[發明專利]一種用于登機橋自動對接飛機艙門的控制裝置及方法

在審

• 申請號: 202210326333.8
• 申請日: 2022-03-30
• 公開（公告）號: CN114802797A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 張成;黃磊;陳星筑
• 申請（專利權）人: 電子科技大學長三角研究院（湖州）
• 主分類號: B64F1/305
• 分類號: B64F1/305;G05D1/02
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 郭美

1.一種用于登機橋自動對接飛機艙門的控制裝置，其特征在于：包括有原登機橋PLC控制器、控制器和傳感器，所述控制器包括有計算處理單元、PLC按鈕控制單元、存儲單元、顯示交互單元、遠程控制單元和報警單元，所述傳感器包括有行走機構輪位角度反饋器、橋頭轉動角度反饋器、橋頭前方測距傳感器、接機口光電觸機開關、視覺攝像頭、十字激光發射單元、活動踏板水平角度反饋器、遮蓬觸機光電開關、遮蓬縮限位開關、調平輪壓合反饋器、光流傳感器和門保護器開關。

2.根據權利要求1所述的一種用于登機橋自動對接飛機艙門的控制裝置，其特征在于：所述原登機橋PLC控制器包括有行走機構控制單元、橋頭高度升級單元、橋頭角度轉動單元、遮蓬伸縮單元、調平輪投入單元、活動踏板調整單元、門保投入單元和計費單元。

3.根據權利要求2所述的一種用于登機橋自動對接飛機艙門的控制裝置，其特征在于：所述行走機構控制單元用于控制兩輪行走機構前進后退左轉右轉的方向和行走輪的轉動速度，所述橋頭高度升級單元用于控制升降機構調整登機橋橋頭高度，所述遮蓬伸縮單元用于控制登機橋風雨遮蓬的伸出和收回，所述調平輪投入單元用于打出和收回調平輪執行機構，所述活動踏板調整單元用于控制接機口踏板的水平，所述門保投入單元是用于啟動登機橋原系統中保護飛機艙門，所述計費單元是用于在完成登機橋對接飛機艙門后開啟對飛機停靠計時收費。

4.根據權利要求1所述的一種用于登機橋自動對接飛機艙門的控制裝置，其特征在于：所述計算處理單元是用于接收傳感器的數據并綜合計算控制策略，所述PLC按鈕控制單元是用于將計算處理單元給出的控制策略轉化并輸出到原登機橋PLC系統的控制按鈕上，所述存儲單元是將控制器系統運行過程中的數據進行保存形成工作日志，所述顯示交互單元是用于現場控制控制器系統和顯示控制器系統執行的結果，所述遠程控制單元是用于登機橋控制無人化，所述報警單元用于當控制器發現運行異常時發出報警。

5.根據權利要求1所述的一種用于登機橋自動對接飛機艙門的控制裝置，其特征在于：所述行走機構輪位角度反饋器是用于實時反饋登機橋行走機構輪子的轉動角度，所述橋頭轉動角度反饋器是用于實時反饋登機橋橋頭轉動機構的轉動角度，所述橋頭前方測距傳感器是用于測量登機橋接機口與飛機機身之間的距離，所述接機口光電觸機開關是用于檢測登機橋是否到達與飛機的最小距離，所述視覺攝像頭是用于拍攝飛機艙門，通過計算單元識別檢測艙門，所述十字激光發射單元是用于輔助視覺計算單元測量攝像頭檢測到艙門位置與十字激光圖案的像素差，所述活動踏板水平角度反饋器是用于測量活動踏板的傾斜角度，所述遮蓬觸機光電開關是用于檢測遮蓬是否即將貼合飛機，所述遮蓬縮限位開關是用于檢測遮蓬是否達到收縮極限，所述調平輪壓合反饋器是用于檢測調平輪是否正真的壓合在飛機機身上，所述光流傳感器是用于檢測調平輪是否發生打滑，所述門保護器開關是為了防止飛機或接機口移動而損傷艙門。

6.根據權利要求1-5任意一項所述的一種用于登機橋自動對接飛機艙門的控制裝置的控制方法，其特征在于，包括有以下步驟：

S1、控制器根據安裝在登機橋橋頭兩側的測距傳感器的測量值，來控制登機橋橋頭的左右轉向，使得橋頭兩側到飛機的距離相同，從而使得登機橋的接機口與飛機機身平行，并通過控制器控制登機橋的行走機構輪位角度與橋頭角度轉動至相同的角度；

S2、設置接機口下方兩個觸機光電單元和遮蓬上方兩個觸機光電單元的觸發距離為3cm，所述觸機光電單元為非接觸式反射傳感器可以保證光電開關觸發時接機口不會接觸到飛機；

S3、在登機橋接機口右下側安裝十字激光束發射器，安裝位置需要確保發射出的豎向激光與接機口右側間距為40cm-50cm，橫向激光與接機口下沿間距為20cm左右，這個數據也是登機橋對接艙門后艙門的右邊界和下邊界到接機口右側和下側的距離，調整這個兩個邊界參數即可控制對接后艙門的對接位置；

S4、計算處理單元根據視覺攝像頭拍攝的艙門畫面，對艙門位置進行識別檢測，計算出艙門右邊界和下邊界的擬合直線交匯點A,艙門檢測可以使用基于深度學習的目標檢測方法得到，或者通過其他圖像處理的方式得到艙門的擬合邊界等；

S5、計算處理單元根據視覺攝像頭拍攝畫面，畫面中十字激光束的交點B進行定位，并計算出艙門右邊界和下邊界的擬合直線交匯點A與十字激光束的交點B的水平和垂直像素差值X和Y；

S6、控制器根據像素差值Y來控制登機橋的橋頭高度，使得該像素值Y為0，由于登機口是與飛機機身平行的，且十字激光束正沖飛機射出，所以此時橋頭高度已經達到符合該艙門對接要求的高度；

S7、控制器根據像素誤差X和控制算法公式P₁X₀+D₁(X₀-X₁)＝ΔM，P₂ΔM₀+D₂(ΔM₀-ΔM₁)＝O

來控制行走機構輪位的偏轉角度和對行走機構輪位的控制輸出量，P₁、P₂、D₁、D₂為控制參數，該參數需要在登機橋運行的實際運動中調參，X₀為當前的水平像素差值，X₁為上一次的水平像素差值，△M為根據像素差值推算出的輪位偏轉角度，△M₀為當前推算輪位偏轉角，△M₁為上周期推算輪位偏轉角，O為對行走機構輪位的輸出控制量；

S8、在進行S6的同時控制器還需要給行走機構輪位增加前進的速度，該前進速度根據公式進行計算控制，則可以使得登機橋在對接前進過程中速度逐漸緩慢，直至對截至飛機艙門上，S是行走機構輪位前進速度控制輸出量，d_l和d_r分別是左側和右側接機測距傳感器測量值，k是控制參數，N是輸出基礎量，M是輸出最大量。由于登機橋的行走機構系統在給定輸入量小于N時行走機構不會運動，所以需要設置輸出基礎量，在對接過程中也需要設置最大輸出量M防止登機橋運動過快；

S9、在登機橋前進過程中，需要實時根據接機口兩側的距離測量值調整橋頭角度，使得接機口始終與飛機機身保持平行，這樣S6和S7的控制才可以保證登機橋對接艙門的準確度。

S10、在對接過程中重復S5、S7、S8、S9過程，使得登機橋以漸減速的形式對接飛機艙門，直至登機口兩個觸機光電單元有一個反饋到位信息則立即停止登機橋的運動，此時登機橋接機口與飛機機身距離最短為所預設值3cm，且接機口與飛機機身平行，接機口已經到達了對接飛機艙門的位置；

S11、接機口到位之后再次重復S4、S5，判斷點A與點B之間的誤差是否在運行的閾值以內，如果超出閾值則說明對接不滿足標準，發出報警并且自動觸發重新對接；

S12、重新對接時控制器控制登機橋行走機構輪位角度與橋頭角度相同后再進行行走機構后撤，以保證接機口是可以沿垂直機身方向后撤的，直至后撤至距離飛機機身1米處停止，重復S5至S11步驟，直至對接符合標準閾值，接機口到位后繼續執行后續操作；

S13、接機口到位后需要控制器控制遮蓬伸出，直至收到遮蓬觸機光電開關的反饋停止遮蓬運動；此時登機口已經完全扣在了飛機艙門上且與飛機機身距離保持3cm的安全距離。

S14、控制器控制打出調平輪，3秒后檢測調平輪壓合傳感器是否反饋壓合信號，如未壓合則發出警告信息。

S15、控制器根據活動踏板上的傾角傳感器的反饋值，自動調整活動踏板的傾斜角度，使得活動踏板的水平角度為零。

S16、控制器啟動登機橋的門保護器開關和計費開關，完成登機橋對接飛機艙門的過程。

S17、在完成登機橋艙門對接后，為了防止因調平輪打滑而導致接機口無法隨艙門上下運動的問題，控制器會根據安裝在調平輪一旁的光流傳感器來對飛機機身移動的程度進行檢測，超出設定移動閾值則控制器認為調平輪發生了打滑，控制器發出預警信息。