【】本发明涉及机械臂遥操作任务的评价方法，尤其涉及一种七自由度空间机械臂遥操作任务训练的评价系统与方法，属于机械臂遥操作任务评价领域。
背景技术
0、
背景技术：
1、随着我国天宫空间站的建成与发展，空间机械臂在后续的空间站运维与发展阶段中扮演着关键的角色，这也对操作人员自身的空间机械臂操作能力提出了更高的要求，其控制的准确性和效率将直接决定舱外巡检、舱段转位、舱段对接、载人出舱等任务能否顺利进行。由于空间机械臂结构具备特殊性和复杂性，操作人员需要具备专业的技能和大量的训练经验才能进行有效地操作。因此，在操作人完成空间机械臂遥操作任务训练后，应当综合任务场景和操作人员表现，确定空间机械臂遥操作任务训练评估方法。
2、目前针对空间机械臂遥操作任务训练结果普遍采用人工主观评价的方法，同时也缺乏一套空间机械臂遥操作任务训练的综合评估指标。人工评估容易受到主观因素的影响，评估者的个人偏好、情绪等因素可能导致评估结果的不一致性和不准确性。此外，人工评估需要投入大量的人力资源，包括培训评估员、组织评估过程、收集和整理数据等，这增加了时间和成本的负担。缺乏明确的指标体系也会导致评估结果的主观性和不一致性，使得评估结果难以进行跨项目或跨机构的比较和分析。
技术实现思路
0、
技术实现要素：
1、有鉴于此，本发明提供了一种空间机械臂遥操作任务训练的评价方法，以实现空间机械臂遥操作任务训练综合评价指标，衡量培训的成效和操作人员的实际能力水平。
2、本发明实施例提供了一种空间机械臂遥操作任务训练的评价方法，其特征在于，所述方法包括：
3、根据情景感知评价指标、故障研判评价指标、避障规划评价指标、安全保障评价指标、操作稳定性评价指标、操作效率评价指标、资源利用率评价指标、任务完成效率评价指标，确定空间机械臂遥操作任务训练综合评价指标；
4、获取空间机械臂遥操作任务训练综合评价指标中各项指标的原始权重系数；
5、根据空间机械臂遥操作任务训练综合评价指标，在空间机械臂遥操作任务训练过程中，采集空间机械臂数据和训练人员操作数据，并对采集到的空间机械臂数据和训练人员操作数据进行正向标准化处理，得到正向标准化处理后的空间机械臂数据和正向标准化处理后的训练人员操作数据；
6、根据原始权重系数、正向标准化后的空间机械臂数据和正向标准化后的训练人员操作数据，对原始权重系数进行调整，得到调整后的指标综合权重系数；
7、根据正向标准化后的空间机械臂数据和正向标准化后的训练人员操作数据以及调整后的指标综合权重系数，计算得到空间机械臂遥操作任务训练得分。
8、上述方法中，所述根据情景感知评价指标、故障研判评价指标、避障规划评价指标、安全保障评价指标、操作稳定性评价指标、操作效率评价指标、资源利用率评价指标、任务完成效率评价指标确定空间机械臂遥操作任务训练综合评价指标，包括：
9、如图2所示，空间机械臂遥操作任务训练综合评价指标包括：任务处理指标、实时操作指标、任务完成度指标；
10、任务处理指标包括：情景感知评价指标、故障研判评价指标、避障规划评价指标、安全保障评价指标；
11、实时操作指标包括：操作稳定性评价指标、操作效率评价指标；
12、任务完成度指标包括：资源利用率评价指标、任务完成效率评价指标；
13、以及，所述情景感知评价指标包括：
14、巡检关键节点选择准确率，用于表征训练人员在空间机械臂遥操作任务中选择的巡检路线与标准路线的一致程度；
15、障碍物分析准确率，用于表征训练人员在空间机械臂遥操作任务中研判的障碍物位置情况与障碍物实际情况的一致程度；
16、捕获时机，用于表征训练人员在空间机械臂遥操作任务中选择的空间机械臂对于目标物体的捕获时间；
17、捕获位姿，用于表征训练人员在空间机械臂遥操作任务中准备捕获目标物体时设定的空间机械臂关节角度；
18、所述故障研判评价指标包括：
19、故障发生点判断准确率，用于表征训练人员在空间机械臂遥操作任务中认定的故障发生点位与实际故障发生点位的一致程度；
20、故障类型判断准确率，用于表征训练人员在空间机械臂遥操作任务中认定的故障类型与实际故障类型的一致程度；
21、所述避障规划评价指标包括：
22、规划关节角度，用于表征空间机械臂遥操作任务中规划得到的空间机械臂各关节角度；
23、规划关节角速度，用于表征空间机械臂遥操作任务中规划得到的空间机械臂各关节角速度；
24、路径规划成功率，用于表征训练人员在空间机械臂遥操作任务中进行有效路径规划的次数；
25、所述安全保障评价指标包括：
26、碰撞距离，用于表征空间机械臂与环境障碍物之间的距离；
27、碰撞发生次数，用于表征训练人员在空间机械臂遥操作任务中造成空间机械臂与环境障碍物发生碰撞的次数。
28、以及，所述操作稳定性评价指标包括：
29、末端加速度，用于表征训练人员在空间机械臂遥操作任务中通过手控器控制空间机械臂运动过程中机械臂末端在三维空间中的变化情况；
30、关节峰值力矩，用于表征训练人员在空间机械臂遥操作任务中通过手控器控制空间机械臂运动过程中关节所承受的最大力矩值；
31、对接准确率，用于表征训练人员在空间机械臂遥操作任务中通过手控器控制空间机械臂进行对接任务时，末端执行器与目标对象之间的位置和姿态的准确度；
32、所述操作效率评价指标包括：
33、前台操作次数，用于表征训练人员在空间机械臂遥操作任务中的键盘输入次数、点击次数或操作步骤的总数；
34、操作错误率，用于表征训练人员在空间机械臂遥操作任务中产生的错误操作数量与总操作次数的比率；
35、操作重复率，用于表征训练人员在空间机械臂遥操作任务中重复执行相同或类似操作的次数；
36、手柄操作时间，用于表征训练人员使用手柄控制空间机械臂的总时长。
37、以及，所述资源利用率评价指标包括：
38、能源消耗量，燃料消耗量，通信带宽占用率，该三项指标用于表征训练人员在空间机械臂遥操作任务中对于特殊资源的消耗；
39、关节距离，用于表征训练人员在空间机械臂遥操作任务中对于空间机械臂各关节造成的硬件损耗；
40、所述任务完成效率评价指标包括：
41、任务完成用时，用于表征训练人员完成各项子任务所用时间；
42、子任务完成数量，子任务数量，该两项指标用于表征训练人员的任务完成程度；
43、任务成功率，用于表征训练人员成功完成任务的次数与尝试完成任务的总次数的比率；
44、上述方法中，所述获取空间机械臂遥操作任务训练综合评价指标中各项指标的原始权重系数，包括：
45、构造判断矩阵步骤，包括：按照任务处理指标、实时操作指标、任务完成度指标将各项指标划分为三个评价框架。对于处于同一评价框架下的各评价指标进行两两比较，以确定两者的相对重要性，使用1-9进行标度，其中1表示两者具有相同的重要性，9表示一个比另一个极端重要；如果该评价框架下有n个待确定权重的指标，根据上述准则，可以构建n×n维判断矩阵其中j的元素aij表示第i个指标与第j个指标的重要程度之比且满足aij·aji＝1；
46、归一化处理步骤，包括：将上述判断矩阵j的元素按照列归一化后得到归一化矩阵，通过归一化矩阵即可求得权重向量
47、一致性指标步骤，包括：定义一致性指标ci与平均一致性指标ri的比值cr作为判断矩阵一致性的标准，其中λmax是判断矩阵的最大特征值，n是判断矩阵的维数，ri可根据判断矩阵维数查找平均随机一致性表得到；
48、计算判断矩阵一致性比例步骤，包括：根据计算判断矩阵一致性比例，如果该值小于一致性比例阈值，则一致性校验通过；
49、权重计算步骤，包括：对于一致性校验通过的判断矩阵j，通过对判断矩阵进行归一化处理，从而得到归一化后的判断矩阵对每一行求和，得到各项指标的原始权重系数向量ws＝[ws1,ws2,ws3,…,wsn]，其中wsi代表第i项指标的原始权重系数；
50、上述方法中，所述根据空间机械臂遥操作任务训练综合评价指标，在空间机械臂遥操作任务训练过程中，采集空间机械臂数据和训练人员操作数据，并对采集到的空间机械臂数据和训练人员操作数据进行正向标准化处理，得到正向标准化处理后的空间机械臂数据和正向标准化处理后的训练人员操作数据，包括：
51、正向化处理步骤，包括：极小型指标xi转化为对应的极大型指标xi＝xmax-xi，其中xmax是所有评估对象在该指标上的最大值；中间型指标xi转化为极大型指标其中xbest是该指标对应的最优值，m＝max{|xi-xbest|}；范围型指标xi转化为对应的极大型指标其中[a,b]是该指标的最优区间，m＝max{a-min{xi},max{xi}-b}；
52、将对应最优值越小越好的指标记为极小型指标，采集极小型指标对应的空间机械臂数据和训练人员操作数据，带入上述函数xi＝xmax-xi，得到xi作为极小型指标正向化值；
53、将对应最优值处于中间某值的指标记为中间型指标，采集中间型指标对应的空间机械臂数据和训练人员操作数据，带入上述函数得到xi作为中间型指标正向化值；
54、将对应最优值处于固定区间的指标记为范围型指标，采集范围型指标对应的空间机械臂数据和训练人员操作数据，带入上述函数得到xi作为范围型指标正向化值；
55、标准化处理步骤，包括：构建m×n维正向化矩阵其中m是评价对象个数，n是评价指标个数，xij是第i个评价对象采集到的第j项指标的数据，需要对正向化矩阵x中的每个元素xij进行列平方和标准化处理得到标准化矩阵其元素
56、上述方法中，所述根据原始权重系数、正向化后的空间机械臂数据和正向化后的训练人员操作数据，对原始权重系数进行调整，得到调整后的指标综合权重系数；
57、针对正向标准化后的空间机械臂数据和正向标准化后的训练人员操作数据，计算其中的第j项指标熵值对应的差异系数其中
58、计算第i项指标对应的权重系数其中n为指标个数；
59、对第i项指标的原始权重系数进行调整：定义第i项指标调整后的权重系数w'i＝twsi+(1-t)woi，其中wsi是指标原始权重系数向量ws中的第i个分量，即第i项指标所对应的原始权重系数，w'i为调整后的第i个指标综合权重系数，t表示指标权重系数的调整比例并介于0和1之间；
60、上述方法中，所述根据正向标准化后的空间机械臂数据和正向标准化后的训练人员操作数据以及调整后的指标综合权重系数，计算得到空间机械臂遥操作任务训练得分，包括：
61、定义s1为任务处理评价得分，s11为情景感知评价得分，s12为故障研判评价得分，s13为避障规划评价得分，s14为安全保障评价得分；给定情景感知评价指标的权重为0.3，故障研判评价指标的权重为0.2，避障规划评价指标的权重为0.2，安全保障评价指标的权重为0.3，综合上述得分得到任务处理评价得分：s1＝0.3s11+0.2s12+0.2s13+0.3s14；以及，
62、定义s2为实时操作评价得分，s21为操作稳定性评价得分，s22为操作效率评价得分；给操作稳定性评价指标的权重为0.6，操作效率评价指标的权重为0.4，综合上述两者得到实时操作评价得分：s2＝0.6s21+0.4s22；以及，
63、定义s3为任务完成度评价得分，s31为资源利用率评价得分，s32为任务完成效率评价得分；给定资源利用率评价指标的权重为0.5，任务完成效率评价指标的权重为0.5，综合上述两者得到任务完成度评价指标得分：s3＝0.5s31+0.5s32；以及，
64、综合任务处理、实时操作、任务完成度评价指标，得到空间机械臂遥操作任务训练综合评价指标；用s表示空间机械臂遥操作任务训练综合评价得分，给定任务处理、实时操作、任务完成度指标的权值分别为0.4，0.3，0.3，计算得到综合评价得分s＝0.4s1+0.3s2+0.3s3。
65、本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
66、本发明实施例的技术方案中，根据情景感知评价指标、故障研判评价指标、避障规划评价指标、安全保障评价指标、操作稳定性评价指标、操作效率评价指标、资源利用率评价指标、任务完成效率评价指标，确定空间机械臂遥操作任务训练综合评价指标，在确定指标框架后，经专家经验得到各项指标的原始权重系数，并根据指标采集对应的采集空间机械臂数据和训练人员操作数据，利用正向标准化后的空间机械臂数据和训练人员操作数据，对原始权重系数进行调整，得到指标综合权重系数，逐层计算得到空间机械臂遥操作任务训练得分。因此，通过本发明可以填补空间机械臂遥操作任务评价领域的空白并对空间机械臂遥操作任务训练结果进行合理评估，依据具体训练数据对各项指标的原始权重系数进行调整，避免主观判断和个人偏好的影响，为评价指标的权重分配提供了客观性，确保评价结果更加客观和可靠。
1.一种空间机械臂遥操作任务训练的评价方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的评价方法，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的评价方法，其特征在于，
4.根据权利要求2所述的评价方法，其特征在于，
5.根据权利要求2所述的评价方法，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的评价方法，其特征在于，获取空间机械臂遥操作任务训练综合评价指标中各项指标的原始权重系数，包括：
7.根据权利要求1所述的评价方法，其特征在于，对采集到的空间机械臂数据和训练人员操作数据进行正向标准化处理，得到正向标准化处理后的空间机械臂数据和训练人员操作数据，包括：
8.根据权利要求1所述的评价方法，其特征在于，根据原始权重系数、正向标准化处理后的空间机械臂数据和正向标准化处理后的训练人员操作数据，对各指标的原始权重系数进行相应调整，得到调整后的指标综合权重系数，包括：
9.根据权利要求1所述的评价方法，其特征在于，根据正向标准化处理后的空间机械臂数据和训练人员操作数据以及指标综合权重系数，计算得到空间机械臂遥操作任务训练得分，包括：
