引指示線軌跡の方程式との対応関係を算出する。対応関係は、牽引指示線に対して、内方、上方及び外方という三つの場合を含む。ヘリコプター３．９が運動している際に牽引指示線の内方に位置するように確保することにより、ヘリコプターの係留棒３．５の運動する路線を選択するために根拠を提供する。

【0066】

ステップＳ５は、ヘリコプター３．９に適合される最適な運動経路を抽出する。ヘリコプターにおける前輪３．１、第一後輪３．７及び第二後輪３．８について境界を判断した結果と、ヘリコプターにおける前輪３．１の偏角とに基づいて、知識ベースから、現在の姿勢になっているヘリコプター３．９に適合される最適な運動経路を抽出する。知識ベースは、大量の手動で操作して実践することによりなされたものであって、Ｃ言語によりＤＳＰ制御手段５．１の実行文をプログラミングしたものである。

【0067】

ステップＳ６は、抽出されたヘリコプター３．９に適合される最適な運動経路に基づいて、横方向運動位置制御命令と縦方向運動位置制御命令を算出し、ヘリコプター３．９が運動するように駆動する。一つの制御サイクルだけの最適な運動経路を選択すると、ＭＣＵ制御手段５．２により、急速係留装置３．４の油圧駆動システムに横方向校正位置の制御命令を送信し、縦方向牽引装置４．１１の油圧駆動システムに縦方向牽引位置の制御命令を送信し、急速係留装置３．４と縦方向牽引装置４．１１によりヘリコプター３．９が運動するように駆動する。

【0068】

ステップＳ７は、ヘリコプター３．９に牽引、校正及び入庫を自動で行うことが終わるまで、ステップＳ１乃至ステップＳ６を繰り返して実行する。ヘリコプター３．９が実際に運動している際に、先の制御サイクルにあったヘリコプター３．９の最新姿勢に基づいて、最適な運動経路について補償と調整を行うことにより、ヘリコプター３．９が抽出された最適な運動経路に従って飛行機の倉庫方向へ運動するように保証する。

【0069】

本発明は、実際に大量の操作に基づいて建立完璧な知識ベースを作成し、具体的に、デッキにおけるヘリコプター３．９の現在位置、ヨー角及び前輪の偏角に従って適合な運動軌跡を選択し、横方向校正と縦方向について牽引位置の制御命令を生成することにより、ヘリコプター３．９の運動方向を制御する。図５に示すように、横方向制御命令と縦方向制御命令に従って、急速係留装置３．４におけるＭＣＵ制御手段５．２により急速係留装置３．４の油圧システムと縦方向牽引装置４．１１の油圧システムを制御し、次に、ヘリコプター３．９が運動するように駆動する。一つの制御サイクルだけのサイクルが済むと、ヘリコプター３．９を飛行機の倉庫に牽引したかどうかについて判断を行う。さもなければ、ヘリコプター３．９を飛行機の倉庫に自動で校正しながら牽引するまで、上記において、ヘリコプターにおける前輪３．１の画像について採集と処理を行うこと、ヘリコプター３．９における後輪の位置を算出すること、ヘリコプター３．９について位置の境界を判断すること、運動経路を選択することなどのステップを繰り返し実行する。ヘリコプター３．９が稼働している模式図は図６であり、そのうち、ヘリコプターの係留棒３．５の運動した軌跡線は、自動で牽引と校正を行う際にヘリコプターの係留棒が運動した軌跡線６．１となる。

【0070】

以上より、本発明が提出する、海上で作業を行うヘリコプターに適用される牽引、校正及び入庫を全自動で行うシステム及方法は、従来のヘリコプター急速回收システムに基づいて、急速係留装置にヘリコプターにおける前輪の画像を採集するための広角カメラだけを追加する。このことにより、ヘリコプターにおけるヨー角と前輪の偏角を算出し、ヘリコプターにおける座標系とデッキ座標系を作成し、座標転換関係に基づいてヘリコプターにおける各後輪がデッキ座標系に位置する位置を算出することができる。次に、牽引指示線方程式と共に境界を判断し、判断された結果に基づいて、操作経験知識ベースから、現在の姿勢になっているヘリコプターの運動に適合される最適な経路を抽出し、調整可能な制御長さにより牽引と校正を行うために補償と制御を即時で行うことができる。最終に、ヘリコプターが飛行機の倉庫に戻るように牽引と校正を自動で行う目的を図るまで、前記操作を繰り返す。係る方法を実施する際に人の関与が必要にならず、海上で作業をヘリコプターが稼働するように操作する難しさが大幅に低くなり、ヘリコプターの稼働する作業の効率が高まり、艦船に位置する操作員ら及びヘリコプターの安全性が保障される。係る方法は、知能化が高い、全自動ができ、効率と安全性が高いなどの著しい特色を有しており、船舶や軍事産業などの分野に重要な実用価値を持っている。特に、海上で作業を行うヘリコプターを自動で牽引する分野にとって重要な価値を持っている。

【0071】

最後に説明するのは、以上実施例が本発明の技術手段を説明するためのものに過ぎず、それを限定するものでない。上記の実施例を参照しながら本発明を詳しく説明したが、当業者にとって理解するべきことは、依然として本発明を補正したり均等置換を行いたりすることも可能であり、本発明の趣旨や範囲を逸脱しない限りなされる如何なる補正や局所的置換があれば、いずれも、本発明の特許請求の範囲に含まれるべきである。

【符号の説明】

【0072】

２．１ ヘリコプターの前輪が位置する正方向位置
２．２ ヘリコプターの前輪の回転軸と広角カメラの中央軸線
２．３ ヘリコプターの前輪が偏向した位置
２．４ 広角カメラが採集した画像全体
２．５ ヘリコプターの前輪の正方向位置の画像のピクセルのマトリックス
２．６ ヘリコプターがヨーイングする場合に前輪が位置している画像のピクセルのマトリックス
３．１ ヘリコプターの前輪
３．２ ヘリコプターの中央軸線
３．３ 広角カメラ
３．４ 急速係留装置
３．５ ヘリコプターの係留棒
３．６ 機械爪
３．７ 第一後輪
３．８ 第二後輪
３．９ ヘリコプター
４．１ デッキ座標系
４．２ 左牽引指示線
４．３ 右牽引指示線
４．４ 牽引軌道の第一部分
４．５ 牽引軌道の第二部分
４．６ 牽引軌道の第三部分
４．７ 牽引軌道の第四部分
４．８ 牽引軌道の第五部分
４．９ 牽引軌道
４．１０ 機首方向
４．１１ 縦方向牽引装置
４．１２ エンコーダー
５．１ ＤＳＰ制御手段
５．２ ＭＣＵ制御手段
６．１ 牽引と校正を自動で行う際にヘリコプターの係留棒が運動する軌跡線

【要約】      （修正有）

【課題】海上で作業を行うヘリコプターに適用される牽引、校正及び入庫を全自動で行うシステム及び方法を提供する。
【解決手段】ヘリコプターの前輪の姿勢画像を広角カメラにより採集すること、ヘリコプターにおけるヨー角と前輪の偏角を算出、デッキ座標系においてヘリコプターにおける前輪、第一後輪及び第二後輪の位置座標を算出して牽引指示線について境界を判断、ヘリコプターの運動に適合される最適な経路をＤＳＰ制御手段にて抽出すること、横方向運動位置制御命令と縦方向運動位置制御命令をＭＣＵ制御手段にて算出すること、ヘリコプターが運動するように縦方向牽引装置油圧駆動システムおよび急速係留装置油圧駆動システムにて駆動すること、牽引、校正及び入庫を自動で行うことが終わるまで、前記操作を繰り返して実行することを含む。
【選択図】図５

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】