一种嵌入式助航灯具自主清洗车及控制方法与流程

本发明属于民航特种设备技术领域，特别是涉及一种嵌入式助航灯具自主清洗车及控制方法。

背景技术：

机场助航灯光主要用于引导飞机进近、着陆、滑行、起飞等，因此对其发光强度具有严格要求。其中数量较多的嵌入式灯具由于受机轮摩擦、灰尘污垢沉积等原因的影响，灯具发光口总会受到污染，从而造成灯具发光强度下降，严重时还会给飞行员造成错觉，结果影响飞行安全。因此，必须定期对发光口进行清洗。目前,清洗方式有人工清洗和半自主清洗两种。人工清洗时，机场工作人员驾驶装载清洗装置的车辆至灯具旁，然后手持清洗喷头对准发光口进行清洗，显然这种清洗方式存在清洗环境恶劣、人力资源浪费、清洗速度缓慢、效率低下、占用跑道时间长等问题。半自主清洗时，工作人员驾驶灯具清洗车，在车中对清洗探头进行操控,使其对正灯具发光口而进行清洗，或清洗探头自动对正发光口而进行清洗。选用半自主清洗方式时，清洗喷头运动载体选用横向和纵向两运动自由度的十字结构或串联机械臂结构。选用十字结构时，当人工驾驶出现偏差时，清洗喷头则无法从正面对正发光口，导致清洗液浪费，清洗效果不理想。此外，清洗喷头只能横向和纵向直线运动，不能转动，每次只能清洗灯具一侧的发光口，清洗速度缓慢，效率低下。选用串联机械臂结构时，存在累积误差大、控制精度低等问题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种嵌入式助航灯具自主清洗车及控制方法。

为了达到上述目的，本发明提供的嵌入式助航灯具自主清洗车包括：车辆和安装在车辆上的主控计算机、显示器、车体控制系统和清洗装置；其中车辆由驾驶室和车厢构成，并且车厢的底盘中部形成有开口；

清洗装置包括清洗喷头运动载体单元和清洗设备单元；所述的清洗喷头运动载体单元包括机器人、升降装置、机器人控制器和图像采集装置；升降装置设置在车厢的底盘中部表面，其上设有两根升降支柱、两个上部限位装置、两个下部限位装置、两个滑块和两台升降电机；两根升降支柱的下端分别固定在车厢上开口的左右边缘外侧，两个上部限位装置和两个下部限位装置分别安装在两根升降支柱的上下部，两个滑块以能够上下移动的方式设在两根升降支柱的中部，两台升降电机分别安装在两根升降支柱的上端，并能够带动滑块在升降支柱上进行升降运动；机器人的上部两侧部位分别连接在两个滑块上，因此下部能够在滑块的带动下通过车厢上的开口伸出到车厢外部或回缩到车厢内部；机器人控制器设置在驾驶室内；图像采集装置安装在机器人的下端，并且图像采集装置、机器人和升降电机与机器人控制器电连接；

所述的清洗设备单元包括清洗设备控制器、清洗剂存储装置、清洗剂配送装置、空气压缩装置、过滤装置、干燥装置、管子、混合装置、喷射装置、空气输送装置、清洗喷头、储水装置、输水装置、阀门调节装置、测距装置、供电装置；其中清洗剂存储装置、清洗剂配送装置、空气压缩装置、过滤装置、干燥装置、混合装置、喷射装置、空气输送装置、储水装置、输水装置和阀门调节装置设置在车厢的底盘后部表面，清洗剂存储装置通过管路依次与清洗剂配送装置和混合装置相连接；空气压缩装置通过管路依次与过滤装置、干燥装置、空气输送装置、阀门调节装置及混合装置相连接；储水装置通过输水装置与阀门调节装置相连接；清洗喷头、测距装置均安装在机器人下端；喷射装置安装在混合装置出口处，并且通过管子与清洗喷头相接；清洗设备控制器设置在驾驶室内，并且与测距装置、空气输送装置、清洗剂配送装置、阀门调节装置、输水装置、喷射装置电连接；供电装置设置在车厢的底盘前部表面，用于为清洗设备单元中各用电部件供电；

所述的车体控制系统包括车体运动控制器、定位装置、前部图像采集装置和底部图像采集装置；其中定位装置安装在车厢的顶部，前部图像采集装置安装在车头前部，底部图像采集装置安装在车厢的底面上；车体运动控制器设置在驾驶室内，用于控制车辆的转向机构和驱动机构，并且与定位装置、前部图像采集装置和底部图像采集装置电连接；

所述的主控计算机和显示器均设置在驾驶室内，并且主控计算机分别与显示器、车体运动控制器、机器人控制器和清洗设备控制器电连接。

所述的嵌入式助航灯具自主清洗车还包括一个设置在驾驶室内且与主控计算机电连接的通讯装置。

所述的机器人采用并联机构。

所述的显示器为LED显示屏，用于显示操作控制界面信息及实时灯具位置动态图像信息。

所述的测距装置与清洗喷头以相邻的方式安装在机器人上。

本发明提供的嵌入式助航灯具清洗车的控制方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)机场工作人员启动车辆，打开主控计算机，并在显示器上进行模式选择；

2)判断选择的模式，当选择的是人工驾驶模式时，进入步骤3)，当选择的是自主驾驶模式时进入步骤6)；

3)机场工作人员驾驶车辆驶向待清洗的灯具方向；

4)在车辆行驶过程中，利用底部图像采集装置实时采集图像信息，然后传送给车体运动控制器，车体运动控制器再传送给主控计算机，并在主控计算机的控制下在显示器上进行显示；由工作人员判断采集到的图像中灯具是否位于显示器的中央区域，如是，进入步骤5)，否则返回步骤3)；

5)工作人员停止车辆，然后进入步骤12)。

6)自主驾驶模式，工作人员在显示器上输入待清洗的灯具的编号；

7)利用车体控制器实时接收定位装置的数据，通过相应控制算法控制车辆驶向灯具；

8)判断前部图像采集装置是否检测到灯具，如是，进入步骤9)，否则返回步骤7)；

9)车体控制器利用前部图像采集装置采集到的灯具的数据，将视觉导航作为辅助导航，共同引导车辆驶向灯具；

10)利用底部图像采集装置实时采集图像信息，并将数据传递给车体控制器，然后由车体控制器再传递给主控计算机，之后由主控计算机判断灯具是否位于清洗装置的工作范围内，如是，进入步骤11)，否则返回步骤9)；

11)自动停止车辆；

12)机器人控制器控制升降装置上两台升降电机转动，从而带动滑块在升降支柱上向下滑动，由此将机器人下降至下部限位装置处；

13)利用图像采集装置采集灯具的图像信息，并传递给机器人控制器，然后机器人控制器再传送给主控计算机，由主控计算机对图像进行处理，解算出发光口的个数和位置信息，然后进入步骤14)；

14)机器人控制器接收主控计算机解算出的个数、位置信息，控制机器人末端运动，使清洗喷头对正灯具发光口；

15)利用测距装置检测灯具发光口距离清洗喷头的距离，并传送给清洗设备控制器；

16)判断进入混合装置的物质，当需要压缩空气进入混合装置时，进入步骤17)，否则，进入步骤18)；

17)在清洗设备控制器的控制下，清洗剂配送装置将清洗剂存储装置内储存的清洗剂原料定量提供给混合装置；与此同时，打开空气输送装置，并由阀门调节装置提供给混合装置，然后进入步骤19)；

18)在清洗设备控制器的控制下，清洗剂配送装置将清洗剂存储装置内储存的清洗剂原料定量提供给混合装置；与此同时，打开输水装置，由输水装置将储水装置内的水经阀门调节装置提供给混合装置；

19)打开喷射装置，控制喷射时间；

20)利用清洗剂和压缩空气或清洗剂和水清洗灯具发光口；

21)利用图像采集装置采集清洗后的灯具图像，然后传送给机器人控制器，机器人控制器再传送给主控计算机，主控计算机通过相对应算法找出灯具发光口污斑大小，并与清洗前的灯具图像进行对比，然后判断是否清洗合格，如是，进入步骤22)，否则返回步骤19)；

22)判断是否清洗完所有发光口，如是，进入步骤23)，否则进入步骤19)；

23)清洗结束，移至下一个灯具并进行清洗。

本发明提供的嵌入式助航灯具自主清洗车及控制方法具有如下优点：

在灯具清洗过程中，无论是人工驾驶还是无人驾驶，工作人员参与量少，从而大大减少了工作人员的数量和劳动强度。可选用干冰、碳酸盐等作为清洗剂原料，在整个清洗过程不会产生二次废料及二次污染，节能环保。选用机器人作为清洗喷头的载体，可以完成一个灯具所有发光口的清洗作业任务，清洗速度快、效率高。此外，该嵌入式助航灯具自主清洗车能够在高温和严寒环境下工作，能够在很大程度上减少停航时间，提高机场运行效率。

附图说明

图1为本发明提供的嵌入式助航灯具清洗车主视图。

图2为本发明提供的嵌入式助航灯具清洗车俯视图。

图3为本发明提供的嵌入式助航灯具清洗车中机器人部位主视图。

图4为本发明提供的嵌入式助航灯具清洗车中部分部件组成框图。

图5为本发明提供的嵌入式助航灯具清洗车的控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的嵌入式助航灯具清洗车及控制方法进行详细说明。

如图1—图4所示，本发明提供的嵌入式助航灯具自主清洗车包括：车辆28和安装在车辆28上的主控计算机2、显示器4、车体控制系统和清洗装置；其中车辆28由驾驶室29和车厢30构成，并且车厢30的底盘中部形成有开口；

清洗装置包括清洗喷头运动载体单元和清洗设备单元；所述的清洗喷头运动载体单元包括机器人6、升降装置7、机器人控制器21和图像采集装置23；升降装置7设置在车厢30的底盘中部表面，其上设有两根升降支柱31、两个上部限位装置8a、两个下部限位装置8b、两个滑块26和两台升降电机35；两根升降支柱31的下端分别固定在车厢30上开口的左右边缘外侧，两个上部限位装置8a和两个下部限位装置8b分别安装在两根升降支柱31的上下部，两个滑块26以能够上下移动的方式设在两根升降支柱31的中部，两台升降电机35分别安装在两根升降支柱31的上端，并能够带动滑块26在升降支柱31上进行升降运动；机器人6的上部两侧部位分别连接在两个滑块26上，因此下部能够在滑块26的带动下通过车厢30上的开口伸出到车厢30外部或回缩到车厢30内部；机器人控制器21设置在驾驶室29内；图像采集装置23安装在机器人6的下端，并且图像采集装置23、机器人6和升降电机35与机器人控制器21电连接；

所述的清洗设备单元包括清洗设备控制器22、清洗剂存储装置11、清洗剂配送装置10、空气压缩装置18、过滤装置17、干燥装置15、管子16、混合装置19、喷射装置13、空气输送装置14、清洗喷头24、储水装置32、输水装置33、阀门调节装置34、测距装置25、供电装置5；其中清洗剂存储装置11、清洗剂配送装置10、空气压缩装置18、过滤装置17、干燥装置15、混合装置19、喷射装置13、空气输送装置14、储水装置32、输水装置33和阀门调节装置34设置在车厢30的底盘后部表面，清洗剂存储装置11通过管路依次与清洗剂配送装置10和混合装置19相连接；空气压缩装置18通过管路依次与过滤装置17、干燥装置15、空气输送装置14、阀门调节装置34及混合装置19相连接；储水装置32通过输水装置33与阀门调节装置34相连接；清洗喷头24、测距装置25均安装在机器人6下端；喷射装置13安装在混合装置19出口处，并且通过管子16与清洗喷头24相接；清洗设备控制器22设置在驾驶室29内，并且与测距装置25、空气输送装置14、清洗剂配送装置10、阀门调节装置34、输水装置33、喷射装置13电连接；供电装置5设置在车厢30的底盘前部表面，用于为清洗设备单元中各用电部件供电；

所述的车体控制系统包括车体运动控制器20、定位装置9、前部图像采集装置1和底部图像采集装置27；其中定位装置9安装在车厢30的顶部，前部图像采集装置1安装在车头前部，底部图像采集装置27安装在车厢30的底面上；车体运动控制器20设置在驾驶室29内，用于控制车辆28的转向机构和驱动机构，并且与定位装置9、前部图像采集装置1和底部图像采集装置27电连接；

所述的主控计算机2和显示器4均设置在驾驶室29内，并且主控计算机2分别与显示器4、车体运动控制器20、机器人控制器21和清洗设备控制器22电连接。

所述的嵌入式助航灯具自主清洗车还包括一个设置在驾驶室29内且与主控计算机2电连接的通讯装置36。

所述的机器人6采用并联机构。

所述的显示器4为LED显示屏，用于显示操作控制界面信息及实时灯具位置动态图像信息。

所述的测距装置25与清洗喷头24以相邻的方式安装在机器人6上。

现将本发明提供的嵌入式助航灯具清洗车使用方法阐述如下：

整个清洗过程可以分为灯具初对正过程和灯具精确对正及自动清洗过程两部分。其中，灯具初对正过程有无人驾驶和人工驾驶两种模式可供选择。

(1)灯具初对正

①人工驾驶

机场工作人员启动车辆28并打开主控计算机2，在显示器4上选择人工清洗模式。然后工作人员驾驶车辆28朝需要清洗的灯具方向行驶，当行驶至待清洗的灯具12上方时，利用底部图像采集装置27实时采集灯具12的位置信息，然后传送给车体运动控制器20，车体运动控制器20再传送给主控计算机2，并在主控计算机2的控制下在显示器4上进行显示；当灯具12出现在显示器4的特定区域范围内时，车辆28停止，之后在机器人控制器21的控制下使机器人6通过升降装置7下降至下部限位装置8b处，此时机器人6的下部探出车厢30的开口外部。

②无人驾驶

机场工作人员打开主控计算机2，在显示器4上选择自主清洗模式，并输入需要清洗的灯具编号。车体运动控制器20接收定位装置9的数据，获得车辆自身位置信息，通过相应的算法控制车辆28的驱动机构和转向机构，使得车辆28朝待清洗的灯具12方向移动，当灯具12出现在前部图像采集装置1的视野范围内时，将视觉导航作为辅助导航，共同引导车辆28朝灯具12方向移动，直至底部图像采集装置27检测到灯具12在清洗装置的工作范围内时，车辆28停止，之后在机器人控制器21的控制下使机器人6通过升降装置7下降至下部限位装置8b处，此时机器人6的下部探出车厢30的开口外部。

(2)灯具精确对正及自动清洗

利用图像采集装置23近距离采集灯具12的图像信息，并传送给机器人控制器21，机器人控制器21传送给主控计算机2，主控计算机2对图像进行处理，解算出发光口的个数和位置信息，再传送给机器人控制器21，机器人控制器21通过相应的算法控制机器人6末端运动，使得机器人6上的清洗喷头24对正灯具12的某一发光口。清洗设备控制器22接收测距装置25检测到的清洗喷头24与发光口间的距离信息，控制喷射装置13的通断时间，在清洗设备控制器22的控制下，清洗剂配送装置10将清洗剂存储装置11内储存的清洗剂原料定量提供给混合装置19；与此同时，根据需要由阀门调节装置34来控制将压缩空气还是水通入混合装置19；当需要通入压缩空气时，由空气压缩装置18提供所需的压缩空气，该空气经过滤器17、干燥器15分别进行杂质过滤和干燥后由空气输送装置14经阀门调节装置34提供给混合装置19，在混合装置19中压缩空气将与清洗剂原料进行混合，然后通过喷射装置13经管子16提供给清洗喷头24，最后由清洗喷头24喷向灯具12的发光口而对其进行清洗，提高清洗效率、节约清洗原料；当需要通入水时，由输水装置33将储水装置32内的水经阀门调节装置34提供给混合装置19，进行清洗；当清洗完一个发光口时，由图像采集装置23采集图像并传送给机器人控制器21，机器人控制器21通过相应的算法检测光强，以判断是否清洗合格。若不合格，则继续清洗，当清洗合格时，机器人6末端运动而使清洗喷头24移动到下一个发光口，重复上述过程进行清洗，直至清洗完所有发光口。

另外，在清洗过程中，在主控计算机2的控制下还可利用通讯装置36将本清洗车的位置、速度、清洗灯具个数等信息传送给监控中心，以满足监控人员实时监控需要，并能够接受来自监控人员的远程操控指令。

在实际灯具12的清洗过程中，可以选择人工驾驶至灯具上方或自主驾驶至灯具上方中的一种，与自主清洗相结合来完成清洗作业任务。当清洗作业完成后，在机器人控制器21的控制下机器人6上升至上部限位装置8a处。

如图5所示，本发明提供的嵌入式助航灯具清洗车的控制方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)机场工作人员启动车辆28，打开主控计算机2，并在显示器4上进行模式选择；

2)判断选择的模式，当选择的是人工驾驶模式时，进入步骤3)，当选择的是自主驾驶模式时进入步骤6)；

3)机场工作人员驾驶车辆28驶向待清洗的灯具12方向；

4)在车辆28行驶过程中，利用底部图像采集装置27实时采集图像信息，然后传送给车体运动控制器20，车体运动控制器20再传送给主控计算机2，并在主控计算机2的控制下在显示器4上进行显示；由工作人员判断采集到的图像中灯具12是否位于显示器4的中央区域，如是，进入步骤5)，否则返回步骤3)；

5)工作人员停止车辆28，然后进入步骤12)。

6)自主驾驶模式，工作人员在显示器4上输入待清洗的灯具12的编号；

7)利用车体控制器20实时接收定位装置9的数据，通过相应控制算法控制车辆28驶向灯具12；

8)判断前部图像采集装置1是否检测到灯具12，如是，进入步骤9)，否则返回步骤7)；

9)车体控制器20利用前部图像采集装置1采集到的灯具12的数据，将视觉导航作为辅助导航，共同引导车辆28驶向灯具12；

10)利用底部图像采集装置27实时采集图像信息，并将数据传递给车体控制器20，然后由车体控制器20再传递给主控计算机2，之后由主控计算机2判断灯具12是否位于清洗装置的工作范围内，如是，进入步骤11)，否则返回步骤9)；

11)自动停止车辆28；

12)机器人控制器21控制升降装置7上两台升降电机35转动，从而带动滑块26在升降支柱31上向下滑动，由此将机器人6下降至下部限位装置8b处；

13)利用图像采集装置23采集灯具12的图像信息，并传递给机器人控制器21，然后机器人控制器21再传送给主控计算机2，由主控计算机2对图像进行处理，解算出发光口的个数和位置信息，然后进入步骤14)；

14)机器人控制器21接收主控计算机2解算出的个数、位置信息，控制机器人6末端运动，使清洗喷头24对正灯具发光口；

15)利用测距装置25检测灯具发光口距离清洗喷头24的距离，并传送给清洗设备控制器22；

16)判断进入混合装置19的物质，当需要压缩空气进入混合装置时，进入步骤17)，否则，进入步骤18)；

17)在清洗设备控制器22的控制下，清洗剂配送装置10将清洗剂存储装置11内储存的清洗剂原料定量提供给混合装置19；与此同时，打开空气输送装置14，并由阀门调节装置34提供给混合装置19，然后进入步骤19)；

18)在清洗设备控制器22的控制下，清洗剂配送装置10将清洗剂存储装置11内储存的清洗剂原料定量提供给混合装置19；与此同时，打开输水装置33，由输水装置33将储水装置32内的水经阀门调节装置34提供给混合装置19；

19)打开喷射装置13，控制喷射时间；

20)利用清洗剂和压缩空气或清洗剂和水清洗灯具发光口；

21)利用图像采集装置23采集清洗后的灯具图像，然后传送给机器人控制器21，机器人控制器21再传送给主控计算机2，主控计算机2通过相对应算法找出灯具发光口污斑大小，并与清洗前的灯具图像进行对比，然后判断是否清洗合格，如是，进入步骤22)，否则返回步骤19)；

22)判断是否清洗完所有发光口，如是，进入步骤23)，否则进入步骤19)；

23)清洗结束，移至下一个灯具并进行清洗。