[发明专利]一种用于登机桥自动对接飞机舱门的控制装置及方法

权利要求书

1.一种用于登机桥自动对接飞机舱门的控制装置，其特征在于：包括有原登机桥PLC控制器、控制器和传感器，所述控制器包括有计算处理单元、PLC按钮控制单元、存储单元、显示交互单元、远程控制单元和报警单元，所述传感器包括有行走机构轮位角度反馈器、桥头转动角度反馈器、桥头前方测距传感器、接机口光电触机开关、视觉摄像头、十字激光发射单元、活动踏板水平角度反馈器、遮蓬触机光电开关、遮蓬缩限位开关、调平轮压合反馈器、光流传感器和门保护器开关。

2.根据权利要求1所述的一种用于登机桥自动对接飞机舱门的控制装置，其特征在于：所述原登机桥PLC控制器包括有行走机构控制单元、桥头高度升级单元、桥头角度转动单元、遮蓬伸缩单元、调平轮投入单元、活动踏板调整单元、门保投入单元和计费单元。

3.根据权利要求2所述的一种用于登机桥自动对接飞机舱门的控制装置，其特征在于：所述行走机构控制单元用于控制两轮行走机构前进后退左转右转的方向和行走轮的转动速度，所述桥头高度升级单元用于控制升降机构调整登机桥桥头高度，所述遮蓬伸缩单元用于控制登机桥风雨遮蓬的伸出和收回，所述调平轮投入单元用于打出和收回调平轮执行机构，所述活动踏板调整单元用于控制接机口踏板的水平，所述门保投入单元是用于启动登机桥原系统中保护飞机舱门，所述计费单元是用于在完成登机桥对接飞机舱门后开启对飞机停靠计时收费。

4.根据权利要求1所述的一种用于登机桥自动对接飞机舱门的控制装置，其特征在于：所述计算处理单元是用于接收传感器的数据并综合计算控制策略，所述PLC按钮控制单元是用于将计算处理单元给出的控制策略转化并输出到原登机桥PLC系统的控制按钮上，所述存储单元是将控制器系统运行过程中的数据进行保存形成工作日志，所述显示交互单元是用于现场控制控制器系统和显示控制器系统执行的结果，所述远程控制单元是用于登机桥控制无人化，所述报警单元用于当控制器发现运行异常时发出报警。

5.根据权利要求1所述的一种用于登机桥自动对接飞机舱门的控制装置，其特征在于：所述行走机构轮位角度反馈器是用于实时反馈登机桥行走机构轮子的转动角度，所述桥头转动角度反馈器是用于实时反馈登机桥桥头转动机构的转动角度，所述桥头前方测距传感器是用于测量登机桥接机口与飞机机身之间的距离，所述接机口光电触机开关是用于检测登机桥是否到达与飞机的最小距离，所述视觉摄像头是用于拍摄飞机舱门，通过计算单元识别检测舱门，所述十字激光发射单元是用于辅助视觉计算单元测量摄像头检测到舱门位置与十字激光图案的像素差，所述活动踏板水平角度反馈器是用于测量活动踏板的倾斜角度，所述遮蓬触机光电开关是用于检测遮蓬是否即将贴合飞机，所述遮蓬缩限位开关是用于检测遮蓬是否达到收缩极限，所述调平轮压合反馈器是用于检测调平轮是否正真的压合在飞机机身上，所述光流传感器是用于检测调平轮是否发生打滑，所述门保护器开关是为了防止飞机或接机口移动而损伤舱门。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种用于登机桥自动对接飞机舱门的控制装置的控制方法，其特征在于，包括有以下步骤：

S1、控制器根据安装在登机桥桥头两侧的测距传感器的测量值，来控制登机桥桥头的左右转向，使得桥头两侧到飞机的距离相同，从而使得登机桥的接机口与飞机机身平行，并通过控制器控制登机桥的行走机构轮位角度与桥头角度转动至相同的角度；

S2、设置接机口下方两个触机光电单元和遮蓬上方两个触机光电单元的触发距离为3cm，所述触机光电单元为非接触式反射传感器可以保证光电开关触发时接机口不会接触到飞机；

S3、在登机桥接机口右下侧安装十字激光束发射器，安装位置需要确保发射出的竖向激光与接机口右侧间距为40cm-50cm，横向激光与接机口下沿间距为20cm左右，这个数据也是登机桥对接舱门后舱门的右边界和下边界到接机口右侧和下侧的距离，调整这个两个边界参数即可控制对接后舱门的对接位置；

S4、计算处理单元根据视觉摄像头拍摄的舱门画面，对舱门位置进行识别检测，计算出舱门右边界和下边界的拟合直线交汇点A,舱门检测可以使用基于深度学习的目标检测方法得到，或者通过其他图像处理的方式得到舱门的拟合边界等；

S5、计算处理单元根据视觉摄像头拍摄画面，画面中十字激光束的交点B进行定位，并计算出舱门右边界和下边界的拟合直线交汇点A与十字激光束的交点B的水平和垂直像素差值X和Y；

S6、控制器根据像素差值Y来控制登机桥的桥头高度，使得该像素值Y为0，由于登机口是与飞机机身平行的，且十字激光束正冲飞机射出，所以此时桥头高度已经达到符合该舱门对接要求的高度；

S7、控制器根据像素误差X和控制算法公式P₁X₀+D₁(X₀-X₁)＝ΔM，P₂ΔM₀+D₂(ΔM₀-ΔM₁)＝O

来控制行走机构轮位的偏转角度和对行走机构轮位的控制输出量，P₁、P₂、D₁、D₂为控制参数，该参数需要在登机桥运行的实际运动中调参，X₀为当前的水平像素差值，X₁为上一次的水平像素差值，△M为根据像素差值推算出的轮位偏转角度，△M₀为当前推算轮位偏转角，△M₁为上周期推算轮位偏转角，O为对行走机构轮位的输出控制量；

S8、在进行S6的同时控制器还需要给行走机构轮位增加前进的速度，该前进速度根据公式进行计算控制，则可以使得登机桥在对接前进过程中速度逐渐缓慢，直至对截至飞机舱门上，S是行走机构轮位前进速度控制输出量，d_l和d_r分别是左侧和右侧接机测距传感器测量值，k是控制参数，N是输出基础量，M是输出最大量。由于登机桥的行走机构系统在给定输入量小于N时行走机构不会运动，所以需要设置输出基础量，在对接过程中也需要设置最大输出量M防止登机桥运动过快；

S9、在登机桥前进过程中，需要实时根据接机口两侧的距离测量值调整桥头角度，使得接机口始终与飞机机身保持平行，这样S6和S7的控制才可以保证登机桥对接舱门的准确度。

S10、在对接过程中重复S5、S7、S8、S9过程，使得登机桥以渐减速的形式对接飞机舱门，直至登机口两个触机光电单元有一个反馈到位信息则立即停止登机桥的运动，此时登机桥接机口与飞机机身距离最短为所预设值3cm，且接机口与飞机机身平行，接机口已经到达了对接飞机舱门的位置；

S11、接机口到位之后再次重复S4、S5，判断点A与点B之间的误差是否在运行的阈值以内，如果超出阈值则说明对接不满足标准，发出报警并且自动触发重新对接；

S12、重新对接时控制器控制登机桥行走机构轮位角度与桥头角度相同后再进行行走机构后撤，以保证接机口是可以沿垂直机身方向后撤的，直至后撤至距离飞机机身1米处停止，重复S5至S11步骤，直至对接符合标准阈值，接机口到位后继续执行后续操作；

S13、接机口到位后需要控制器控制遮蓬伸出，直至收到遮蓬触机光电开关的反馈停止遮蓬运动；此时登机口已经完全扣在了飞机舱门上且与飞机机身距离保持3cm的安全距离。

S14、控制器控制打出调平轮，3秒后检测调平轮压合传感器是否反馈压合信号，如未压合则发出警告信息。

S15、控制器根据活动踏板上的倾角传感器的反馈值，自动调整活动踏板的倾斜角度，使得活动踏板的水平角度为零。

S16、控制器启动登机桥的门保护器开关和计费开关，完成登机桥对接飞机舱门的过程。

S17、在完成登机桥舱门对接后，为了防止因调平轮打滑而导致接机口无法随舱门上下运动的问题，控制器会根据安装在调平轮一旁的光流传感器来对飞机机身移动的程度进行检测，超出设定移动阈值则控制器认为调平轮发生了打滑，控制器发出预警信息。