一种自动挂弹车对准方法和系统与流程

本发明属于挂弹车挂弹技术领域，尤其涉及一种自动挂弹车对准方法和系统。

背景技术：

目前，军用挂弹车基本多为半自动工作方式，进行挂弹作业时，由1至2名观察手观察弹体挂点与飞机机翼下部挂架挂钩之间的相对位置，指挥操作手操纵控制杆，控制托盘移动，将弹体挂入挂架。以上挂弹方法至少需要两人协调配合，增加了人力成本，且挂弹效率较低，容易因人为失误而导致挂弹失败，甚至导致设备损坏，且人力挂弹方式危险系数较高，安全性差。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种自动挂弹车对准方法和系统，实现了弹体自动化挂装，挂装效率高、具有较高的安全性和可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种自动挂弹车对准方法，包括：依次进行粗对准和精对准；

粗对准：通过视觉传感器对挂架或载机上的对准标识点进行粗对准实时识别，将识别出的粗对准实时位置信息发送至运动控制系统；由运动控制系统对所述粗对准实时位置信息进行解析，并根据粗对准解析结果生成粗对准实时控制指令；由运动执行机构执行所述粗对准实时控制指令，对放置在自动挂弹车上的弹体进行x方向、y方向和z方向的粗对准；

精对准：通过视觉传感器对挂架或载机上的对准标识点进行精对准实时识别，将识别出的精对准实时位置信息发送至运动控制系统；由运动控制系统对所述精对准实时位置信息进行解析，并根据精对准解析结果生成精对准实时控制指令；由运动执行机构执行所述精对准实时控制指令，对放置在自动挂弹车上的弹体进行x方向、z方向、xz方向和xy方向的同步精对准，将放置在自动挂弹车上的弹体移动至与载机的挂架相匹配的预定安装位置，实现自动挂弹车的对准。

在上述自动挂弹车对准方法中，所述对准标识点，包括：挂架或载机的特征点，和/或，预先喷涂在挂架或载机上的标记点；其中，挂架的特征点，包括：挂架上的锁紧观察孔、挂点刻线起止点、防摆固定点和口盖安装孔；载机的特征点，包括：载机上的挂架安装孔、副翼安装孔和襟翼安装孔。

在上述自动挂弹车对准方法中，还包括：通过视觉传感器对弹体上的位置标识点进行实时识别，将识别出的所述位置标识点的实时位置信息发送至运动控制系统；由运动控制系统对所述位置标识点的实时位置信息进行解析，并根据位置解析结果生成位置调整实时控制指令；由运动执行机构执行所述位置调整实时控制指令，对弹体在自动挂弹车上的位置进行调整，以将弹体调整至自动挂弹车上的预定放置位置。

在上述自动挂弹车对准方法中，所述对准标识点，包括：呈四角依次设置的对准标识点ⅰ、对准标识点ⅱ、对准标识点ⅲ和对准标识点ⅳ；其中，对准标识点ⅰ与对准标识点ⅳ呈对角设置，对准标识点ⅱ与对准标识点ⅲ呈对角设置。

在上述自动挂弹车对准方法中，所述通过视觉传感器对挂架或载机上的对准标识点进行粗对准实时识别，将识别出的粗对准实时位置信息发送至运动控制系统；由运动控制系统对所述粗对准实时位置信息进行解析，并根据粗对准解析结果生成粗对准实时控制指令，包括：

通过视觉传感器对挂架或载机上的对准标识点进行粗对准实时识别，确定对准标识点ⅰ、对准标识点ⅱ、对准标识点ⅲ和对准标识点ⅳ的粗对准实时位置信息，分别记为：(a1，b1)、(a2，b2)、(a3，b3)和(a4，b4)；

根据粗对准实时位置信息(a1，b1)、(a2，b2)、(a3，b3)和(a4，b5)，确定对准标识点ⅰ、对准标识点ⅱ、对准标识点ⅲ和对准标识点ⅳ与弹体之间的距离，并选择距离最小的两个对准标识点作为粗对准的参考点，记为a1和a2；

从两个粗对准参考点a1和a2中选择其中一个，与理论位置点ⅰ分别进行x方向和y方向的差值求解，得到第一差值结果，记为detx和dety；

求解两个粗对准参考点a1和a2之间的距离，并将两个粗对准参考点a1和a2之间的距离与理论距离ⅰ进行差值求解，得到第二差值结果，记为detz；

根据第一差值结果和第二差值结果生成粗对准实时控制指令。

在上述自动挂弹车对准方法中，所述通过视觉传感器对挂架或载机上的对准标识点进行精对准实时识别，将识别出的精对准实时位置信息发送至运动控制系统；由运动控制系统对所述精对准实时位置信息进行解析，并根据精对准解析结果生成精对准实时控制指令，包括：

通过视觉传感器对挂架或载机上的对准标识点进行精对准实时识别，确定对准标识点ⅰ、对准标识点ⅱ、对准标识点ⅲ和对准标识点ⅳ的精对准实时位置信息，分别记为：(a*1，b*1)、(a*2，b*2)、(a*3，b*3)和(a*4，b*4)；

从四个对准标识点中选择其中一个，与理论位置点ⅱ进行x方向和y方向的差值求解，得到第三差值结果，记为：det*x和det*y；

从四个对准标识点中选择其中两个，求解选择的两个对准标识点之间的距离，并与理论距离ⅱ进行差值求解，得到第四差值结果，记为：det*z；

分别求解四个对准标识点的同侧两点之间的距离，记为l1和l2，对l1/l10-l2/l20进行求解，得到第五差值结果，记为：det*xz；l10和l20分别为理论距离ⅲ和理论距离ⅳ；

求解四个对准标识点中的任意三点连线构成的夹角，并与理论夹角进行差值求解，得到第六差值结果，记为：det*xy；

根据det*x、det*z、det*xy-det*y/1000-det*xz/3和det*xz+det*xy/2生成精对准实时控制指令。

在上述自动挂弹车对准方法中，所述由运动执行机构执行所述粗对准实时控制指令，对放置在自动挂弹车上的弹体进行x方向、y方向和z方向的粗对准，包括：

由运动执行机构执行所述粗对准实时控制指令，根据detx、dety和detz对放置在自动挂弹车上的弹体进行x方向、y方向和z方向的调整，直至满足设定粗对准阈值；其中，设定粗对准阈值，包括：x方向：±5cm，y方向：10～15cm，z方向±5cm。

在上述自动挂弹车对准方法中，所述由运动执行机构执行所述精对准实时控制指令，对放置在自动挂弹车上的弹体进行x方向、z方向、xz方向和xy方向的同步精对准，将放置在自动挂弹车上的弹体移动至与载机的挂架相匹配的预定安装位置，实现自动挂弹车的对准，包括：

由运动执行机构执行所述精对准实时控制指令，根据det*x、det*z、det*xy-det*y/1000-det*xz/3和det*xz+det*xy/2，对放置在自动挂弹车上的弹体进行x方向、z方向、xy方向和xz方向的同步精对准，直至满足设定精对准阈值；其中，设定精对准阈值，包括：x方向：±3mm，z方向：±2mm，xz方向：0.01，xy方向：0.004°。

在上述自动挂弹车对准方法中，还包括：训练得到与对准标识点ⅰ、对准标识点ⅱ、对准标识点ⅲ和对准标识点ⅳ相对应的理论点ⅰ、理论点ⅱ、理论点ⅲ和理论点ⅳ，理论点的位置信息分别记为：(a10，b10)、(a20，b20)、(a30，b30)和(a40，b50)；

根据理论点的位置信息(a10，b10)、(a20，b20)、(a30，b30)和(a40，b50)，确定理论位置点ⅰ、理论位置点ⅱ、理论距离ⅰ、理论距离ⅱ、理论距离ⅲ、理论距离ⅳ和理论夹角。

相应的，本发明还公开了一种自动挂弹车对准系统，自动挂弹车对准系统，用于依次进行粗对准和精对准；包括：

视觉传感器，用于在粗对准过程中，对挂架或载机上的对准标识点进行粗对准实时识别，将识别出的粗对准实时位置信息发送至运动控制系统；运动控制系统，用于对所述粗对准实时位置信息进行解析，并根据粗对准解析结果生成粗对准实时控制指令；运动执行机构，用于执行所述粗对准实时控制指令，对放置在自动挂弹车上的弹体进行x方向、y方向和z方向的粗对准；

视觉传感器，还用于在精对准过程中，对挂架或载机上的对准标识点进行精对准实时识别，将识别出的精对准实时位置信息发送至运动控制系统；运动控制系统，还用于对所述精对准实时位置信息进行解析，并根据精对准解析结果生成精对准实时控制指令；运动执行机构，还用于执行所述精对准实时控制指令，对放置在自动挂弹车上的弹体进行x方向、z方向、xz方向和xy方向的同步精对准，将放置在自动挂弹车上的弹体移动至与载机的挂架相匹配的预定安装位置，实现自动挂弹车的对准。

本发明具有以下优点：

本发明公开了一种自动挂弹车对准方法和系统，可根据视觉图像自动调整挂装弹体(导弹、炸弹等弹药)的位置，实现了弹体自动化挂装，可适应不同型号载机和弹体，方便高效，可有效节约人力成本，更安全、更可靠。

附图说明

图1是本发明实施例中一种自动挂弹车对准方法的步骤流程图；

图2是本发明实施例中一种对准标识点的位置示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。

本发明公开了一种自动挂弹车对准方法和系统，可通过车载的视觉传感器识别挂架或载机上的对准标识点，获取实时位置信息，并对多自由度电机进行自动控制，能够带弹体进行升、降、纵向移动、横向移动、回转、俯仰、滚转等动作，将各种弹体送往悬挂装置，准确定位并完成悬挂。

如图1，在本实施例中，该自动挂弹车对准方法，具体可以包括：依次进行粗对准和精对准。

步骤101，粗对准：通过视觉传感器对挂架或载机上的对准标识点进行粗对准实时识别，将识别出的粗对准实时位置信息发送至运动控制系统；由运动控制系统对所述粗对准实时位置信息进行解析，并根据粗对准解析结果生成粗对准实时控制指令；由运动执行机构执行所述粗对准实时控制指令，对放置在自动挂弹车上的弹体进行x方向、y方向和z方向的粗对准。

在本实施例中，如图2，以四个对准标识点为例进行说明，对准标识点ⅰ、对准标识点ⅱ、对准标识点ⅲ和对准标识点ⅳ呈四角依次设置。其中，对准标识点ⅰ与对准标识点ⅳ呈对角设置，对准标识点ⅱ与对准标识点ⅲ呈对角设置。

优选的，可以通过视觉传感器对挂架或载机上的对准标识点进行粗对准实时识别，确定对准标识点ⅰ、对准标识点ⅱ、对准标识点ⅲ和对准标识点ⅳ的粗对准实时位置信息，分别记为：(a1，b1)、(a2，b2)、(a3，b3)和(a4，b4)；根据粗对准实时位置信息(a1，b1)、(a2，b2)、(a3，b3)和(a4，b5)，确定对准标识点ⅰ、对准标识点ⅱ、对准标识点ⅲ和对准标识点ⅳ与弹体之间的距离，并选择距离最小的两个对准标识点作为粗对准的参考点，记为a1和a2；从两个粗对准参考点a1和a2中选择其中一个，与理论位置点ⅰ分别进行x方向和y方向的差值求解，得到第一差值结果，记为detx和dety；求解两个粗对准参考点a1和a2之间的距离，并将两个粗对准参考点a1和a2之间的距离与理论距离ⅰ进行差值求解，得到第二差值结果，记为detz；根据第一差值结果和第二差值结果生成粗对准实时控制指令。

优选的，可以由运动执行机构执行所述粗对准实时控制指令，根据detx、dety和detz对放置在自动挂弹车上的弹体进行x方向、y方向和z方向的调整，直至满足设定粗对准阈值。其中，设定粗对准阈值，包括：x方向：±5cm，y方向：10～15cm，z方向±5cm。

步骤102，精对准：通过视觉传感器对挂架或载机上的对准标识点进行精对准实时识别，将识别出的精对准实时位置信息发送至运动控制系统；由运动控制系统对所述精对准实时位置信息进行解析，并根据精对准解析结果生成精对准实时控制指令；由运动执行机构执行所述精对准实时控制指令，对放置在自动挂弹车上的弹体进行x方向、z方向、xz方向和xy方向的同步精对准，将放置在自动挂弹车上的弹体移动至与载机的挂架相匹配的预定安装位置，实现自动挂弹车的对准。

优选的，可以通过视觉传感器对挂架或载机上的对准标识点进行精对准实时识别，确定对准标识点ⅰ、对准标识点ⅱ、对准标识点ⅲ和对准标识点ⅳ的精对准实时位置信息，分别记为：(a*1，b*1)、(a*2，b*2)、(a*3，b*3)和(a*4，b*4)；从四个对准标识点中选择其中一个，与理论位置点ⅱ进行x方向和y方向的差值求解，得到第三差值结果，记为：det*x和det*y；从四个对准标识点中选择其中两个，求解选择的两个对准标识点之间的距离，并与理论距离ⅱ进行差值求解，得到第四差值结果，记为：det*z；分别求解四个对准标识点的同侧两点之间的距离，记为l1和l2，对l1/l10-l2/l20进行求解，得到第五差值结果，记为：det*xz；l10和l20分别为理论距离ⅲ和理论距离ⅳ；求解四个对准标识点中的任意三点连线构成的夹角，并与理论夹角进行差值求解，得到第六差值结果，记为：det*xy；根据det*x、det*z、det*xy-det*y/1000-det*xz/3和det*xz+det*xy/2生成精对准实时控制指令。

优选的，可以由运动执行机构执行所述精对准实时控制指令，根据det*x、det*z、det*xy-det*y/1000-det*xz/3和det*xz+det*xy/2，对放置在自动挂弹车上的弹体进行x方向、z方向、xy方向和xz方向的同步精对准，直至满足设定精对准阈值；其中，设定精对准阈值，包括：x方向：±3mm，z方向：±2mm，xz方向：0.01，xy方向：0.004°。

在本发明的一优选实施例中，在步骤101之前还可以包括如下步骤：通过视觉传感器对弹体上的位置标识点进行实时识别，将识别出的所述位置标识点的实时位置信息发送至运动控制系统；由运动控制系统对所述位置标识点的实时位置信息进行解析，并根据位置解析结果生成位置调整实时控制指令；由运动执行机构执行所述位置调整实时控制指令，对弹体在自动挂弹车上的位置进行调整，以将弹体调整至自动挂弹车上的预定放置位置。进一步的，该自动挂弹车对准方法还可以包括：当将弹体调整至自动挂弹车上的预定放置位置之后，移动自动挂弹车，直至视觉传感器的视场范围内出现四个对准标识点。

在本发明的一优选实施例中，该自动挂弹车对准方法还可以包括：训练得到与对准标识点ⅰ、对准标识点ⅱ、对准标识点ⅲ和对准标识点ⅳ相对应的理论点ⅰ、理论点ⅱ、理论点ⅲ和理论点ⅳ，理论点的位置信息分别记为：(a10，b10)、(a20，b20)、(a30，b30)和(a40，b50)；根据理论点的位置信息(a10，b10)、(a20，b20)、(a30，b30)和(a40，b50)，确定理论位置点ⅰ、理论位置点ⅱ、理论距离ⅰ、理论距离ⅱ、理论距离ⅲ、理论距离ⅳ和理论夹角。

在本发明的一优选实施例中，所述对准标识点，可以是挂架或载机的特征点，也可以是预先喷涂在挂架或载机上的标记点，可根据实际情况选择，本实施例对此不作限制。其中，挂架的特征点包括但不仅限于：挂架上的锁紧观察孔、挂点刻线起止点、防摆固定点和口盖安装孔；载机的特征点，包括：载机上的挂架安装孔、副翼安装孔和襟翼安装孔。

其中，需要说明的是，x方向、y方向、z方向、xz方向、xy方向和yz方向分别可以指：前后方向、升降方向、左右方向、偏航方向、俯仰方向和横滚方向。预先喷涂在挂架或载机上的标记点可以采用彩绘喷涂方式，具体喷涂颜色本实施例不作限制，可选择便于识别的颜色进行喷涂。

在上述实施例的基础上，下面通过一个具体实例进行说明。

视觉传感器固定在自动挂弹车上，与弹体相对位置固定，视觉传感器的视场有限，会出现视场范围内对准标识点少于4个的情况，因此在调节前应对对准标识点数量进行判定。如视场内无对准标识点，则通过语音报故，超出调节范围，可手动推动自动挂弹车寻找目标点；如视场内有1-3个对准标识点，可通过自动调节，直至视场内出现4个对准标识点；如视场内有4个对准标识点，则自动进行挂弹调节。

自动挂弹车对准方法可分为如下几个阶段：学习阶段、初步位置粗调阶段(粗对准)、位置精确调节阶段(精对准)和弹药最终调节阶段(挂装)。

学习阶段：学习并记录某型弹药首次匹配某挂架时的挂弹过程及视觉传感器相对标识点的初始位置作为理论点，记为：理论点ⅰ(a10，b10)、理论点ⅱ(a20，b20)、理论点ⅲ(a30，b30)和理论点ⅳ(a40，b40)，仅需学习记录一次，后续挂弹时可直接调用。

初步位置粗调阶段：根据视觉传感器获得对准标识点的实时坐标后，基于实时坐标进行x方向、y方向和z方向粗对准，将被挂载弹药送到载机挂架下预定位置范围。

如图2，选取对准标识点ⅰ，则对应的理论点为理论点ⅰ；其中，对准标识点ⅰ的实时坐标(a1，b1)，理论点ⅰ坐标(a10，b10)。根据detx＝a1-a10、dety＝b1-b10，进行x方向调节(前后运动机构调节)和y方向调节(升降运动机构调节)。

如图2，选取对准标识点ⅱ和对准标识点ⅳ，则对应的理论点为理论点ⅱ和理论点ⅳ；其中，准标识点ⅱ的实时坐标(a2，b2)、对准标识点ⅳ的实时坐标(a4，b4)、理论点ⅱ坐标(a20，b20)、理论点ⅳ坐标(a40，b40)。可求解得到对准标识点ⅱ与对准标识点ⅳ之间的实时距离l24，理论点ⅱ与理论点ⅳ之间的理论距离l240；根据detz＝l24-l240，进行z方向调节(左右运动机构调节)。

位置精确调节阶段：当弹体到达载机挂架下精调范围后，升降机构(y方向)不再移动，其他方向进行精确位置调节。精确调节时，单个自由度的调整将会间接地影响其他方向的位置坐标点的偏差，因此精确调节阶段，除根据单个目标点的坐标关系，同时考虑多个自由度之间的耦合关系，保证被挂载弹药所处的x方向、z方向、xy方向、xz方向均为预设位置。

如图2，(i)选取对准标识点ⅰ，则对应的理论点为理论点ⅰ；其中，对准标识点ⅰ的实时坐标(a*1，b*1)，理论点ⅰ坐标(a10，b10)。求解可得det*x＝a*1-a10，det*y＝b*1-b10。(ii)选取对准标识点ⅱ和对准标识点ⅳ，则对应的理论点为理论点ⅱ和理论点ⅳ；其中，准标识点ⅱ的实时坐标(a*2，b*2)、对准标识点ⅳ的实时坐标(a*4，b*4)、理论点ⅱ坐标(a20，b20)、理论点ⅳ坐标(a40，b40)。可求解得到对准标识点ⅱ与对准标识点ⅳ之间的实时距离l*24，理论点ⅱ与理论点ⅳ之间的理论距离l240。求解可得det*z＝l*24-l240。(iii)选取对准标识点ⅰ和对准标识点ⅳ的连线与对准标识点ⅱ和对准标识点ⅳ的连线的夹角θ*14，可求解得到对准标识点ⅰ和对准标识点ⅳ之间的距离l*14，对准标识点ⅰ和对准标识点ⅱ之间的距离l*12，进而根据三角函数关系可以确定夹角θ*14，其中，对应的参考夹角为θ140(理论点ⅰ和理论点ⅳ的连线与理论点ⅱ和理论点ⅳ的连线的夹角)。求解可得det*xy＝θ*14-θ140。(iiii)选取对准标识点ⅰ、对准标识点ⅱ、对准标识点ⅲ和对准标识点ⅳ，实时坐标分别为(a*1，b*1)、(a*2，b*2)、(a*3，b*3)和(a*4，b*4)，则可以求解得到对准标识点ⅰ与对准标识点ⅱ之间的距离l*12，对准标识点ⅲ与对准标识点ⅳ之间的距离l*34；对应的理论距离为l120和l340。求解可得det*xz＝l*12/l120-l*34/l340。

最后，根据det*x＝a*1-a10、det*z＝l*24-l240、det*xy-det*y/1000-det*xz/3、det*xz+det*xy/2，进行x方向(前后运动机构)、z方向(左右运动机构)、xy方向(俯仰)和xz方向(偏航)的同步耦合调节。

位置最终调节阶段：当弹体完成精确位置调节，到达预定范围后，运动控制器控制升降机构(y方向)将被挂载弹药送至挂架挂钩处，蜂鸣装置蜂鸣提醒，完成挂装最后的步骤。

本发明还公开了一种自动挂弹车对准系统，用于依次进行粗对准和精对准。包括：

视觉传感器，用于在粗对准过程中，对挂架或载机上的对准标识点进行粗对准实时识别，将识别出的粗对准实时位置信息发送至运动控制系统；运动控制系统，用于对所述粗对准实时位置信息进行解析，并根据粗对准解析结果生成粗对准实时控制指令；运动执行机构，用于执行所述粗对准实时控制指令，对放置在自动挂弹车上的弹体进行x方向、y方向和z方向的粗对准。

视觉传感器，还用于在精对准过程中，对挂架或载机上的对准标识点进行精对准实时识别，将识别出的精对准实时位置信息发送至运动控制系统；运动控制系统，还用于对所述精对准实时位置信息进行解析，并根据精对准解析结果生成精对准实时控制指令；运动执行机构，还用于执行所述精对准实时控制指令，对放置在自动挂弹车上的弹体进行x方向、z方向、xz方向和xy方向的同步精对准，将放置在自动挂弹车上的弹体移动至与载机的挂架相匹配的预定安装位置，实现自动挂弹车的对准。

对于系统实施例而言，由于其与方法实施例相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例部分的说明即可。

本说明中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。