CN109634298A - 用于在机库中导航飞行器的系统和方法 - Google Patents

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)通过将所测定的环境轮廓数据与该参考数据进行连续比较能够检测到飞行器碰撞危险。

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。对应的措施一般可以在机库内部更容易地执行，因为机库内部很大程度上被保护不受外部天气影响。除了上述情况，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操纵到为此而设置的喷漆机库中。

在这两种示例性描述的情况下，飞行器的操纵在所有情况下包括将飞行器驶入机库以及将飞行器从机库中驶出。为了在此避免可能导致高昂的后续成本(损伤结构、飞行故障等)的碰撞，希望有在机库内部中安全且无碰撞地移动飞行器的意义上安全的导航。

通常情况下，借助于手动控制的拖车来进行入库和出库并且多名工人视觉监控驶入和驶出过程。为了保证此类安全的导航，一般要求多名人员监控此过程，因为一个人通常无法同时查看所有区域。

本发明的目的是在机库中移动飞行器时、尤其在飞行器入库或出库时能够安全且无碰撞地导航飞行器。

发明内容

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(数据通信地)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测定的环境轮廓数据与该参考数据能够检测飞行器碰撞危险。通过本发明的系统，以有利的方式可以在机库内部中进行安全的导航。在此避免了潜在的碰撞和由之引起的损伤。本发明的系统在此可以支持飞行器在机库中的自动化导航。通过本发明的系统能够以有利的方式检测飞行器与在飞行器环境中存在的物体的碰撞危险并且因此避免碰撞。

根据本发明，该传感器与该数据处理设备如下地相连，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该传感器或这些传感器导电相连。

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的间隔。

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取该传感器相对于机库内部轮廓的实际位置，并且其中通过借助于该数据处理设备将所获取的实际位置与传感器额定位置进行比较能够检测飞行器-机库碰撞危险。通过根据该实施方式的系统可以检测飞行器与机库之间的碰撞危险。对应地，可以安全地在机库内部中移动或导航飞行器，而不会与机库发生意外碰撞。尤其在飞行器移入机库或从机库移出期间，本发明的系统实现安全的或无碰撞的导航。

传感器额定位置典型地同样存储在数据处理设备的数据存储器上。典型地，传感器额定位置为传感器的并且间接地也是飞行器的如下位置：基于预先已知的飞行器几何形状和预先已知的机库内部几何形状或机库内部轮廓，在这些位置中不会出现碰撞。机库内部轮廓参考数据为预先已知或预先定义(并且例如以经存储的形式存在于数据处理设备中)的机库的内部轮廓数据。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，所以总是当已经获得或已知传感器的实际位置时也间接得知整个飞行器的实际位置(以及实际取向)。传感器额定位置同样是预先已知的并且以经存储的形式(例如在数据处理设备的数据存储器中)存在，在传感器额定位置中基于已知的机库内部轮廓和已知的飞行器(外部)几何形状或已知的飞行器(外部)轮廓而不会发生机库碰撞。只有在所获取的传感器实际位置接近存在碰撞的传感器位置直到固定的容差值或阈值时，事件“飞行器-机库碰撞危险”才会发生。如果超过此类容差值，则可以例如输出警告信号，从而可以直接停止飞行器的进一步移动并且防止碰撞。作为此类警告信号例如可设想的是视觉和/或听觉信号。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。

该系统的同样优选的替代实施方式的特征在于，能够测定飞行器环境的空间轮廓数据作为环境轮廓数据，并且所存储的参考数据是围绕该飞行器的虚拟保护区域的轮廓数据，其中当该比较结果为所测定的空间轮廓数据至少部分地位于该虚拟的飞行器保护区域之内时，检测飞行器-物体碰撞危险。也就是说，借助于根据该实施方式的系统，可检测飞行器与物体之间的碰撞危险，该物体以不可预见的方式保持在飞行器的直接相邻的环境中(更确切地说：在虚拟的飞行器保护区域中)。通过该系统可以在机库的内部安全地移动或导航飞行器，而不会造成与可能仍位于机库中的物体(例如留在那里的机动车辆等)的意外碰撞。飞行器保护区域轮廓数据为预先已知或预先定义(并且例如以经存储的形式存在于数据处理设备的数据存储器上)的飞行器保护区域的轮廓数据。飞行器保护区域可以是在所有三个空间方向上以固定距离围绕飞行器外轮廓的区域。

只有当比较结果为所测定的空间轮廓数据至少部分地位于飞行器保护区域之内时，事件“飞行器-物体碰撞危险”才会发生。然后例如可以输出警告信号，从而能够直接停止飞行器的进一步移动并且防止与物体的碰撞。作为此类警告信号例如可设想的是视觉和/或听觉信号。

此外该系统的一种实施方式是优选的，其中该光学传感器如下设置在该飞行器的前起落架处，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：该监测区域包括至少两个侧向飞行器区域和一个前方飞行器区域。以此方式主要测定飞行器环境的对于由最常见的移动方向造成的可能飞行器碰撞特别重要的那些区域。这两个侧向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在飞行方向上向前连接到其上的区域。

该系统优选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相连。通过环境轮廓数据的另外的测定可以改进对碰撞危险的检测(例如提高其准确度)和/或可以增大其几何上可测定的区域(例如还可以由此在飞行器的向后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如下地设置在飞行器的不同高度上，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。

该或这些光学传感器优选形成为光电传感器，尤其该或这些光学传感器形成为二维激光扫描仪。通过光电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散射(Remission)的接收(即在与这个二维平面相交的物体处的反射或散射)来作为环境轮廓数据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或者位于飞行器最近的环境中的物体，即所谓的飞行器环境的空间轮廓数据)。由旋转的采样射束产生的反射或散射可以由关于激光扫描仪的光电传感器再次接收，其中从传播时间可以将反射性或散射性物体的距离作为环境轮廓数据在极坐标中测定。该或这些光电传感器或二维激光扫描仪原则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，替代地还可设想，将传感器连接在飞行器机载电网上，以便用电能供应传感器。

在一种特别优选的实施方式中，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能够可拆卸地与该飞行器相连。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，传感器可以在机库导航之后再次从飞行器上拆卸或拆除。为了确保与耦联装置防扭转地相连的传感器具有对于其余的飞行器而言正确的相对位置，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是否可能被错误地使用(相对于飞行器具有不希望的取向)。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该或这些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收发装置。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收发装置与该或这些传感器通信。因此在飞行器侧设置数据处理设备并不是必须的，这以有利的方式与对应的重量节省相关联。数据处理设备可以例如借助于WLAN(无线局域网)与该或这些传感器通信。

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，以便连续获取该光学传感器相对于该机库内部轮廓的实际位置；将所获取的实际位置与所存储的传感器额定位置进行比较，以便检测飞行器-机库碰撞危险。本发明的方法基本上同与本发明的用于检测飞行器-机库碰撞危险的系统相同的优点相关联。

本发明的目的还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该飞行器环境的空间轮廓数据作为环境轮廓数据；将所测定的空间轮廓数据与作为参考数据的飞行器保护区域的轮廓数据进行比较；当该比较结果为所测定的空间轮廓数据至少部分地位于该飞行器保护区域之内时，检测飞行器-物体碰撞危险。本发明的方法基本上同与本发明的用于检测飞行器-物体碰撞危险的系统相同的优点相关联。

上述的方面和本发明的其他方面、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

在附图中将相同的附图标记用于相同或至少相似的元件、部件或方面。应记住，在下文中将详细描述实施方式，这些实施方式仅是展示性的并且不是限制性的。在权利要求书中词语“具有”不排除其他元件并且不定冠词“一个(ein)”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。权利要求书中的附图标记不应限制权利要求书的范围。附图应理解为不是按比例的而是仅仅具有示意性和展示性。附图示出

图1示出对机库和具有本发明的根据第一实施方式的系统的飞行器的俯视图，该系统用于在机库中导航飞行器，其中该系统在所展示的情况下不检测飞行器-机库碰撞危险，

图2示出对根据图1的机库和飞行器的俯视图，其中该系统在所展示的情况下检测飞行器-机库碰撞危险，

图3示出对机库和具有本发明的根据第二实施方式的系统的飞行器的俯视图，该系统用于在机库中导航飞行器，其中该系统在所展示的情况下不检测飞行器-物体碰撞危险，

图4示出对根据图3的机库和飞行器的俯视图，其中该系统在所展示的情况下检测飞行器-物体碰撞危险，

图5示出对根据另一个实施方式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6示出对根据又一个实施方式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，

图7示出根据本发明的在根据图1或2的用于机库中导航飞行器的方法的示意性展示，并且

图8示出根据本发明的在根据图3或4的用于机库中导航飞行器的方法的示意性展示。

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适合于检测对于飞行器12是否存在机库碰撞危险。在图1中展示的例如可以在飞行器12驶入或驶出机库14时产生的情况下，不存在机库碰撞危险，因为飞行器12在任何位置没有与机库14或机库壁碰撞的风险(在机库门边缘和飞行器机翼的区域中尤其没有)。

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散射，反射或散射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示出在如下示例性情况下的具有根据图1的系统10的飞行器12：在此情况下飞行器12相对于机库14被定位为使其在向机库14中进一步向前行驶时可能与机库发生碰撞(在左侧飞行器引擎的区域中)。系统10在所展示的情况下检测到飞行器-机库碰撞危险。

图3同样示出机库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适合于检测对于飞行器12是否存在飞行器-物体碰撞危险。在图3中展示的例如可以在飞行器12驶入或驶出机库14时产生的情况下，不产生任何飞行器-物体碰撞危险，因为物体50没有位于围绕飞行器12的虚拟飞行器保护区域24之内。与之可发生不希望的碰撞的物体50可以例如是位于机库14中的机动车辆或其他物体。

系统10尤其包括与飞行器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3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散射，反射或散射通过在物体50上入射的采样射束8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。光学传感器16如下设置在飞行器12的前起落架的区域中，使得在该前起落架的伸出状态下该传感器能够看到监测区域，该监测区域包括两个侧向飞行器区域26和一个前方飞行器区域28。

图4示出在如下示例性情况下的具有根据图1的系统10的飞行器12：在此情况下飞行器12被定位为使其在向机库14中进一步向前行驶时可能与物体发生碰撞(在右侧飞行器机翼的区域中)。系统10在所展示的情况下检测飞行器-物体碰撞危险，因为物体50至少部分位于飞行器保护区域24之内。

图5示出系统10的设置在飞行器侧的部件，该系统根据图1和4适合于检测飞行器-机库碰撞危险或飞行器-物体碰撞危险。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)并且接收环境轮廓的反射或散射，其中从反射或散射的传播时间可以推导出反射性或散射性物体的距离并且可以在极坐标中作为环境轮廓数据来测定。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6中展示了图5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收发装置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，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的区域中展示的箭头7表示光电传感器16、18的采样射束8的旋转方向。

尤其在图6中展示的系统10的实施方式中，飞行器侧可以设置有至少一个未展示的耦联装置，通过该耦联装置可以将光学传感器16、18连同相应的收发装置32一起可拆卸地紧固在飞行器12处。这意味着，传感器16、18和传感器侧的收发装置32保持为一定程度上与飞行器12是拆卸的(独立的)，并且可以为了在机库14中导航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与对应的收发装置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。

图7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，如在先前描述的根据图5和6的系统10中所执行的。通过该方法可以检测飞行器-机库碰撞危险68(参见图1和2)。在此，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，以便连续获取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将所获取的实际位置64与同样所存储的传感器额定位置66进行比较46，以便检测48飞行器-机库碰撞危险68。

在图8中借助于另一个框图展示一种用于在机库14中导航飞行器12的替代性方法的原理流程。这种方法可以借助于根据图5和6的上述系统10执行，以便检测飞行器-物体碰撞危险84(参见图3和4)。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飞行器环境的空间轮廓数据80作为环境轮廓数据。接着将所测定的空间轮廓数据80与飞行器保护区域24的轮廓数据82进行比较42。当这个比较42的结果为所测定的空间轮廓数据80至少部分位于飞行器保护区域24之内时，检测48到飞行器-物体碰撞危险84。

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；80)；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；82)，其中借助于该数据处理设备(20)通过将所测定的环境轮廓数据(60；80)与该参考数据(62；82)进行连续比较，能够检测到飞行器碰撞危险(68；84)。

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取该传感器(16；18)相对于机库内部轮廓的实际位置(64)，并且其中通过借助于该数据处理设备(20)将所获取的实际位置(64)与传感器额定位置(66)进行比较能够检测到飞行器-机库碰撞危险(68)。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，能够测定飞行器环境的空间轮廓数据(80)作为环境轮廓数据，并且所存储的参考数据是围绕该飞行器(12)的保护区域(24)的轮廓数据(82)，其中当该比较结果为所测定的空间轮廓数据(80)至少部分地位于该飞行器保护区域(24)之内时，检测到飞行器-物体碰撞危险(84)。

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)如下设置在该飞行器(12)的前起落架处，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飞行器区域(26)和前方飞行器区域(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(60，80)，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(30)。

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)形成为光电传感器，尤其该或这些传感器(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)能够可拆卸地与该飞行器(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(60，80)和参考数据(62，82)的收发装置(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)，以便连续获取(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)；

将所获取的实际位置(64)与所存储的传感器额定位置(66)进行比较(46)，以便检测(48)到飞行器-机库碰撞危险(68)。

10.一种用于在机库(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)该飞行器环境的空间轮廓数据(80)作为环境轮廓数据；

将所测定的空间轮廓数据(80)与作为参考数据的飞行器保护区域(24)的轮廓数据(82)进行比较(42)；

当该比较(42)结果为所测定的空间轮廓数据(80)至少部分地位于该飞行器保护区域(24)之内时，检测(48)到飞行器-物体碰撞危险(84)。