CN109631878A - 用于在机库中导航飞行器的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在机库中导航飞行器(12)的系统(10)，该系统具有至少一个与该飞行器(12)牢固连接的光学传感器(16、18)，其中借助于该传感器(16、18)能够连续地测定相对于该飞行器(12)的环境轮廓数据，并且具有与该传感器(16、18)相连的数据处理设备(20)，该数据处理设备具有数据存储器(22)，在该数据存储器上存储有参考数据，其中借助于该数据处理设备(20)通过连续比较所获取的环境轮廓数据与该参考数据能够测定飞行器的实际位置(64)，并且通过将所获取的实际位置(64)与所存储的目标位置(66)进行比较(46)能够确定(48)位置偏差。

Description

用于在机库中导航飞行器的系统和方法
技术领域
本发明涉及用于在机库中导航飞行器的系统和方法。
背景技术
例如为了进行维护或维修措施，将飞行器从正在运行的飞行作业中撤出并转移到机库中。此外，例如为了在飞行器制造过程的末尾进行喷漆工作也要将几乎完全制造完成的飞行器移动到为此而设置的喷漆机库中。维护和/或维修措施以及喷漆工作一般都要求飞行器在机库中的定位，这能够实现随后将工作平台和/或特殊工具靠近飞行器。在此重要的是，能够进行准确的位置确定和因此准确的定位，以便能够在飞行器处快速执行对应的工作。
常规地，为了定位使用铅垂线，这些铅垂线由工人例如安置在飞行器的机翼尖端或其他预定的位置处并且通过飞行器在机库中的对应移动必须达到在机库地板上预先标记的确定区域中，以便实现所希望的停机位置。
为了达到飞行器的所希望的停机位置，一般要求多名人员参与此过程并且对其进行监控，因为一个人通常无法同时看到所有区域。还可能需要后续调整，然而后续调整需要时间并且会延迟所计划的措施的开始。
发明内容
本发明的目的是提供一种尽可能准确且快速地在机库内部确定飞行器位置的方法，尤其在将飞行器导航到机库中或从机库中导航出来期间。
本发明的目的通过一种用于在机库中导航飞行器的系统实现，该系统具有至少一个与该飞行器牢固连接的光学传感器，其中借助于该传感器能够连续地测定相对于该飞行器的环境轮廓数据，并且具有与该传感器相连的数据处理设备，该数据处理设备具有数据存储器，在该数据存储器上存储有参考数据，其中借助于该数据处理设备通过连续比较所获取的环境轮廓数据与该参考数据能够确定该飞行器在该机库中的实际位置。通过本发明的系统可以以自动化方式识别关于飞行器环境的飞行器位置。这使得飞行器能够在机库中占据希望位置或目标位置。以此方式可以更快速地占据所希望的位置并且后续工作(通过自动执行的喷漆设备的喷漆或者维护或维修措施)可以更快地开始。由于提高的自动化程度，可以预期，尤其对于通过例如机器人或其他自动化工具施加在飞行器外侧的工作而言，更快速且准确的位置确定和因此的定位是有利的。
根据本发明，该传感器与该数据处理设备相连，使得在传感器与数据处理设备之间可以进行数据通信。换言之：在传感器与数据处理设备之间可以交换数据信号。例如，数据处理设备安装在飞行器处，并且通过数据线缆与传感器导电相连。
根据本发明，环境轮廓数据的测定在飞行器的(周围)环境中进行。典型的环境轮廓数据测定的范围在此为最多约80米。根据本发明，环境轮廓可以在极坐标中测定。根据本发明，环境轮廓数据的测定可以连续地进行，即在时间上重复地或以时间上彼此相继地间隔。
该系统的优选实施方式的特征在于，可以测定机库内部轮廓数据作为环境轮廓数据并且所存储的参考数据是机库内部轮廓参考数据，其中通过其比较能够获得传感器相对于该机库内部轮廓的实际位置。通过根据这个实施方式的系统，可以获得传感器相对于机库内部轮廓的实际位置。对应地，飞行器可以针对性地定位在机库中。
机库内部轮廓参考数据为机库的预先已知或预先定义(并且例如以经存储的形式存在与数据存储器上)的内部轮廓数据。因为传感器与飞行器牢固连接并且因而其相对于飞行器的相对位置总是保持不变，所以总是只有当已经获得或已知传感器的实际位置时才能间接得知整个飞行器的实际位置(以及实际取向)。优选可以沿着机库内部轮廓设置反射器。这有利地提高了在测定机库内部轮廓或环境轮廓数据时的准确度并且因而提高传感器的实际位置的准确度。
在该系统的同样优选的实施方式中，可以借助于数据处理设备通过将所获取的实际位置与目标位置进行比较来确定位置偏差。通过确定位置偏差以及连续提供位置偏差，可以有利地监测飞行器向机库中的驶入或驶出过程并且提前估算飞行器是否达到目标位置或者是否应提前干预驶入或驶出过程以便到达目标位置。尤其为了在驶入或驶出过程的末尾进行细调或精细定位，确定位置偏差是有帮助的。如果到达了目标位置，则位置偏差为零并且例如可以通过系统输出听觉或还有视觉可感知的信号。
优选还有一种实施方式，其中该光学传感器如下在该飞行器的前起落架处设置成，使得在该前起落架的伸出状态下对于该传感器而言如下监测区域是可视的：该监测区域包括侧向的和前方的飞行器区域。以此方式优先测定了飞行器环境的一般在飞行器向前入库时最相关的那个区域。这两个侧向的飞行器区域典型地包括两个机翼周围的所有区域。前方的飞行器区域典型地包括整个前方的机身区域以及沿飞行方向向前连接到其上的区域。
特别优选还有一种实施方式，其包括至少一个另外的光学传感器，通过该至少一个另外的光学传感器能够连续测定另外的环境轮廓数据，并且该至少一个另外的光学传感器与该数据处理设备(数据通信地)相连。通过对环境轮廓数据的另外的测定，可以通过例如提高其准确度的方式来改进位置确定。该系统的几何上可测定的区域因而可以扩大(例如还可以由此在飞行器的倒退方向上实现环境轮廓数据测定)。此外，该一个或多个光学传感器在飞行器的不同高度上设置成，使得在所有围绕该飞行器的区域中进行环境轮廓数据的测定。
在该系统的另一个优选的实施方式中，该光学传感器或这些光学传感器形成为光电子传感器，尤其二维激光扫描仪。通过光电子传感器或二维激光扫描仪可以例如借助于激光器采样射束在二维平面之内的旋转以及这个采样射束的反射或再发射的接收(即在与这个二维平面相交的物体处的反射或再发射)产生所测定的周围环境的二维几何形状(例如飞行器机库的内部，即所谓的机库内部轮廓数据)作为环境轮廓数据。由旋转的采样射束产生的反射或再发射可以由关于激光扫描仪的光电子传感器再次接收，其中可以从传播时间中测定反射性或再发射性物体的距离作为环境轮廓数据。此类环境轮廓数据在旋转式测定时典型地作为极坐标给出。光电子传感器或二维激光扫描仪理论上可以是电池驱动的，其中电池可以单独地设置在相应的传感器处或者可以安装在飞行器侧。此外，替代地可以将传感器连接在飞行器机载电网上，以便为传感器供应电能。
优选还有一种实施方式，其中在飞行器侧设置至少一个耦联装置，借助于该耦联装置，光学传感器能够可松脱地与该飞行器相连。光学传感器因而可用在防扭转(即不可扭转运动)地与飞行器相连的导航位置中。此外，传感器可以在成功的机库导航或成功的机库定位之后再次从飞行器上松脱或拆除。为了确保与耦联装置防扭转地相连的传感器具有相对于其余的飞行器正确的相对位置，传感器可以分别通过测定围绕这些传感器的飞行器几何结构并且通过将所测定的飞行器几何结构与额定飞行器几何结构进行比较来检验传感器是否正确取向或其是否可能被错误地使用(相对于飞行器具有不希望的定向)。在后一种情况下可以输出对应的警报声音，从而随后可以进行正确的使用。
在上述实施方式的一个优选的改进方案中，数据处理设备安装在机库侧并且数据处理设备和光学传感器具有用于发送和接收环境轮廓数据和参考数据的发送和接收装置。以此方式，数据处理设备有利地与飞行器分开地设置并且通过发送和接收装置与传感器通信。因此在飞行器侧设置数据处理设备并不是必须的，这以有利的方式兼有对应的重量节省。数据处理设备可以例如借助于WLAN(无线局域网)与传感器通信。
本发明的目的同样通过一种用于在机库中导航飞行器的方法来实现，该方法具有以下方法步骤：借助于与该飞行器牢固相连的光学传感器连续地测定相对于飞行器的机库内部轮廓数据作为环境轮廓数据；将所测定的机库内部轮廓数据与作为参考数据的机库内部轮廓参考数据进行比较，以便连续获得该光学传感器相对于该机库内部轮廓的实际位置。本发明的方法基本上兼有与根据本发明的用于确定飞行器在机库中的实际位置的系统相同的优点。
优选的还有上述方法的一种方法变体，其特征在于另外的方法步骤：将所获取的实际位置与所存储的目标位置进行比较以及确定位置偏差。由此可以有利地检测飞行器向机库中的驶入或驶出过程并且提前得知预计是否达到飞行器的目标位置或者是否应校正干预驶入或驶出过程以便到达目标位置。
本发明的上述的方面和其他方面、特征以及优点同样可以从实施方式的实例中得出，这些实例在下文中参照附图来说明。
附图说明
在附图中相同的附图标记用于相同或至少相似的元件、部件或方面。应说明的是，在下文中将详细描述实施方式，这些实施方式仅是解释性的并且不是限制性的。在权利要求中词语“具有”不排除其他元件并且不定冠词“一个”不排除复数。仅仅在不同的从属权利要求中提及特定的特征并不限制本发明的主题。也可以有利地使用这些特征的组合。权利要求中的附图标记不应限制权利要求的范围。附图应理解为不是按比例的而是仅仅具有示意性和解释性的特征。附图示出；
图1示出机库和具有根据本发明的用于在机库中导航飞行器的系统的飞行器的根据第一实施方式的俯视图，其中该飞行器在所示的情况下尚未到达其目标位置，
图2示出根据图1的机库和飞行器的俯视图，其中该飞行器在所示的情况下已经到达其目标位置，
图3示出根据另一个实施方式的用于在机库中导航飞行器的系统的俯视图，其中在飞行器侧设置有数据处理设备，
图4示出根据又另一个实施方式的用于在机库中导航飞行器的系统的俯视图，其中在机库侧设置有数据处理设备，并且
图5示出根据本发明的用于在根据图1或2的机库中导航飞行器的方法的示意图。
具体实施方式
图1示出机库14和飞行器12，该飞行器具有用于在机库14中导航飞行器12的系统10。系统10适合于确定飞行器在机库14中的实际位置。在图1中示出的情况下，该情况例如可以在飞行器12驶入或驶出机库14时产生，飞行器12不是在目标位置中。对应地，在此情况下在飞行器的所获取的实际位置与目标位置之间存在位置偏差。
系统10包括与飞行器12牢固相连的光学传感器16，借助于该光学传感器能够连续地测定相对于飞行器12的环境轮廓数据。在图1中，传感器16形成为二维激光扫描仪，该激光扫描仪一方面旋转地发出采样射束8(参见箭头7)并且另一方面接收反射或再发射，其通过入射的采样射束8沿着机库内部轮廓或沿着设置在机库内侧面14处的反射器6产生。以此方式，传感器16可以测定相对于飞行器12的环境轮廓数据。
图2示出在如下情况下的具有根据图1的系统10的飞行器12，在所述情况下飞行器12相对于机库14被定位为，使得其已经到达目标位置。对应地，在此情况下在飞行器的所获取的实际位置与目标位置之间不存在位置偏差。
图3示出系统10的装于飞行器侧的部件，所述系统根据图1和2适合于确定飞行器在机库14中的实际位置。系统10包括与飞行器12牢固相连的第一光学传感器16和同样与飞行器12牢固相连的第二传感器18。传感器16、18适合于连续地测定相对于飞行器12的环境轮廓数据并且尤其可以形成为光电子传感器或二维激光扫描仪。这样，这些传感器可以发出旋转的采样射束8(参见箭头7)并且接收来自环境轮廓的反射或再发射，其中从反射或再发射的传播时间中可以推导出反射性或再发射性物体的距离并且可以作为环境轮廓数据在极坐标中测定。系统10还包括与第一和第二传感器16、18通过数据线缆30相连的数据处理设备20，该数据处理设备具有数据存储器22。
在图4中示出了图3的替代实施方式，其中数据处理设备20安装在机库侧并且数据处理设备20和光学传感器16、18分别具有用于发送和接收数据的发送和接收装置32。由于这个系统10省去了设置在飞行器侧的数据处理设备20，所以能够以有利的方式在飞行器侧节省其重量。安装在机库侧的数据处理设备20例如可以通过WLAN与传感器16、18通信。数据存储器22例如整合在数据处理系统20中。在这两个传感器16、18的区域中示出的箭头7表示光电子传感器16、18的采样射束8的旋转方向。
尤其在图4中示出的系统10的实施方式中，飞行器侧可以设有至少一个未示出的耦联装置，通过该耦联装置可以将光学传感器16、18连同相应的发送和接收装置32一起可松脱地紧固在飞行器12处。这意味着，传感器16、18和传感器侧的发送和接收装置32保持为一定程度上相对于飞行器12是松动的(或独立的)，并且为了在机库14中导航，可以由工人将其与飞行器侧的耦联装置防扭转地相连。在完成导航之后可以将传感器16、18与对应的发送和接收装置32一起再次从耦联装置或飞行器12上拆除。以此方式，在飞行器侧除了耦联装置之外不需要永久设置系统10的其他部件。
最后图5借助于示意框图示出一种用于在机库14中导航飞行器12的方法的原理流程，如先前描述的根据图3和4的系统10执行所述方法。通过该方法可以确定飞行器在机库14中的实际位置64(参见图1和2)。为此，在第一方法步骤中，借助于与飞行器12牢固相连的光学传感器16、18连续地测定40相对于飞行器12的机库内部轮廓数据60作为环境轮廓数据。然后将连续测定的机库内部轮廓数据60与预先已知的机库内部轮廓参考数据62进行比较42，以便连续获得44光学传感器16、18相对于机库内部轮廓的实际位置64。最终可以在最后一个方法步骤中确定48位置偏差68，其方式为将借助于数据处理设备20获取的实际位置64与同样存储的目标位置66进行比较46。

Claims (10)

1.一种用于在机库(14)中导航飞行器(12)的系统(10)，该系统具有：至少一个与该飞行器(12)牢固连接的光学传感器(16；18)，其中借助于该传感器(16；18)能够连续地测定相对于该飞行器(12)的环境轮廓数据(60)；以及与该传感器(16，18)相连的数据处理设备(20)，该数据处理设备具有数据存储器(22)，在该数据存储器上存储有参考数据(62)，其中借助于该数据处理设备(20)通过连续比较所获取的环境轮廓数据(60)与该参考数据(62)能够确定该飞行器(12)在该机库(14)中的实际位置(64)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，能够测定机库内部轮廓数据(60)作为环境轮廓数据，并且所存储的参考数据是机库内部轮廓参考数据(62)，其中通过其比较能够获得该传感器(16，18)相对于该机库内部轮廓的实际位置(64)。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，借助于该数据处理设备(20)能够通过将所获取的实际位置(64)与目标位置(66)相比较来确定位置偏差(68)。
4.根据以上权利要求之一所述的系统，其特征在于，该光学传感器(16)在该飞行器(12)的前起落架处设置成，使得在该前起落架的伸出状态下对于该传感器(16)而言如下监测区域是可视的：该监测区域包括侧向的飞行器区域(26)和前方的飞行器区域(28)。
5.根据以上权利要求之一所述的系统，包括至少一个另外的光学传感器(18)，通过该至少一个另外的光学传感器能够连续测定另外的环境轮廓数据(60)，并且该至少一个另外的光学传感器与该数据处理设备(20)相连。
6.根据以上权利要求之一所述的系统，其特征在于，该或这些光学传感器(16；18)形成为光电子传感器，尤其该或这些光学传感器(16；18)形成为二维激光扫描仪。
7.根据以上权利要求之一所述的系统，其特征在于，在飞行器侧设置至少一个耦联装置，借助于该耦联装置，该或这些光学传感器(16；18)能够可松脱地与该飞行器(12)相连。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，该数据处理设备(20)安装在机库侧并且该数据处理设备(20)以及该或这些光学传感器(16，18)具有用于发送和接收环境轮廓数据(60)和参考数据(62)的发送和接收装置(32)。
9.一种用于在机库(14)中导航飞行器(12)的方法，具有以下方法步骤：
借助于与该飞行器(12)牢固相连的光学传感器(16；18)连续地测定(40)相对于该飞行器(12)的机库内部轮廓数据(60)作为环境轮廓数据；
将所测定的机库内部轮廓数据(60)与作为参考数据的机库内部轮廓参考数据(62)进行比较(42)，以便连续获得(44)该光学传感器(16；18)相对于该机库内部轮廓的实际位置(64)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，具有另外的方法步骤：
将所获取的实际位置(64)与所存储的目标位置(66)进行比较(46)以及
确定(48)位置偏差(68)。
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