CN110606138A - 一种飞机进气道多余物检查图像识别机器人及其识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人自动识别图像领域，具体是一种飞机进气道多余物检查图像识别机器人,包括用于支撑机械臂和机器人骨架的平台、用于放置机器人的机器人升降车，还包括：图像采集装置、测距探测装置、机器人移动装置、平台Z向移动装置；其具体步骤如下：S1：采集图样；S2：对比；S3：确认多余物；S4：确认距离；S5：避开内壁；本发明通过图像采集实现了进气道多余物的检查，检查进气道内可实现无遗漏、无死角的检查，功效高于人工检查；通过平台移动圆柱形导轨使得机器人运行轨迹固定，其高低盘的结构形式能够有效避免机器人在行走时碰到进气道内传感器而导致传感器被碰坏的故障发生。

Description

一种飞机进气道多余物检查图像识别机器人及其识别方法

技术领域

本发明涉及机器人自动识别图像领域，具体是一种飞机进气道多余物检查图像识别机器人及其识别方法。

背景技术

飞机进气道一旦有多余物，带来的直接后果是打坏发动机叶片导致发动机损坏，使得飞机不能正常工作，直接影响飞行安全。因此飞机在飞行前必须检查进气道，不允许有任何多余物滞留在进气道中。目前的检查方法是靠人爬入到飞机进气道中，通过人眼目视检查进气道的内表面是否有多余物。由于飞机设计原因，进气道空间狭窄，人员爬进爬出劳动强度大，工作效率低，长时间在进气道工作容易疲劳，易出现人为差错；飞机进气道内有温度传感器，人员爬进爬出容易碰坏温度传感器导致飞机故障。为了避免上述问题的出现，急需一种飞机进气道多余物检查机器人，既克服疲劳导致人为差错又可提高功效。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种飞机进气道多余物检查图像识别机器人及其识别方法。

一种飞机进气道多余物检查图像识别机器人,包括用于支撑机械臂和机器人骨架的平台、用于放置机器人的机器人升降车，还包括：

图像采集装置，设置在平台及机械臂上，用于采集图像信息；

测距探测装置，设置在平台及机械臂上且与图像采集装置配合，用于采集距离信息；

机器人移动装置，设置在平台下端，用于移动机器人全方位采集信息；

平台Z向移动装置，设置在机器人移动装置上，用于使得机器人进行Z向移动。

所述的机器人升降车上设置有起到对机器人行驶距离定位作用的存放车定位挡板、设置在机器人升降车内部的升降装置、电源以及控制计算机、为机器人提供电源和控制信号的脐带电缆。

所述的图像采集装置包括设置在机械臂上的自由移动工业相机、设置在平台上且与机器人配合为了防止拍摄死角的若干组观察上方工业相机、观察左右工业相机、观察下方工业相机。

所述的测距探测装置包括设置在机械臂上且与自由移动工业相机配合为防止机械臂运动时机械臂上的自由移动工业相机碰到进气道内壁的若干组距离探测器、在平台的左右前后均有设置用来测量平台距离进气道两侧面的距离的左右激光测距雷达、在平台的前后均有设置的前后激光测距雷达。

所述的机器人移动装置包括设置在机器人骨架上的履带驱动电机及伞齿轮组件、与履带驱动电机及伞齿轮组件配合的若干组履带驱动轮、每两组履带驱动轮上均有设置的履带。

所述的平台Z向移动装置包括设置在平台下端面上用于保证平台仅沿Z轴方向移动的平台移动圆柱形导轨、与平台移动圆柱形导轨配合带动平台仅沿Z轴方向移动的平台沿Z轴方向移动驱动丝杆电机及齿轮组件、与平台沿Z轴方向移动驱动丝杆电机及齿轮组件配合的平台移动丝杠。

一种飞机进气道多余物检查图像识别机器人的识别方法,其具体步骤如下：

S1：采集图样：采集一架经确认进气道内没有多余物的飞机采集图样，并将此图样输入到计算机中作为标准图样；

S2：对比：在机器人检查另外一架飞机的进气道，采集图样同步实时与标准图样进行对比得到：

a：两个图样相同则认为飞机进气道无多余物；

b：不同，则不同处可能是多余物；

S3：确认多余物：操作人员通过操纵机器人上机械臂对多余物确认，通过机械臂的自由移动工业相机对检查的多余物进行多角度确认，从而实现机器人在进气道内的多余物检查；

S4：确认距离：在自由移动工业相机的左右前后8个角固定的距离探测器，用于防止机械臂上的自由移动工业相机在运动时碰到进气道内表面；

S5：避开内壁：当自由移动工业相机距离进气道内表面较近时，计算机自动控制机械臂相向距离较大的方向运动，实现防止机械臂上的自由移动工业相机在运动时碰到进气道内表面，导致进气道内表面被碰坏的现象发生。

所述的步骤S1的采集图样的步骤如下：

S1：调整机器人位置：首先调整机器人升降车，使得进气道唇口处的表面与机器人升降车平面在同一平面上，并且机器人升降车的前边缘与进气道唇口紧密靠紧后在地面上固定牢靠，即刹车；

S2：测量距离：起动机器人使其在沿X轴开始行走，在开始时由于机器人随机放置，其行驶角通常β≠0，为保证机器人行驶角β＝0，即运行的方向与存放车定位挡板垂直，其尾部两个前后激光测距雷达测得到存放车定位挡板距离数据X1、X2，再通过计算机控制4个电机不同速度可以控制机器人履带的差速运动使得X1＝X2，使得运行的方向与存放车定位挡板垂直，实现机器人在水平面上的行驶角β＝0；

S3：修正方向：当机器人进入进气道后机器人在沿X轴行走时通过Z轴方向的左右激光测距雷达测出平台与进气道内壁的距离Z1、Z2、Z3、Z4，通过平台沿Z轴方向移动驱动丝杆电机及齿轮驱动平台移动丝杆转动来调整平台沿Z轴方向移动进行修正，迫使Z1＝Z2、Z3＝Z4，Z1＝Z2、Z3＝Z4的距离关系，使得平台的左右两边缘在Z轴上的距离ΔZ＝0，从而保证机器人在进入进气道后其平台的中心线始终与进气道中心线相重合；

S4：采集图像：当机器人在进气道内沿X轴运行时，只要X轴数据相同，那么工业相机在进气道内部采集的图像就相同，也就是说当机器人进入进气道后，行走相同的距离，图像采集装置就会得到相同的图像；

S5：得到图像：当机器人进入到进气道后，通过X1＝X2保证平台的运动方向始终与存放车定位挡板垂直，Z1＝Z2,Z3＝Z4确保平台始终按照进气道中心线上，这样机器人平台的轨迹和进气道内部水平面的中心线相重合。

所述的步骤S1的采集图样由于同一机型不同架次的飞机进气道均是由同一个型架制造的，因此不同的飞机其进气道的内表面具有相同的几何形状，所以对于不同飞机，机器人的平台都是在具有相同几何形状的进气道内运动，因此其运行的轨迹是相同的。

本发明的有益效果是：本发明通过图像采集实现了进气道多余物的检查，检查进气道内可实现无遗漏、无死角的检查，功效高于人工检查；机器人上的零部件固定牢靠，不会产生新多余物遗留在进气道而导致的二次问题；通过平台移动圆柱形导轨使得机器人运行轨迹固定，其高低盘的结构形式能够有效避免机器人在行走时碰到进气道内传感器而导致传感器被碰坏的故障发生；机器人存放在一个可以升降的机器人升降车内，通过车内的升降装置保证了机器人可以平顺地进入进气道，防止有一定重量的机器人放入进气道时撞坏进气道的事故发生，车内的电源以及控制机器人的计算机通过脐带电缆连接，使得机器人更加轻便、机构更加合理，使用完毕后机器人自动降入车內，便于移位、运输和存放。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的平台Z向移动装置使用状态结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。

如图1和图2所示，一种飞机进气道多余物检查图像识别机器人,包括用于支撑机械臂3和机器人骨架7的平台16、用于放置机器人的机器人升降车，还包括：

图像采集装置，设置在平台16及机械臂3上，用于采集图像信息；

测距探测装置，设置在平台16及机械臂3上且与图像采集装置配合，用于采集距离信息；

机器人移动装置，设置在平台16下端，用于移动机器人全方位采集信息；

平台Z向移动装置，设置在机器人移动装置上，用于使得机器人进行Z向移动。

本发明通过图像采集实现了进气道23多余物的检查，检查进气道23内可实现无遗漏、无死角的检查，功效高于人工检查；机器人上的零部件固定牢靠，不会产生新多余物遗留在进气道23而导致的二次问题；通过平台移动圆柱形导轨14使得机器人运行轨迹固定，其高低盘的结构形式能够有效避免机器人在行走时碰到进气道23内传感器而导致传感器被碰坏的故障发生；机器人存放在一个可以升降的机器人升降车20内，通过车内的升降装置保证了机器人可以平顺地进入进气道23，防止有一定重量的机器人放入进气道23时撞坏进气道的事故发生，车内的电源以及控制机器人的计算机通过脐带电缆19连接，使得机器人更加轻便、机构更加合理，使用完毕后机器人自动降入机器人升降车20内，便于移位、运输和存放。

所述的机器人骨架7和固定在机器人骨架7上的履带驱动电机及伞齿轮11，通过伞齿轮带动履带驱动轮9驱动履带10使得机器人能够移动，当两条履带10速度不一致时，可以使机器人行驶角度β发生变化。

所述的机器人升降车上设置有起到对机器人行驶距离定位作用的存放车定位挡板21、设置在机器人升降车内部的升降装置、电源以及控制计算机、为机器人提供电源和控制信号的脐带电缆19。

如图2所示，图中的标号18为机器人进去进气道检查状态，标号22为机器人准备进入进气道状态，其中机器人升降存放车20内的升降装置、电源以及控制计算机，属于常规运用，图中均未画出；图中标号a为行驶方向，标号b为行驶角。

所述的图像采集装置包括设置在机械臂3上的自由移动工业相机1、设置在平台16上且与机器人配合为了防止拍摄死角的若干组观察上方工业相机4、观察左右工业相机5、观察下方工业相机12。

所述的测距探测装置包括设置在机械臂3上且与自由移动工业相机1配合为防止机械臂3运动时机械臂3上的自由移动工业相机1碰到进气道23内壁的若干组距离探测器2、在平台16的左右前后均有设置用来测量平台16距离进气道23两侧面的距离的左右激光测距雷达6、在平台16的前后均有设置的前后激光测距雷达13。

所述的机器人移动装置包括设置在机器人骨架7上的履带驱动电机及伞齿轮组件11、与履带驱动电机及伞齿轮组件11配合的若干组履带驱动轮9、每两组履带驱动轮9上均有设置的履带10。

在机器人骨架7一端固定的平台移动圆柱形导轨14，作用是保证平台16仅沿Z轴方向移动，在机器人骨架7的另一端固定的平台移动丝杆15，齿轮和丝杆电机作用是驱动平台移动丝杆15转动带平台16仅沿Z轴方向移动；在平台16下面固定有观察下方工业相机12，为了防止拍摄死角前后左右共安装4个，即拍摄Y轴下方；在平台16上面，固定的观察上方工业相机4，为了防止拍摄死角前后左右共安装4个，即拍摄Y轴上方。

所述的平台Z向移动装置包括设置在平台16下端面上用于保证平台16仅沿Z轴方向移动的平台移动圆柱形导轨14、与平台移动圆柱形导轨14配合带动平台16仅沿Z轴方向移动的平台沿Z轴方向移动驱动丝杆电机及齿轮组件17、与平台沿Z轴方向移动驱动丝杆电机及齿轮组件17配合的平台移动丝杠15。

在平台16上面，固定的观察左右工业相机5，为了防止拍摄死角前后左右共安装4个；在平台16左右两条边缘处前后安装4个前后激光测距雷达13，用来测量平台16距离进气道两侧面的距离；在平台16后边缘处左右安装2个左右激光测距雷达6，用来测量机器人到存放车定位挡板21距离，即行驶距离；在平台16上面中心位置安装的6自由度的机械臂3，在机械臂3上安装的自由移动工业相机1，为防止机械臂3运动时机械臂3上的自由移动工业相机1碰到进气道23的内壁，在自由移动工业相机1的前后左右共计安装的8个小型距离探测器2，即接近开关，当机械臂3上的自由移动工业相机2接近进气道23的内壁时，自动发出电信号，迫使机械臂3向向方的方向移动或者刹车停止。

一种飞机进气道多余物检查图像识别机器人的识别方法,其具体步骤如下：

S1：采集图样：采集一架经确认进气道23内没有多余物的飞机采集图样，并将此图样输入到计算机中作为标准图样；

S2：对比：在机器人检查另外一架飞机的进气道23，采集图样同步实时与标准图样进行对比得到：

a：两个图样相同则认为飞机进气道23无多余物；

b：不同，则不同处可能是多余物；

S3：确认多余物：操作人员通过操纵机器人上机械臂3对多余物确认，通过机械臂3的自由移动工业相机1对检查的多余物进行多角度确认，从而实现机器人在进气道23内的多余物检查；

S4：确认距离：在自由移动工业相机1的左右前后8个角固定的距离探测器2，用于防止机械臂3上的自由移动工业相机1在运动时碰到进气道23内表面；

S5：避开内壁：当自由移动工业相机1距离进气道23内表面较近时，计算机自动控制机械臂3相向距离较大的方向运动，实现防止机械臂3上的自由移动工业相机1在运动时碰到进气道23内表面，导致进气道23内表面被碰坏的现象发生。

所述的步骤S1的采集图样的步骤如下：

S1：调整机器人位置：首先调整机器人升降车20，使得进气道23唇口处的表面与机器人升降车平面在同一平面上，并且机器人升降车20的前边缘与进气道23唇口紧密靠紧后在地面上固定牢靠，即刹车；

S2：测量距离：起动机器人使其在沿X轴开始行走，在开始时由于机器人随机放置，其行驶角通常β≠0，为保证机器人行驶角β＝0，即运行的方向与存放车定位挡板21垂直，其尾部两个前后激光测距雷达13测得到存放车定位挡板21距离数据X1、X2，再通过计算机控制4个电机不同速度可以控制机器人履带的差速运动使得X1＝X2，使得运行的方向与存放车定位挡板21垂直，实现机器人在水平面上的行驶角β＝0；

S3：修正方向：当机器人进入进气道23后机器人在沿X轴行走时通过Z轴方向的左右激光测距雷达6测出平台16与进气道23内壁的距离Z1、Z2、Z3、Z4，通过平台沿Z轴方向移动驱动丝杆电机及齿轮17驱动平台移动丝杆15转动来调整平台16沿Z轴方向移动进行修正，迫使Z1＝Z2、Z3＝Z4，Z1＝Z2、Z3＝Z4的距离关系，使得平台16的左右两边缘在Z轴上的距离ΔZ＝0，从而保证机器人在进入进气道后其平台16的中心线始终与进气道23中心线相重合；

S4：采集图像：当机器人在进气道23内沿X轴运行时，只要X轴数据相同，那么工业相机在进气道23内部采集的图像就相同，也就是说当机器人进入进气道23后，行走相同的距离，图像采集装置就会得到相同的图像；

S5：得到图像：当机器人进入到进气道23后，通过X1＝X2保证平台16的运动方向始终与存放车定位挡板21垂直，Z1＝Z2,Z3＝Z4确保平台16始终按照进气道23中心线上，这样机器人平台16的轨迹和进气道23内部水平面的中心线相重合。

所述的步骤S1的采集图样由于同一机型不同架次的飞机进气道23均是由同一个型架制造的，因此不同的飞机其进气道23的内表面具有相同的几何形状，所以对于不同飞机，机器人的平台16都是在具有相同几何形状的进气道23内运动，因此其运行的轨迹是相同的。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种飞机进气道多余物检查图像识别机器人,包括用于支撑机械臂(3)和机器人骨架(7)的平台(16)、用于放置机器人的机器人升降车，其特征在于：还包括：

图像采集装置，设置在平台(16)及机械臂(3)上，用于采集图像信息；

测距探测装置，设置在平台(16)及机械臂(3)上且与图像采集装置配合，用于采集距离信息；

机器人移动装置，设置在平台(16)下端，用于移动机器人全方位采集信息；

平台Z向移动装置，设置在机器人移动装置上，用于使得机器人进行Z向移动。

2.根据权利要求1所述的一种飞机进气道多余物检查图像识别机器人,其特征在于：所述的机器人升降车上设置有起到对机器人行驶距离定位作用的存放车定位挡板(21)、设置在机器人升降车内部的升降装置、电源以及控制计算机、为机器人提供电源和控制信号的脐带电缆(19)。

3.根据权利要求1所述的一种飞机进气道多余物检查图像识别机器人,其特征在于：所述的图像采集装置包括设置在机械臂(3)上的自由移动工业相机(1)、设置在平台(16)上且与机器人配合为了防止拍摄死角的若干组观察上方工业相机(4)、观察左右工业相机(5)、观察下方工业相机(12)。

4.根据权利要求1所述的一种飞机进气道多余物检查图像识别机器人,其特征在于：所述的测距探测装置包括设置在机械臂(3)上且与自由移动工业相机(1)配合为防止机械臂(3)运动时机械臂(3)上的自由移动工业相机(1)碰到进气道(23)内壁的若干组距离探测器(2)、在平台(16)的左右前后均有设置用来测量平台(16)距离进气道(23)两侧面的距离的左右激光测距雷达(6)、在平台(16)的前后均有设置的前后激光测距雷达(13)。

5.根据权利要求1所述的一种飞机进气道多余物检查图像识别机器人,其特征在于：所述的机器人移动装置包括设置机器人骨架(7)上的履带驱动电机及伞齿轮组件(11)、与履带驱动电机及伞齿轮组件(11)配合的若干组履带驱动轮(9)、每两组履带驱动轮(9)上均有设置的履带(10)。

6.根据权利要求1所述的一种飞机进气道多余物检查图像识别机器人,其特征在于：所述的平台Z向移动装置包括设置在平台(16)下端面上用于保证平台(16)仅沿Z轴方向移动的平台移动圆柱形导轨(14)、与平台移动圆柱形导轨(14)配合带动平台(16)仅沿Z轴方向移动的平台沿Z轴方向移动驱动丝杆电机及齿轮组件(17)、与平台沿Z轴方向移动驱动丝杆电机及齿轮组件(17)配合的平台移动丝杠(15)。

7.利用权利要求1至6中任一项所述的一种飞机进气道多余物检查图像识别机器人的识别方法,其特征在于：其具体步骤如下：

S1：采集图样：采集一架经确认进气道(23)内没有多余物的飞机采集图样，并将此图样输入到计算机中作为标准图样；

S2：对比：在机器人检查另外一架飞机的进气道(23)，采集图样同步实时与标准图样进行对比得到：

a：两个图样相同则认为飞机进气道(23)无多余物；

b：不同，则不同处可能是多余物；

S3：确认多余物：操作人员通过操纵机器人上机械臂(3)对多余物确认，通过机械臂(3)的自由移动工业相机(1)对检查的多余物进行多角度确认，从而实现机器人在进气道(23)内的多余物检查；

S4：确认距离：在自由移动工业相机(1)的左右前后8个角固定的距离探测器(2)，用于防止机械臂(3)上的自由移动工业相机(1)在运动时碰到进气道(23)内表面；

S5：避开内壁：当自由移动工业相机(1)距离进气道(23)内表面较近时，计算机自动控制机械臂(3)相向距离较大的方向运动，实现防止机械臂(3)上的自由移动工业相机(1)在运动时碰到进气道(23)内表面，导致进气道(23)内表面被碰坏的现象发生。

8.根据权利要求7所述的一种飞机进气道多余物检查图像识别机器人的识别方法,其特征在于：所述的步骤S1的采集图样的步骤如下：

S1：调整机器人位置：首先调整机器人升降车(20)，使得进气道(23)唇口处的表面与机器人升降车平面在同一平面上，并且机器人升降车(20)的前边缘与进气道(23)唇口紧密靠紧后在地面上固定牢靠，即刹车；

S2：测量距离：起动机器人使其在沿X轴开始行走，在开始时由于机器人随机放置，其行驶角通常β≠0，为保证机器人行驶角β＝0，即运行的方向与存放车定位挡板(21)垂直，其尾部两个前后激光测距雷达(13)测得到存放车定位挡板(21)距离数据X1、X2，再通过计算机控制4个电机不同速度可以控制机器人履带的差速运动使得X1＝X2，使得运行的方向与存放车定位挡板(21)垂直，实现机器人在水平面上的行驶角β＝0；

S3：修正方向：当机器人进入进气道(23)后机器人在沿X轴行走时通过Z轴方向的左右激光测距雷达(6)测出平台(16)与进气道(23)内壁的距离Z1、Z2、Z3、Z4，通过平台沿Z轴方向移动驱动丝杆电机及齿轮(17)驱动平台移动丝杆(15)转动来调整平台(16)沿Z轴方向移动进行修正，迫使Z1＝Z2、Z3＝Z4，Z1＝Z2、Z3＝Z4的距离关系，使得平台(16)的左右两边缘在Z轴上的距离ΔZ＝0，从而保证机器人在进入进气道后其平台(16)的中心线始终与进气道(23)中心线相重合；

S4：采集图像：当机器人在进气道(23)内沿X轴运行时，只要X轴数据相同，那么工业相机在进气道(23)内部采集的图像就相同，也就是说当机器人进入进气道(23)后，行走相同的距离，图像采集装置就会得到相同的图像；

S5：得到图像：当机器人进入到进气道(23)后，通过X1＝X2保证平台(16)的运动方向始终与存放车定位挡板(21)垂直，Z1＝Z2,Z3＝Z4确保平台(16)始终按照进气道(23)中心线上，这样机器人平台(16)的轨迹和进气道(23)内部水平面的中心线相重合。

9.根据权利要求8所述的一种飞机进气道多余物检查图像识别机器人的识别方法,其特征在于：所述的步骤S1的采集图样由于同一机型不同架次的飞机进气道(23)均是由同一个型架制造的，因此不同的飞机其进气道(23)的内表面具有相同的几何形状，所以对于不同飞机，机器人的平台(16)都是在具有相同几何形状的进气道(23)内运动，因此其运行的轨迹是相同的。