一种飞机除冰车智能控制系统及控制方法与流程

1.本发明涉及空港地面服务设备技术领域，具体而言，涉及一种飞机除冰车智能控制系统及控制方法。


背景技术：

2.飞机除冰车是寒冷地区机场及航空公司必备的飞机运行安全保障车辆之一。一旦遇到雨雪霜冻等恶劣天气，飞机表面就出现结冰霜冻情况，为保证飞行安全就必须要求飞机在起飞前进行除冰作业。飞机除冰车的工作原理是将加热后的除冰液喷洒到飞机表面，除去结冰，保障飞机的安全运行。
3.参考授权公告号为cn215098345u，名称为智能化电动飞机除冰车的实用新型专利，现有电动飞机除冰车利用电动汽车底盘、电加热系统加热除冰液。现有电动飞机除冰车包括电动汽车底盘、动力电池组、电动控制系统、高空作业装置、除冰喷洒系统、防冰喷洒系统、除冰液箱和防冰液箱。
4.飞机除冰车使用加热后的除冰液对飞机进行除冰作业，除冰作业时需由操作舱内的操作人员控制高空作业臂抵达飞机需除冰部位，操控除冰喷枪进行飞机除冰作业，除冰作业结束后，由操作人员控制高空作业臂收回到初始位置后，进行除冰车撤离。
5.参考公布号为cn112224442a的发明专利申请，公开了一种具有防碰撞系统的除冰车。参考公布号为cn115571367a的发明专利申请，公开了一种具有一键回位功能的除冰车。
6.现有的除冰车多为2人操作，一人在车辆驾驶室，另一人在操作舱，人力成本高；存在高空作业安全风险问题。


技术实现要素：

7.本发明就是要解决现有飞机除冰车工作时2人操作，人力成本高，存在高空作业安全风险的技术问题，提供一种飞机除冰车智能控制系统及控制方法。
8.本发明提供的飞机除冰车智能控制系统包括主控制器、臂架控制器、水炮控制器、图像采集模块、自动喷洒路径规划模块、飞机三维空间模型建立模块、触控屏、第一广角摄像头、第二广角摄像头、双目摄像头、激光雷达和云台摄像头，所述第一广角摄像头、第二广角摄像头分别与图像采集模块连接，所述图像采集模块与主控制器连接，所述触控屏与主控制器连接，所述自动喷洒路径规划模块与主控制器连接，所述飞机三维空间模型与自动喷洒路径规划模块连接，所述双目摄像头与飞机三维空间模型建立模块连接，所述激光雷达与飞机三维空间模型建立模块连接；所述云台摄像头通过通讯模块与图像采集模块连接；所述臂架控制器与主控制器连接，所述水炮控制器与主控制器连接。
9.本发明还公开一种应用飞机除冰车智能控制系统的控制方法，包括以下步骤：
10.在飞机除冰车的臂架展开过程中，第一广角摄像头、第二广角摄像头采集视频并且触控屏上显示该视频；
11.在臂架展开到位后，激光雷达、双目摄像头和飞机三维空间模型建立模块对飞机
创建三维空间模型，自动喷洒路径规划模块以三维空间模型为基础规划出除冰液自动喷洒路径，主控制器根据除冰液自动喷洒路径给臂架控制器、水炮控制器发出控制指令，臂架控制器使除冰车的臂架运动，进而使水炮按照规划好的路径运动，水炮控制器使水炮动作喷洒出除冰液；
12.在自动喷洒过程中，云台摄像头拍摄的水炮喷洒画面会在触控屏中显示。
13.优选地，使云台摄像头的视角与水炮的运动保持一致。
14.本发明的有益效果是，实现单人在驾驶室完成除冰作业、除冰车驾驶。操作者在驾驶室进行操控，舒适度高，安全性高。降低人力成本。实现自动除冰作业，智能化程度高。整个控制方法在触控屏上操作，各摄像头将视频图像汇总至显示屏集中显示，并可以根据当前主要控制对象的切换，自动调整对应视频图像的画面尺寸，也可以手动调整画面尺寸大小，充分利用屏幕显示空间，具有极高的灵活性。操作手柄作为手动干预的操作对象，可以通过can通讯发出手柄各操控部件的信号。
15.本发明进一步的特征和方面，将在以下参考附图的具体实施方式的描述中，得以清楚地记载。
附图说明
16.图1是现有技术中电动飞机除冰车的结构示意图；
17.图2是本发明除冰车的结构示意图；
18.图3是图2所示结构的俯视图；
19.图4是高空作业装置展开状态的结构示意图；
20.图5是图4中两个广角摄像头的视野范围；
21.图6是控制系统的原理框图；
22.图7是本发明控制除冰车工作的主要流程图；
23.图8是自动喷洒作业流程图；
24.图9是飞机某一部分的三维建模效果图；
25.图10是规划的自动喷洒路径效果图。
26.图中符号说明：
27.100.电动汽车底盘，200.动力电池组，300.高空作业装置，500.除冰喷洒系统，600.防冰喷洒系统，700.除冰液箱，800.防冰液箱；1.操作舱，2.折叠臂，4.二节臂，6.一节臂，8.转台角度编码器，9.转台，10.操作台，11.臂架控制器，12.液压泵，13.臂架控制阀组，14.转台液压马达，15.一节臂举升液压缸，16.二节臂伸缩液压缸，17.折叠臂液压缸，30.立柱；31.第一广角摄像头，32.第二广角摄像头，33.水炮支架，34.水炮。
具体实施方式
28.以下参照附图，以具体实施例对本发明作进一步详细说明。
29.如图1所示，飞机除冰车包括汽车底盘100、动力电池组200、高空作业装置300、除冰喷洒系统500、防冰喷洒系统600、除冰液箱700、防冰液箱800，动力电池组200、高空作业装置300、除冰液箱700、防冰液箱800、除冰喷洒系统500、防冰喷洒系统600均连接在汽车底盘100的底盘大梁上。除冰液箱700经除冰喷洒系统500与高空作业装置300中的喷洒管路连
接。防冰液箱800经防冰喷洒系统600与高空作业装置300中的喷洒管路连接。防冰喷洒系统600和防冰液箱800不是必须的装置，没有防冰喷洒系统600和防冰液箱800，也能正常进行除冰作业。
30.汽车底盘100设有驾驶室。
31.如图2和3所示，高空作业装置300包括操作舱1、折叠臂2、二节臂4、一节臂6、转台9、液压泵12、折叠臂液压缸17、二节臂伸缩液压缸16、一节臂举升液压缸15、臂架控制阀组13、转台液压马达14，立柱30固定安装在汽车底盘100的底盘大梁上，回转支撑安装在立柱30的顶部，转台9与回转支撑连接，转台9上靠近回转支撑的位置设有圆盘部，转台液压马达14固定安装在圆盘部9-1上，转台液压马达14与回转支撑连接，转台液压马达14工作使转台9旋转。液压泵12固定安装在汽车底盘100的底盘大梁上，液压泵12为一节臂升降、二节臂伸缩、折叠臂变幅、转台旋转等臂架动作提供液压动力。臂架控制阀组13固定安装在汽车底盘100的底盘大梁上，臂架控制阀组13通过液压管路分别与折叠臂液压缸17、二节臂伸缩液压缸16、一节臂举升液压缸15、转台液压马达14连接。一节臂举升液压缸15的缸体通过铰轴与转台9连接，一节臂举升液压缸15的输出端通过铰轴与一节臂6连接；二节臂伸缩液压缸16的缸体固定在一节臂6中，二节臂伸缩液压缸16的输出端通过铰轴与二节臂4连接；折叠臂液压缸17的缸体通过铰轴与二节臂4的前端连接，折叠臂液压缸17的输出端与折叠臂2铰接。臂架控制阀组13与臂架控制器11电连接。
32.如图1和4所示，水炮支架33固定安装在操作舱1的底部，水炮34安装在水炮支架33上。
33.以上电动飞机除冰车的结构说明都是现有技术，不再赘述。
34.本发明的技术改进在于以下：
35.控制系统安装在驾驶室中，控制系统用于控制除冰车工作。控制系统设有电池管理模块，电池管理模块与动力电池组200电连接，电池管理模块向除冰液喷洒系统500、防冰液喷洒系统600、高空作业装置300、汽车底盘100等用电单元供电。控制系统设有臂架控制器11，臂架控制器11用于控制高空作业装置300动作。
36.如图4所示，在操作舱1的底部安装第一广角摄像头31，在一节臂6上安装第二广角摄像头32。如图5所示，第一广角摄像头31的摄像角度范围向下，第二广角摄像头32的摄像角度范围向斜上方。两个广角摄像头用于给驾驶室内的操作者提供视角更宽的画面，方便操作者对车辆周边信息有明确感知。
37.另一方面，在水炮支架33上安装云台摄像头，云台摄像头用于给操作者提供水炮喷射方向的高清视频画面，具备光学变焦、自清洁雨刷、夜视功能。
38.另一方面，在操作舱1的顶部安装双目摄像头和激光雷达，双目摄像头和激光雷达用于对飞机进行光学扫描。
39.另一方面，在驾驶室内设置触控屏。
40.参考图6，控制系统设有臂架控制器、水炮控制器、主控制器、图像采集模块、自动喷洒路径规划模块、飞机三维空间模型建立模块，第一广角摄像头31、第二广角摄像头32分别与图像采集模块连接，图像采集模块与主控制器连接，触控屏与主控制器连接，自动喷洒路径规划模块与主控制器连接，飞机三维空间模型与自动喷洒路径规划模块连接，双目摄像头与飞机三维空间模型建立模块连接，激光雷达与飞机三维空间模型建立模块连接，激
光雷达与飞机三维空间模型建立模块连接。云台摄像头通过通讯模块与图像采集模块连接。臂架控制器与主控制器连接。水炮控制器与主控制器连接。水炮控制器与水炮连接通讯。手动干预操作手柄与主控制器电连接。
41.参考图7，进行除冰作业时，驾驶室中的操作者首先将除冰车驾驶到飞机附近空旷区域，通过触控屏激活高空作业装置300的臂架自动展开功能，此时智能控制系统会自动将臂架升高预设的作业姿态。操作舱1中无人，也没有设置控制臂架、水炮动作的装置。
42.在臂架自动调整期间，由两个广角摄像头采集的视频画面会在触控屏上显示，这样便于操作者对臂架周边情况进行监控。
43.在臂架展开到位后，参考图8，双目摄像头对飞机进行测距，飞机三维空间模型建立模块根据双目摄像头发送的信息建立初步云图模型，激光雷达对飞机进行扫描，飞机三维空间模型建立模块结合激光雷达发送的数据进行信息矫正，利用ai算法进行模型优化，最终计算出准确的飞机三维空间模型(建模效果如图9所示)。自动喷洒路径规划模块以飞机三维空间模型为基础规划出除冰液自动喷洒路径(如图10所示)，主控制器根据除冰液自动喷洒路径给臂架控制器、水炮控制器发出控制指令，臂架控制器使臂架运动，进而使水炮按照规划好的路径运动，水炮控制器使水炮动作喷洒出除冰液。这就实现了自动除冰功能。
44.在自动喷洒过程中，云台摄像头拍摄的水炮喷洒画面会在触控屏中显示，方便操作者对喷洒过程进行监控。进一步优化，使云台摄像头的视角与水炮的运动保持一致，保证水炮喷到哪，云台视角可以跟随到哪，具体过程是，将水炮、云台的空间坐标进行统一，建立绝对坐标系，并将二者反馈的姿态信息进行映射，当其中一者姿态发生变化时，主控制器发出运动指令，使另一者跟随，保持一致。
45.在喷洒过程中，对云台摄像头的运动控制，利用通讯模块，将系统发出的rs232控制指令改为rs485信号，发送给云台，同时云台利用rs485反馈自身的运动姿态给控制系统。
46.在喷洒过程中，操作者在触控屏上可以手动缩放云台的拍摄画面，便于查看飞机表面的除冰效果。
47.在喷洒过程中，操作者可以随时通过手动干预操作手柄对自动作业过程进行干预。
48.除冰作业完成后，操作者将车辆驾驶到空旷区域，通过触控屏给出臂架自动回收控制指令，控制系统自动将作业臂收回至行车状态。
49.需要说明的是，对飞机进行三维重建的具体算法可以采用现有技术中的常规算法。
50.以上所述仅对本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡是在本发明的权利要求限定范围内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种飞机除冰车智能控制系统，其特征在于，包括主控制器、臂架控制器、水炮控制器、图像采集模块、自动喷洒路径规划模块、飞机三维空间模型建立模块、触控屏、第一广角摄像头、第二广角摄像头、双目摄像头、激光雷达和云台摄像头，所述第一广角摄像头、第二广角摄像头分别与图像采集模块连接，所述图像采集模块与主控制器连接，所述触控屏与主控制器连接，所述自动喷洒路径规划模块与主控制器连接，所述飞机三维空间模型与自动喷洒路径规划模块连接，所述双目摄像头与飞机三维空间模型建立模块连接，所述激光雷达与飞机三维空间模型建立模块连接；所述云台摄像头通过通讯模块与图像采集模块连接；所述臂架控制器与主控制器连接，所述水炮控制器与主控制器连接。2.一种应用权利要求1所述飞机除冰车智能控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：在飞机除冰车的臂架展开过程中，第一广角摄像头、第二广角摄像头采集视频并且触控屏上显示该视频；在臂架展开到位后，激光雷达、双目摄像头和飞机三维空间模型建立模块对飞机创建三维空间模型，自动喷洒路径规划模块以三维空间模型为基础规划出除冰液自动喷洒路径，主控制器根据除冰液自动喷洒路径给臂架控制器、水炮控制器发出控制指令，臂架控制器使除冰车的臂架运动，进而使水炮按照规划好的路径运动，水炮控制器使水炮动作喷洒出除冰液；在自动喷洒过程中，云台摄像头拍摄的水炮喷洒画面会在触控屏中显示。3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，使云台摄像头的视角与水炮的运动保持一致。

技术总结
本发明涉及一种飞机除冰车智能控制系统与控制方法，其解决了现有飞机除冰车工作时2人操作，人力成本高，存在高空作业安全风险的技术问题；其包括主控制器、臂架控制器、水炮控制器、图像采集模块、自动喷洒路径规划模块、飞机三维空间模型建立模块、触控屏、第一广角摄像头、第二广角摄像头、双目摄像头、激光雷达和云台摄像头，第一广角摄像头、第二广角摄像头分别与图像采集模块连接，图像采集模块与主控制器连接，触控屏与主控制器连接，自动喷洒路径规划模块与主控制器连接，飞机三维空间模型与自动喷洒路径规划模块连接，双目摄像头与飞机三维空间模型建立模块连接，激光雷达与飞机三维空间模型建立模块连接；云台摄像头通过通讯模块与图像采集模块连接。讯模块与图像采集模块连接。讯模块与图像采集模块连接。


技术研发人员：任永成 房彦峰 都奎江 刘海涛
受保护的技术使用者：威海广泰空港设备股份有限公司
技术研发日：2023.02.27
技术公布日：2023/5/30