一种登机桥对接舱门的轮位控制方法与流程

本发明属于自动化控制技术领域，具体涉及一种登机桥对接舱门的轮位控制方法。

背景技术：

登机桥是机场用以连接候机厅与飞机之间的可移动升降的通道。每个机场都有多个登机桥位，就是连接候机楼和飞机舱门的桥。一端连接候机楼的某个登机口，一端扣在飞机舱门上，旅客由对应登机口进入飞机。

目前，登机桥停靠和撤离主要是由控制室里的登机桥操作员人工完成的，登机桥操作员结合目视和手柄操作进行，需要高度的操作技巧，操作过程麻烦。每年机场都需要投入大量的人工成本和较高的人工培训成本，而且人工操作不一定是最佳最高效的对接过程，经验不同的操作员不会都能做出最佳的操作，反复多余的操作和剧烈的闯动操作会对登机桥造成不同程度的磨损，长此已久会降低登机桥的使用寿命，从而带来很高的维护成本。同时人工操作难免会出现误操作的情况，可能会有触碰飞机或者撞到其他障碍物的情况。以及人工操作需要协调许多操作员的工作安排，同时一个机场对所有登机桥的对接情况不好做统一的规划和管理。因此实现登机桥的自动对接是很有必要的。

实现登机桥智能化自动对接可以使得每次对接任务都是按照最优化的对接方式去对接舱门，会比人工操作对接效率更高也更加具有安全性。在登机桥智能化自动对接方面，已经有许多学者做出了多方面探索，但至今为止，尚未发现登机桥自动对接在实际中的应用。

随着计算机视觉技术和自动化控制技术的不断发展，为登机桥智能化自动对接提供了可能。经过查阅大量现有的登机桥自动对接资料发现，此前所有的登机桥自动对接研究中均没有对登机桥自动驾驶过程中为了使行走过程最高效而对轮位做出最佳角度控制的分析。因此，有必要适时研究一套计算登机桥在自动对接过程中，为了使得对接过程最高效的轮位最佳角度的方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种登机桥对接舱门过程中最佳轮位的控制方法。通过对登机桥对接舱门的过程进行建模，并依据登机桥的当前属性综合计算出登机桥的最佳行走角度，来控制登机桥可以以最佳的轮位角度来对接舱门。

本发明的技术方案为：一种登机桥对接舱门的轮位控制方法，包括以下步骤：

s1、通过采集登机桥桥头两侧与飞机机身的距离，来调整桥头位置使得桥头两侧与飞机机身的距离相等，即登机桥与飞机机身平行；可以在登机桥的桥头两侧安装测距传感器(比如超声波测距传感器)并采集相关数据。

s2、通过在登机桥桥头采集飞机舱门的信息，获得飞机舱门的中心位置d，定义在理想对接情况下，舱门应出现在登机桥桥头的位置为d"，获取当前登机桥桥头位置d"垂直投影到飞机机身上位置为d'，即线段dd'为当前登机桥与舱门在水平方向上的距离偏差，线段d'd"为当前登机桥与飞机机身的距离；可通过在桥头安装摄像头来定位舱门相对于桥头的位置，在桥头安装视觉模块，安装位置应当使得当对接完成后舱门中心与摄像头画面的中心重合而且画面成水平竖直方向放置不可斜放；分析采集内容可通过利用机器学习、图像处理等方法来在画面中定位舱门中心的精确位置，根据单目测距原理或双目测距原理等测距发方法计算出舱门在水平方向上偏差的距离值；

s3、定义当前登机桥桥头中心点为h，登机桥与舱门对接后登机桥桥头中心位置为h'，与步骤s2中定义相对应的是，线段hh'与线段dd"平行且相等，即∠dd"d'即为桥头需要偏移的角度，将其定义为∠a；

s4、获取轮架中心点m到桥头中心点h的距离mh，同时获取桥身的长度ph，点p为登机桥的立柱位置，再获取当前的桥头角度∠b；可由登机桥自带的距离传感器和桥头角度传感器获得对应值；

s5、定义目标轮架中心点为m'，∠hmm'即为登机桥轮位的控制角度：

其中，hh'＝dd"，∠o＝∠a+∠b，

s6、根据步骤s5获得的控制角度控制登机桥的轮位角度，驱动行走机构径直向前移动，直到实现登机桥与飞机舱位的对接。

本发明的有益效果为，可以很精确的计算出轮位的最佳控制角度，为对接过程提高了效率并且避免了对轮位的反复操作的过程；本发明可以仅通过一次计算便可以得到轮位的最佳控制角度，也可在控制对接过程中进行多次计算控制从而减小测量误差带来影响，提高舱门对接的精准度，经过实际测试本发明计算出的最佳轮位控制角度可以较为精准的对接舱门。

附图说明

图1为登机桥对接过程模型图；

图2为从图1中提取出的对接过程中主要部分的数学模型图；

图3为对接过程中第一类情况的模型分析图；

图4为对接过程中第二类情况的模型分析图；

图5为对接过程中第三类情况的模型分析图；

图6为对接过程中第四类情况的模型分析图；

图7为对接过程中第五类情况的模型分析图；

图8为测距传感器和视觉传感器的推荐安装位置图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的描述

本发明分析登机桥在水平方向上对接舱门时的最佳角度。竖直方向的控制较为简单，本发明默认在竖直方向上登机桥的高度已经和舱门高度相同。本发明的控制方法，需要结合相关传感器获取部分数据，为便于描述，将其设定为前提条件，包括：

1、需要确保登机桥的桥头与飞机舱门同等高度而且桥头对平飞机的机身，即登机桥的桥头外边沿与飞机机身平行。该前提可以通过在桥头左右两侧安装超声波传感器，调整桥头角度使得两个超声波传感器的测距值相同来达到登机桥桥头对平飞机机身的前提。

2、需要通过视觉传感器或其他方法获取到待对接舱门与登机桥桥头的相对位置。该前提可以通过在登机桥桥头内箱安装视觉传感器(本发明是以安装视觉传感器来获取桥头与舱门的相对距离)，利用视觉来定位舱门并且利用摄像头测距方法(例如单目测距原理、带深度信息的rgbd摄像头、双目测距原理等)来计算得到登机桥桥头与舱门的相对位置。

3、需要测量和由传感器得到的登机桥当前属性信息，具体信息如下：

1)登机桥轮架中线点到桥头中心点的直线距离(定值)

2)登机桥的桥身长度，可以由登机桥自带的距离传感器获得(变化值)

3)登机桥桥头角度，可以由登机桥自带的桥头角度传感器获得(变化值)

在已知以上三个前提下，对登机桥对接舱门的过程进行分析。因为登机桥轮位的控制角度是在水平方向上的角度，所以对登机桥对接过程的水平方向进行分析建模。

登机桥对接模型如图1所示。图中实线所描绘的是登机桥当前的状态，图中虚线则是期望登机桥对接完成后的状态(即登机桥标准对接了飞机舱门)，这两个状态以及中间的过渡状态均满足前提一；其中p点为桥立柱的位置，m和m’为桥的轮架位置，h和h’为桥头中心，c和c’为桥头安装摄像头的位置(满足前提二)；图中d为舱门的实际位置，d’为当前桥头正冲在飞机的位置，d”为对接理想情况下舱门应该出现在桥头的位置；从图中容易看出线段dd”与线段c’c与线段h’h平行且相等。根据以上结论从图中不难看出，期望对接位置的轮架中心点与当前轮位中心点的连线(线段mm’)则为登机桥轮架的最佳行走路径(行走距离最近最短)，所以该连线与桥身的夹角(∠hmm’)则为登机桥轮位的最佳控制角度，控制登机桥的轮架角为该角度驱动登机桥直线行走可以使得登机桥以最短的路径对接到飞机舱门。

为了计算目标轮架角度(∠m’mh)需要在满足前提三的条件下，在直角△dd’d”中d’d”的长度由桥头测距传感器测得、dd’由视觉测距测得，便可以由勾股定理和余弦定理求得dd”的长度和∠dd’d”的大小。具体计算过程如下：

已知：在直角△dd'd"中已知长度dd'和d'd"的长度

求：∠dd"d'和线段dd"长

解：

由勾股定理得

由余弦定理得

从上述过程中解出的∠dd’d”与图1中的桥头偏移角∠a相等(两个角是平行关系)，同时桥头角∠b可以由传感器直接测得(前提三的要求)。为了分析求解目标轮架角度，需要从图1中提取出△pmhh’m’来分析，如图2所示。但根据实际舱门位置和立柱在桥头两侧不同的分布情况有如下五类情况，如图3-图7所示：

1.舱门实际位置和立柱均在桥头中心点的同一侧时，如图3所示。△pmhh’m’的外角∠o等于桥头偏移角∠a和桥头角∠b的和。

2.舱门实际位置和立柱位于桥头中心点的两侧时，如图4所示。△pmhh’m’的外角∠o等于桥头偏移角∠a和桥头角∠b差的绝对值。

3.舱门实际位置正冲桥头但立柱在一侧，如图5所示。△pmhh’m’的外角∠o等于桥头角∠b。

4.当登机桥状态为桥身角为和桥头角为零时，实际舱门在桥头的两侧，如图6所示。该情况下，外角∠o等于桥头偏移角∠a。

5.当登机桥状态为桥身角为和桥头角为零时，实际舱门也正冲桥头时。如图7所示该情况下，桥头偏移角∠a和桥头角∠b均等于零，则外角∠o也等于零。

从图1中提取出△pmhh’m’来分析，如图2所示。在△pmhh’m’满足前提三的条件下，mh等长于m’h’，△pmhh’m’的外角∠o等于∠a加∠b(以图3的情况为例说明具体计算过程)；利用三角正余弦定理来计算出目标轮架角度∠hmm’，具体计算过程如下：

已知：在△pmhh'm'线段ph、mh＝m'h'、hh'的长度和外角∠o

求：角度∠hmm'

解：

在△phh'中：

由余弦定理得：

由正弦定理得：

∠mpm'＝∠hph'

在△pmm'中：

mm'²＝(ph-mh)²+pm'²-2*(ph-mh)*pm'*cos∠mpm'

∠hmm'＝π-∠pmm'

综合以上步骤化简成仅用已知量ph、mh、hh'、∠o的函数表达：

其中，

通过以上的分析计算过程便得到了目标轮架角(∠hmm’)的角度，也就是控制登机桥对接的最佳轮架角度。