CN102795349B - 一种穿戴式飞机维修用辅助装置 - Google Patents

Abstract

该发明属于航空机械维修领域中的可穿戴式飞机维修用辅助设备，包括可穿戴计算机，含头盔及其带陀螺仪的惯性传感器或陀螺仪、微控制器、通信电路在内的头部运动检测器，摄像头单，目显示器，耳机及麦克风，电源。该发明增设了头戴式摄像头、随时对维修现场的情况等进行拍照与视频记录、备案，并采用语音发送操作请求、而通过点头和摇头的方式进行确认或否认其请求。从而具有因而本发明维修用辅助装置具有综合功能强，在维修过程中既可不用手操作维修辅助装置、又可随时对维修现场的情况（故障现象、维修结果）等通过拍照准确、客观地记录下来，供事后对故障进行分析、跟踪维修效果，以及可有效提高维修质量和维修效率，降低维修成本等特点。

Description

一种穿戴式飞机维修用辅助装置

技术领域

本发明属于航空机械维修领域中的飞机维修用辅助设备，特别是一种采用可穿戴计算机及语音等不需要操作人员用手操作的非传统输入、输出设备作为人机交互方式的穿戴式飞机维修用辅助装置,该装置也可用作其它飞行器维修辅助装置。

技术背景

目前，飞机的维修日益复杂，特别是对民用飞机的维修任务尤为繁重，对维修人员的技术要求也不断提高。而维修人员对维修流程和故障判断等标准很难凭记忆准确掌握，若靠人工查询纸质技术文档和维修手册、流程，以及寻找航材、配件、工具等则将耗费大量时间，而差错时有发生；而现有的通用计算机不但笨重、而且缺乏高效的非常规交互能力，不适宜用于飞机现场维修。

对此中国航天科工集团公司所属北京航天测控技术开发公司生产出了一种“航天测控便携式维修分析设备”（参见《军民两用技术产品》2010年第3期、P32），该分析设备虽可基本满足维修支持系统中的电子手册查询功能；但由于该设备采用手持式一体化整机设计，通过按键进行输入、通过液晶屏显示手册内容，查阅维修手册时需要通过维修人员眼、手进行。

而德国不莱梅大学计算技术中心研制出的“飞机辅助维修用穿戴式计算机（WearableComputing for Aircraft Maintenance：Simplifying the User Interface）”（Tom Nicolai,Thomas Sindt,Hendrik Witt,“Wearable Computing for Aircraft Maintenance:Simplifying the User Interface,”IEEE IFAWC,2006:P1-12.），包括：头戴式显示器（型号为MicroOptical SV-6HMD）及其驱动电路，耳机、麦克风，电池，便携式计算机，蓝牙无线键盘，数据手套；该辅助装置在可穿戴模式下需要通过数据手套进行输入操作，采用数据手套通过手势动作进行输入，用于阅读电子维修手册、维修记录与数据。该装置的缺点是由于采用手持模式、通过便携式计算机自带的触摸屏利用触摸笔操作；或者利用数据手套内的各种姿态传感器、用以感知手部的动作，通过手部动作控制计算机；无论是利用触摸笔操作、还是采用数据手套通过手势动作进行交互，都必须通过眼、手进行操作。

以上两类技术都存在必须通过眼、手进行操作维修辅助装置，而暂停维修人员当前的维修操作；同时由于缺乏图像信息采集功能（手段），又存在不能随时对维修现场的情况（故障现象、维修结果）等进行拍照与视频记录，不利于事后进行故障分析、跟踪检查等缺陷。

而在“Preliminary Investigation of Wearable Computers for Task Guidance inAircraft Inspection（利用可穿戴计算机引导飞机检查流程的应用情况调查）”（Jennifer J.Ockerman，Amy R.Pritchett，“Preliminary Investigation of Wearable Computers forTask Guidance in Aircraft Inspection”Second International Symposium on WearableComputers,Oct.1998:P33-40）文献中记载了采用可穿戴计算机在飞机检查过程中显示其检查流程、并对漏检情况进行监督和提示的可穿戴装置应用情况调查（综述）；此类装置由可穿戴计算机、单目显示器、耳机和麦克风组成；单目显示器用于显示图像信息、耳机播报飞机检查步骤提示信息，麦克风通过语音识别程序对计算机进行语音控制；该装置采用语音对计算机进行控制，虽然将维修人员的手从操作维修辅助装置中解脱出来、以专用于维修操作；但由于缺乏图像信息采集功能（手段），因而仍存在不能随时对维修现场的情况（故障现象、维修结果）等进行拍照与视频记录，不利于事后进行故障分析、跟踪检查等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于针对背景技术存在的缺陷，改进设计一种穿戴式飞机维修用辅助装置，通过采用单目显示器、语音、头部动作等不需要操作人员用手操作的非传统输入、输出设备作为人机交互方式，以使飞机维修人员在进行维修操作的同时能够对维修辅助装置进行无手化操作（不用手操作），并通过拍照等对维修现场的情况（故障现象、维修结果）等进行记录、为事后对故障分析等提供依据；从而达到提高维修质量和维修效率，降低维修成本等目的。

本发明的技术方案是针对部分背景技术中存在的必须通过手操作、而中断当前的维修工作的缺陷，本发明通过采用单目显示器，耳机、麦克风，摄像头和头部运动检测器单位独或综合进行人机交互，将手持辅助装置或手动操辅助装置时占用的手从中解脱出来、以专用于维修操作；而针对上述三个背景技术在维修过程中均不能随时对维修现场的情况等进行拍照与视频记录的缺陷，本发明则采用增设一头戴式摄像头、随时对维修现场的情况（故障现象、维修结果）等进行拍照与视频记录、备案，供事后故障分析、跟踪等用；因此，本发明穿戴式飞机维修辅助装置包括可穿戴计算机，单目显示器，耳机及麦克风（拾音器），电源，关键在于该辅助装置还设有头部运动检测器和摄像头；其中单目显示器通过VGA视频电缆与可穿戴计算机连接，耳机及麦克风通过音频电缆与可穿戴计算机连接，摄像头则通过USB电缆与可穿戴计算机连接，头部运动检测器通过USB电缆与可穿戴计算机连接，电源通过电源线为整个装置提供工作电能。

上述头部运动检测器包括头盔及设于其内的带陀螺仪的惯性传感器或陀螺仪、微控制器、通信电路；其中带陀螺仪的惯性传感器或陀螺仪将头部的点头与摇头动作转变为数字信息、微控制器读入该数字信息并将其转变为控制命令后，通过通信电路送入可穿戴计算机（执行）。

而所述摄像头为头戴式摄像头、该摄像头通过支架固定于头盔的正前方。所述单目显示器为透射式单目显示器或者非透射式单目显示器，该显示器通过带铰链的支架可转动式固定于头盔的正前方。

所述电源通过电源线为整个装置提供工作电能；为了稳定电压并确保输出功率，在电源输出端还设有直流变压电路，直流变压电路将电源的电压转变为相应工作单元所需的稳定电压、再分别向包括可穿戴计算机、单目显示器、摄像头及头部运动检测器在内的整个装置提供工作电能。

所述电源为分布式电源。

所述可穿戴计算机为常规市售可穿戴计算机或组装式可穿戴计算机；当采用组装式可穿戴计算机时，该计算机为包括微处理器、随机存储器、闪存器（FLASH）、SD卡、显卡、声卡、USB通信电路在内的ARM嵌入式计算机；该嵌入式计算机通过设于机壳上相应的接口分别与单目显示器、耳机、麦克风、摄像头、头部运动检测器及电源连接。

本发明采用语音与头部动作这两种不需手操作的输入方式，首先通过语音命令发送操作请求，再通过头部的点头动作确认或通过摇头动作取消语音请求；这种采用语音发送操作请求（命令）、而通过点头和摇头的方式进行确认（肯定）或否定语音发送操作请求（命令），可以避免因完全使用语音、一旦发生语音识别错误而出现的误操作，并可将维修人员的手从操作辅助装置中解脱出来、以专用于维修操作；本发明由于增设了头戴式摄像头、随时对维修现场的情况（故障现象、维修结果）等进行拍照与视频记录、备案，从而可准确、客观地将维修现场的情况记录下来，供事后对故障进行分析、跟踪检查其维修效果等用，并有利于不断总结、提高维修水平和质量。因而本发明维修用辅助装置具有综合功能强，在维修过程中既可对辅助装置进行无手化（不用手）操作、又可随时对维修现场的情况（故障现象、维修结果）等通过拍照准确、客观地记录下来，以及可有效提高维修质量和维修效率，降低维修成本等特点。

附图说明

图1为本发明穿戴式航空维修用辅助装置使用状态示意图，其中实线所示部分为本发明辅助装置、双点划线所示部分为人体；

图2为本发明维修用辅助装置结构及连接关系示意图（方框图）；

图3为本发明实施例1中可穿戴计算机结构示意图（方框图）；

图4是本发明具体实施方式头部运动检测器结构示意图（方框图）。

图中：1.可穿戴计算机、1-1.处理器、1-2.随机存储器、1-3.闪存器（FLASH）、14.SD卡、1-5.显卡、1-6.声卡、1-7.USB通信电路，2.分布式电源，3.头盔，4.单目显示器，5.耳机，6.麦克风（拾音器），7.摄像头，8.头部运动检测器、8-1.惯性传感器（陀螺仪）、8-2.微控制器、8-3.USB通信电路。

具体实施方式

实施例1：本实施例可穿戴计算机1采用组装式ARM嵌入式计算机，附图3即该计算机结构示意图（方框图），其中：处理器1-1的型号为S3C2440的嵌入式处理器、支持多种接口与外部设备直接连接，随机存储器1-2型号为HY57V561620的同步动态随机存储器（SDRAM）、通过存储器总线与处理器1-1连接，闪存器（FLASH）1-3采用型号为K9F1208U0C的非易失闪存器、通过存储器总线与处理器1-1连接，SD卡1-4为容量4GB的金士顿SD存储卡、通过SD卡插座和接口总线与处理器1-1连接，显卡1-5采用型号为ADV7125驱动芯片并分别通过视频总线与处理器1-1连接、通过VGA电缆与单目显示器4连接，声卡1-6则采用型号为UDA1341的芯片并通过IIS总线与处理器1-1相连接、分别通过音频电缆与耳机5及麦克风6连接，USB通信电路1-7采用型号为GL850G的芯片和USB扩展转接芯片并通过USB总线与处理器1-1连接、分别通过USB电缆与摄像头7、头部运动检测器8连接；本实施方式可穿戴计算机通过带VGA插座、音频接口插座、USB插座、电源插座和电源开关的硬质铝合金外壳及卡扣固定于工作服后部（即位于人体背部）；

电源2本实施例采用三个11.1V锂电池、并通过型号为LM2596的降压模块（即所述直流变压电路），将锂电池的输出11.1V电压变换至稳定的5V输出电压，为可穿戴计算机1、单目显示器4、摄像头7、头部运动检测器8及整个装置提供电能；单目显示器4本实施例采用型号为DS-900的透射式单目显示器（陕西凯信电子工程有限责任公司生产），通过可以向上转动的带铰链的支架固定在头盔3的前方；耳机5置于头盔3两侧通过音频电缆与可穿戴计算机1连接；麦克风6通过可旋转支架固定于头盔3的一侧；摄像头7型号为MPC-30C、固定于头盔3的正前方，通过USB电缆与可穿戴计算机1相连；

头部运动检测器8设于头盔3的顶部，其中：陀螺仪8-1采用型号为L3G4200D的陀螺仪、通过IIC总线与微控制器8-2连接，USB通信电路8-3采用型号为CH376的芯片、通过通用IO接口与微控制器8-2连接，通过USB通信电缆及其插口与可穿戴计算机1连接；附图4即为该头部运动检测器结构及各器件连接关系示意图。

实施例2：本实施例可穿戴计算机1采用型号为OQO Model 03的计算机，固定在工作服上后通过扩展槽接口上的VGA接口、VGA电缆与单目显示器4连接，通过耳机插孔及音频电缆与耳机5相连接，通过麦克风插孔及音频电缆与麦克风6连接，通过USB接口及USB电缆与摄像头7连接，通过USB接口及USB电缆与头部运动检测器8连接，通过电源线及电源插口与分布式电源2连接；单目显示器4本实施例采用型号为KS-800的非透射式单目显示器（陕西凯信电子工程有限责任公司生产）；其余部分均与实施例1相同。

Claims (5)

1.一种穿戴式飞机维修用辅助装置，包括可穿戴计算机，单目显示器，耳机及麦克风，电源，其特征在于该辅助装置还设有头部运动检测器和摄像头，而所述电源的输出端还设有直流变压电路，该直流变压电路将电源的电压转变为相应工作单元所需的稳定电压、再分别向包括可穿戴计算机、单目显示器、摄像头及头部运动检测器在内的整个装置提供工作电能；其中单目显示器通过VGA视频电缆与可穿戴计算机连接，耳机及麦克风通过音频电缆与可穿戴计算机连接，摄像头则通过USB电缆与可穿戴计算机连接，头部运动检测器通过USB电缆与可穿戴计算机连接，电源通过电源线为整个装置提供工作电能；

上述头部运动检测器包括头盔及设于其内的带陀螺仪的惯性传感器或陀螺仪、微控制器、通信电路；其中带陀螺仪的惯性传感器或陀螺仪将头部的点头与摇头动作转变为数字信息、微控制器读入该数字信息并将其转变为控制命令后，通过通信电路送入可穿戴计算机。

2.按权利要求1所述穿戴式飞机维修用辅助装置，其特征在于所述摄像头为头戴式摄像头、该摄像头通过支架固定于头盔的正前方。

3.按权利要求1所述穿戴式飞机维修用辅助装置，其特征在于所述单目显示器为透射式单目显示器或者非透射式单目显示器，该显示器通过带铰链的支架可转动式固定于头盔的正前方。

4.按权利要求1所述穿戴式飞机维修用辅助装置，其特征在于所述电源为分布式电源。

5.按权利要求1所述穿戴式飞机维修用辅助装置，其特征在于所述可穿戴计算机为常规市售可穿戴计算机或组装式可穿戴计算机；当采用组装式可穿戴计算机时，该计算机为包括微处理器、随机存储器、闪存器、SD卡、显卡、声卡、USB通信电路在内的ARM嵌入式计算机；该嵌入式计算机通过设于机壳上相应的接口分别与单目显示器、耳机、麦克风、摄像头、头部运动检测器及电源连接。