CN111093904B - 飞机清洁机器人 - Google Patents

Abstract

一种飞机清洁机器人，包括：机械臂(14)；刷子(34)，其可旋转地附接到机械臂(14)以围绕刷子旋转轴线(R)旋转；以及控制器(56)，其配置为控制清洁头(32)的位置，其中，飞机清洁机器人(10)配置为使刷子(34)自动地定向，以使清洁头(32)的清洁面(37)与所刷洗的表面对齐；并且控制器(56)配置为基于来自机械臂(14)和/或清洁头(32)的输入，确定清洁面(37)当前面向的清洁方向；并且基于所确定的清洁方向，沿着清洁方向操作机械臂(14)以在所述清洁方向上施加刷子接合压力。

Description

飞机清洁机器人

技术领域

本发明涉及一种飞机清洁机器人。

背景技术

具有脏的或不平滑的表面的飞机比清洁的、擦亮的飞机消耗显著更多的燃料。因此，重要的是，飞机保持在清洁和擦亮的状态。通常，使用清洁机来清洁和擦亮飞机，该清洁机设置有能够到达待清洁的大型飞机的所有部分的操作员控制的起重臂和附接在臂的远端处的用于清洁和擦亮飞机的清洁头。US5833762建议操作员可如何将飞机清洁机器人相对于参考标记停放在停机场中，并且可基于机器人相对于参考标记的位置来选择由机械臂接头位置的连续组限定的机械臂的不同预定运动程序。通过将机械臂接头位置的组与使用3D激光扫描仪获得的空间中的点相关联来校准机械臂。

校准和定位是耗时的，并且在碰撞可能导致实质损坏的情况下难以同时以高精度和高速移动机械臂。此外，飞机每小时的静止不动表示收入的大量损失。因此，需要一种更快且更安全的清洁飞机的方式。

发明内容

本发明的一个目的是解决或至少减轻上述问题的部分或全部。为此，提供了一种飞机清洁机器人，包括：移动托架(mobile carrier，移动载体)，其设置有一组前轮和一组后轮；机械臂，其具有附接到移动托架的近端和设置有清洁头的远端；以及控制器，其配置为通过操作机械臂来控制清洁头相对于移动托架的位置，并且沿着待清洁的飞机驱动移动托架，其中，所述一组前轮和所述一组后轮中的每个轮都是可转向的，并且控制器配置为控制前轮组和后轮组的转向角度。由于前轮和后轮都是可转向的，所以可容易地调节移动托架相对于待清洁的飞机的位置和前进方向，而无需移动托架沿着飞机进行大量平移。这可减少将飞机清洁机器人设置在清洁开始位置所需的时间以及总清洁时间。

每组轮内的轮可相对于彼此单独转向。替代地，每组轮内的轮可彼此联接以转向至基本上相同的转向角度。

根据一个实施方式，控制器可配置为使前轮组和后轮组中的每个轮在相同的方向上转向。这便于侧向移动移动托架。替代地或附加地，控制器可配置为使前轮组和后轮组中的每个在相反的方向上转向，这减小了移动托架的转弯半径，从而允许飞机清洁机器人的更精确的控制。

根据一个实施方式，控制器可配置为使前轮组和后轮组中的每个在相同的方向上转向至基本上相同的转向角度，从而使得能够进行移动托架的蟹行转向。

控制器可配置为在清洁飞机的同时控制前轮组和后轮组中的每个的转向角度。根据一个实施方式，控制器可配置为检测移动托架和待清洁表面之间的水平距离的变化；以及基于所述检测到的变化，使移动托架蟹行转向以保持移动托架的前进方向。由于可降低飞机清洁机器人相对于待清洁的飞机的定位精度，所以这减少了将飞机清洁机器人设置在清洁开始位置所需的时间。例如，控制器可使移动托架蟹行转向以将水平距离保持在目标距离处或在目标距离间隔内。

还提供了一种飞机清洁机器人，包括：移动托架；机械臂，其具有附接到移动托架的近端和设置有清洁头的远端；以及控制器，其配置为通过操作机械臂来控制清洁头相对于移动托架的位置，并且在清洁飞机的同时沿着待清洁的飞机驱动移动托架，其中，控制器配置为接收指示移动托架和飞机之间的距离变化的距离信号；以及基于接收到的距离信号，使移动托架转向以在移动托架和飞机之间保持恒定距离。因此，可获得对飞机的更快清洁。

根据一个实施方式，清洁头和移动托架可经由一组机械臂段和一组接头互连，其中，距离信号以所述一组接头中的至少一个接头的位置为基础。

还提供了一种飞机清洁机器人，包括：自推进移动托架；机械臂，其具有附接到移动托架的近端和设置有清洁头的远端，机械臂可在折叠运输位置和延伸工作位置之间移动；以及控制器，其配置为通过操作机械臂来控制清洁头相对于移动托架的位置，并且在清洁飞机的同时沿着待清洁的飞机驱动移动托架，其中，控制器可配置为接收指示机械臂是处于运输位置还是工作位置的位置信号，并且基于该位置信号设置对移动托架的驱动限制。因此，可减少清洁飞机所需的时间，同时保持高水平的安全性。特别地，可显著减少用于在待清洁的不同飞机段之间移动飞机清洁机器人的时间，从而不允许飞机清洁机器人执行危险操作。位置信号可从检测一个或多个机械臂段的位置的一个或多个传感器读取。替代地，位置信号可由操作员产生，操作员可手动确认例如机械臂处于运输位置。

根据一个实施方式，设置驱动限制可包括设置处于运输位置时的运输位置极限速度，该运输位置极限速度高于处于工作位置时的工作位置极限速度。当在机械臂处于工作位置的情况下驱动移动托架时，控制器可配置为防止超过工作位置极限速度。替代地，控制器可配置为如果超过工作位置极限速度则向操作员发出警告，而不防止超过它。

根据一个实施方式，设置驱动限制可包括设置一组轮的最大转向角度，其中，所述最大转向角度在运输位置时比在工作位置时大。

还提供了一种飞机清洁机器人，包括：自推进移动托架，其设置有第一组轮和第二组轮；机械臂，其具有附接到移动托架的近端和设置有清洁头的远端；以及控制器，其配置为通过操作机械臂来控制清洁头相对于移动托架的位置，并且沿着待清洁的飞机驱动移动托架，其中，控制器配置为接收指示移动托架的速度的速度信号；从用户接口接收轮转向输入信号；以及基于接收到的速度信号和接收到的转向信号来产生轮转向控制信号以使所述轮组中的至少一个转向。基于速度信号产生轮转向控制信号允许使轮转向输入信号和轮转向控制信号之间的传递函数适应当前速度，这允许在所有速度下更容易且更精确地控制移动托架。这允许减少清洁时间，同时保持高水平的安全性。特别地，当缓慢驾驶时，可获得移动托架的更高的运输速度而不会损失精度。

还提供了一种飞机清洁机器人，包括：自推进移动托架，其设置有第一组轮和第二组轮；机械臂，其具有附接到移动托架的近端和设置有清洁头的远端；以及控制器，其配置为通过操作机械臂来控制清洁头相对于移动托架的位置，并且沿着待清洁的飞机驱动移动托架，其中，控制器配置为确定驱动方向，并且基于该驱动方向分别确定哪组轮当前用作前轮以及哪组轮当前用作后轮；对这组前轮产生前轮转向信号；并且对这组后轮产生后轮转向信号，其中，前轮转向信号与后轮转向信号不同，即，表示不同的转向角度。因此，即使可能期望前轮和后轮的不同行为，也可在向前和向后驱动方向上获得对称的驱动行为。

产生轮转向控制信号可包括：在较低速度时，将轮转向输入信号与相对较大的转向角度相关联，而在较高速度时，将转向输入信号与相对较小的转向角度相关联。这便于在所有速度下控制移动托架。随着速度的增加，可减小从轮转向输入信号到后轮转向角度的转换比，比随着相同的速度增加从轮转向输入信号到前轮转向角度的转换比减小的量大。因此，在相对较高的速度下，前轮在相对较大的程度上处理转向，这增加了移动托架的机动性。

还提供了一种飞机清洁机器人，包括：移动托架；机械臂，其具有附接到移动托架的近端和设置有清洁头的远端，其中，机械臂至少具有第一臂段和第二臂段，第一臂段经由第一枢转接头连接到移动托架，第二臂段经由第二枢转接头连接到第一臂段；以及控制器，其配置为通过操作机械臂来控制清洁头的位置，其中，控制器可配置为接收控制输入，控制输入指示清洁头的期望运动方向；基于所述控制输入和传递函数，确定包括所述第一枢转接头和所述第二枢转接头的一组接头中的每个的相应接头运动方向和运动幅度，以产生清洁头在所述期望运动方向上的运动；以及基于所计算的运动方向和运动幅度，同时操作所述一组接头中的每个接头以使清洁头在所述期望运动方向上移动。同时直接操作几个接头需要相当的技能，并且连续操作相应接头导致清洁头的缓慢且反复的运动。由于控制输入经由传递函数的转换，例如，操作员可移动清洁头，而不考虑每个相应接头的操作如何移动清洁头。此外，基于单个操作员输入，可同时操作几个接头。传递函数可将指示清洁头的单个期望方向的控制输入转换为多个控制信号，以同时控制多个接头，从而在所述期望方向上移动清洁头。传递函数可接收所述一组接头中的每个接头的相应当前位置作为输入，并且基于所述当前位置产生所述运动方向和运动幅度。控制器可布置在例如移动托架中。替代地，它可布置在与移动托架和机械臂通信的单独的控制单元中。

根据一个实施方式，确定接头的相应接头运动方向和运动幅度可包括基于传递函数和这组接头的当前位置来确定清洁头的当前坐标；基于控制输入来确定目标坐标；基于传递函数和目标坐标来确定这组接头中的每个接头的目标位置；以及基于相应接头的当前位置和目标位置来确定相应接头运动方向和运动幅度。

根据一个实施方式，所述传递函数可配置为产生清洁头沿着基本上直线的所述移动。由于传递函数转换以同时操作多个接头，所以单个操作员输入可使清洁头沿直线移动，而不是沿着由每个相应接头轴线限定的极坐标移动。

根据一个实施方式，所述传递函数可配置为产生清洁头的沿着与待清洁的飞机对齐的坐标系的轴线的所述运动。因此，操作员可容易地沿着飞机的表面移动清洁头，而不用必须考虑清洁机器人相对于飞机如何定向。作为实例，该坐标系可以是笛卡尔坐标系；替代地，它可以是柱坐标系，纵向坐标轴与飞机的纵轴对齐。

根据一个实施方式，控制器可配置为经由用户接口从操作员接收所述控制输入。用户接口可包括操纵杆，其一对正交轴对应于与待清洁的飞机对齐的坐标系的一对轴。

根据一个实施方式，控制器可配置为基于用于改变清洁头的运动方向的指令，逐渐增加确定所述一组接头中的第一接头的枢转速度的控制值，同时逐渐减小确定所述一组接头中的第二接头的枢转速度的控制值。这种操作减少了机械臂的摆动而不增加清洁时间，这是因为沿着几个自由度的同时运动允许每个接头的软启动和停止，而不减小清洁头的整体运动的速度。

还提供了一种飞机清洁机器人，包括：移动托架；机械臂，其具有附接到移动托架的近端和设置有清洁头的远端，其中，机械臂至少具有第一臂段和第二臂段，第一臂段经由第一枢转接头连接到移动托架，第二臂段经由第二枢转接头连接到第一臂段；以及控制器，其配置为通过操作机械臂来控制清洁头的位置，其中，控制器可配置为当机械臂处于诸如运输位置的折叠位置时，从操作员接收指示清洁头将移动到清洁开始位置的启动信号；以及同时操作包括第一接头和第二接头的一组接头中的每个，以使清洁头沿着预定路径移动到邻近飞机的表面的清洁开始位置。一旦已经到达清洁开始位置，控制器就可停止清洁头的运动。因此，机械臂可自动展开以沿着预定路径移动清洁头，从而采取开始位置。这缩短了准备清洁机器人进行清洁所需的时间，这通常对每个待清洁的飞机段重复进行。手动展开机械臂通常非常耗时，并且非常难以控制每个相应接头以使清洁头沿着最短/最有效的线路移动到清洁开始位置。用于获得预定路径的接头运动可使用如上文列出的传递函数来预先确定，并且在需要时从计算机存储器读取。替代地，可在需要时计算相应的接头运动。一旦已经到达清洁开始位置，在清洁头和待清洁表面之间就可能存在间隙。替代地，清洁机器人可配置为沿着所述预定路径继续，直到清洁头所存在的传感器检测到清洁头已经接合待清洁表面为止，并且在检测到这种接合时停止运动。控制器还可配置为沿着空间中的相应预定路径移动每个枢转接头，以避免机械臂撞击飞机的任何部分。

根据一个实施方式，控制器可配置为基于飞机类型和/或飞机段来选择预定路径。为此，控制器可配置为接收识别飞机类型和/或待清洁的飞机段的操作员输入。替代地或附加地，控制器可配置为基于移动托架相对于飞机的位置来选择预定路径。因此，清洁头可采取最快的路线到达清洁开始位置，该路线适当考虑例如机翼和天线的位置。控制器可配置为在飞机段或移动托架位置处沿着最短路径移动清洁头而没有障碍物。在其他飞机段/移动托架位置处，它可配置为沿着围绕例如机翼的相应受限绕路移动清洁头和/或机械臂接头，以将其带到开始位置。作为实例，控制器可配置为允许操作员输入识别飞机的段的信息，并且基于移动托架位于相对于所述飞机段的预定位置的假设来选择预定路径。替代地，飞机清洁机器人可设置有传感器，这些传感器配置为检测移动托架相对于飞机的位置，并且可基于飞机的三维模型来计算预定路径。

根据一个实施方式，控制器可配置为在失能开关断开的情况下中断所述预定运动。作为实例，失能开关可配置为按钮，其需要由操作员按下以保持清洁头运动。控制器可配置为一旦失能开关重新接合就重新采取运动。

根据一个实施方式，用于同时控制的所述一组接头还可包括位于第一枢转接头和移动托架之间的回转接头。回转接头可配置为使机械臂围绕竖直轴线回转。

根据一个实施方式，所述第一机械臂段和所述第二机械臂段中的至少一个可以是伸缩性的，由通过伸缩接头(即棱柱接头)互连的至少两个相应的伸缩子段限定。因此，机器人可采取紧凑的构造，最小化操作所需的自由体积，同时仍然允许清洁大型飞机。根据一个实施方式，用于同时控制的所述一组接头可包括所述伸缩接头。

还提供了一种飞机清洁机器人，包括：自推进移动托架；机械臂，其具有附接到移动托架的近端和设置有清洁头的远端，其中，机械臂至少具有第一臂段和第二臂段，第一臂段经由第一枢转接头连接到移动托架，第二臂段经由第二枢转接头连接到第一臂段；以及控制器，其配置为通过操作机械臂来控制清洁头相对于移动托架的位置，并且驱动移动托架，其中，控制器配置为在清洁飞机的同时使清洁头沿着飞机在基本上水平方向上移动；以及确定是通过操作机械臂、通过沿着飞机驱动移动托架、还是通过这两者，来使清洁头在水平方向上移动。因此，清洁机器人可通过驱动移动托架在沿着飞机机身的无障碍物的段移动的同时最大化清洁速度，同时仍然能够通过操作机械臂到达例如机翼上方的位置。该基本上水平方向可基本上平行于飞机机身的纵向轴线。

根据一个实施方式，所述确定可基于清洁头的预定清洁路线来进行。该确定可基于存储在计算机存储器中的驾驶指令，用于遵循与例如飞机或飞机段相关联的预定路径。因此，可确保清洁飞机的所有相关部件，并且不清洁过多的不必要部件。

根据一个实施方式，控制器可配置为接收识别飞机类型和/或飞机段标识的操作员输入；以及基于所述操作员输入来做出所述确定。替代地，飞机类型和飞机段可由清洁机器人自动识别。这种自动识别可例如通过包括RFID读取器的飞机清洁机器人以及设置有可由RFID读取器读取的唯一RFID标签的不同的飞机和/或飞机段来获得。

根据一个实施方式，控制器可配置为基于来自操作员的连续输入来移动清洁头。作为实例，控制器可配置为只要失能开关接合就保持运动。替代地，控制器可配置为基于所述确定对操作员产生驾驶指令，并且从操作员接收控制命令。仍替代地，控制器可配置为在没有操作员输入的情况下沿着预定路径自主地移动清洁头。

还提供了一种飞机清洁机器人，包括：移动托架；机械臂，其具有附接到移动托架的近端和设置有清洁头的远端，其中，机械臂包括第一接头和第二接头；以及控制器，其配置为通过操作机械臂来控制清洁头相对于移动托架的位置，并且在清洁飞机的同时沿着待清洁的飞机驱动移动托架，其中，控制器配置为检测移动托架和飞机之间的距离变化，并且基于所检测到的距离变化来操作所述第一接头和所述第二接头中的一个，以在清洁头和飞机之间保持期望的清洁接合压力；以及操作所述第一接头和所述第二接头中的另一个以保持清洁头的高度。这种清洁机器人增加了可以清洁飞机的速度，这些因为清洁头可以最小的重叠遵循平行的水平行程。如果移动托架和待清洁表面之间的距离改变，则清洁机器人将需要调节机械臂以对待清洁表面保持正确的清洁接合压力。响应于距离变化而自动操作几个机械臂接头(不仅是例如最远端的机械臂接头)的能力允许保持恒定高度。

根据一个实施方式，所述第一接头可以是枢转接头，并且所述第二接头可以是枢转接头、回转接头或伸缩接头。

还提供了一种飞机清洁机器人，包括：机械臂，其具有附接到移动托架的近端和设置有清洁头的远端，清洁头包括用于刷洗待清洁的飞机的刷子，其中，刷子可旋转地附接到机械臂以围绕刷子旋转轴线旋转；以及控制器，其配置为控制清洁头的位置和取向，其中，清洁头设置有刷子接合角度检测器，其配置为检测刷子的刷洗面和所刷洗的表面之间的刷子接合角度；并且控制器配置为基于检测到的刷子接合角度来控制清洁头的取向。通过基于来自刷子接合角度检测器的反馈控制清洁头，可获得飞机的更快清洁，这是因为刷子可以总是设置为与待清洁表面适当对齐，而不管机械臂的位置如何。控制器可控制清洁头以将检测到的刷子接合角度保持在极限值以下。实例性的极限值可以在2°和15°之间。替代地，控制器可操作反馈回路，其目标是例如0°的刷子接合角度的设定点值。

根据一个实施方式，刷洗面可面向刷子旋转轴线的径向方向。刷子可以是围绕刷子旋转轴线的圆柱形。

根据一个实施方式，传感器设备可包括至少两个相对于刷子旋转轴线在轴向上分离的距离传感器。作为实例，传感器可配置为多个探针，这些探针配置为与待清洁表面接合。

还提供了一种飞机清洁机器人，包括：机械臂，其具有附接到移动托架的近端和设置有清洁头的远端，清洁头包括用于刷洗待清洁的飞机的刷子，其中，刷子可旋转地附接到机械臂以围绕刷子旋转轴线旋转；以及控制器，其配置为控制清洁头的位置，其中，飞机清洁机器人配置为自动定向刷子，以使清洁头的清洁面与所刷洗的表面对齐；并且控制器可配置为基于来自机械臂和/或清洁头的输入来确定清洁面当前面向的清洁方向；以及基于所确定的方向，操作机械臂以在所确定的清洁方向上施加刷子接合压力。因此，可获得飞机的更快且更准确的清洁。刷子接合压力可例如由机械臂在清洁方向上施加的力、由刷子的旋转轴线和所清洁表面之间的距离，或者由旋转刷子所需的功率来表示。根据一个实施方式，控制器可配置为操作机械臂以在确定的清洁方向上施加预定的刷子接合压力。该预定的刷子接合压力可例如对应于控制回路的设定点值。控制器可配置为在确定的清洁方向上操作机械臂。刷子的自动定向可以是被动的，例如使用被动刷子回转接头或枢转接头，当刷子与飞机接合时，该接头灵活地采取正确的位置，以使清洁头的清洁面与所刷洗的表面对齐。替代地，刷子的自动定向可以是主动的，即，控制器可配置为还主动地控制清洁头的取向，例如通过主动地控制刷子回转接头。来自机械臂和/或清洁头的输入可包括表示机械臂接头和段的几何形状的信息，清洁方向根据该输入确定，允许确定清洁头相对于飞机的位置。可基于反馈回路来控制刷子接合压力，其中，基于检测到的刷子接合压力来控制机械臂的运动。作为实例，可使用例如上文描述的刷子接合角度检测器来检测刷子接合压力；通过检测机械臂的一个或多个接头中的扭矩；或者通过确定刷子的旋转阻力，例如通过测量刷子旋转电机在一定旋转速度下消耗的电流。控制器可配置为基于机械臂的多个接头中的每个接头的位置来确定清洁方向。来自机械臂和/或清洁头的所述输入可以如此从机械臂接收，或者基于例如机械臂在控制器中的当前位置的表示从控制器接收。机械臂在所确定的清洁方向上的操作可基于例如如本文定义的传递函数，该传递函数将清洁方向转换成用于同时控制多个接头的多个控制信号。

根据一个实施方式，控制器可配置为产生用于存储的清洁数据，清洁数据包括针对清洁头的多个位置中的每个位置的刷子接合压力和/或刷子接合时间。清洁头的所述位置中的每个位置可与待清洁表面的相应部分相关联。因此，飞机清洁机器人允许在清洁之后验证待清洁表面的每个部分实际上已经清洁到什么程度，并且对于例如手动清洁，可容易地识别可能已经接受了过少处理的任何部分。清洁头的所述多个位置可包括在其中检测到刷子和飞机之间的接合的所有位置。清洁数据可存储在位于飞机清洁机器人中的存储器中。替代地，控制器可配置为将清洁数据传输到远程存储器。

还提供了一种飞机清洁机器人，包括：自推进移动托架；机械臂，其具有附接到移动托架的近端和设置有清洁头的远端；第一控制器，其配置为通过操作机械臂来控制清洁头相对于移动托架的位置，并且沿着待清洁的飞机驱动移动托架，其中，控制器基于来自第一组传感器的数据进行操作；以及第二控制器，其配置为基于来自至少部分地不同于第一组传感器的第二组传感器的数据来监测机械臂和清洁头，第二控制器配置为监测来自第二组传感器的传感器数据的测量组合，确定该测量组合是否对应于暗示风险的数据的组合，如果是，则禁用或反转第一控制器的控制动作。这种飞机清洁机器人是坚固且安全的，同时仍然是成本有效的。

根据一个实施方式，第二控制器可配置为对来自第二组传感器的数据的组合是安全组合还是不安全组合进行分类，并且仅在不安全组合的情况下干涉第一控制器。这种布置可允许具有一组精确的、相对高分辨率的传感器，用于以高精度控制机器人，以及一组故障安全传感器，用于检测危险状况。这组高分辨率的传感器不需要是故障安全的，而这组故障安全传感器不需要提供与这组相对高分辨率的传感器一样高的分辨率。这降低了机器人的总成本。

根据一个实施方式，来自第二组传感器的数据的所述组合可基于查找表来分类。由此，可获得危险状况的非常快速的检测。查找表可以是预定义的，并且可基于机械臂的运动链和/或待清洁的飞机的几何形状来确定。

根据一个实施方式，第二控制器可配置为基于测量在机械臂的近端处的扭矩的扭矩传感器来操作。例如，可在机械臂的接头中测量扭矩。

还提供了一种飞机清洁机器人，包括：自推进移动托架，其适于在底板上移动，待清洁的飞机位于该底板上；机械臂，其具有附接到移动托架的近端和设置有清洁头的远端；以及控制器，其配置为通过操作机械臂来控制清洁头相对于移动托架的位置，并且在清洁飞机的同时沿着待清洁的飞机驱动移动托架，控制器配置为接收与底板的坐标系对应的第一数据、接收与待清洁的飞机的飞机类型的几何形状对应的第二数据、接收与待清洁的飞机相对于底板的坐标系的定位对应的第三数据，并且基于第一数据、第二数据和第三数据的组合来移动该托架和机械臂。

根据一个实施方式，所述第三数据可以是以附接到飞机的参照物的位置为基础的。

根据一个实施方式，参照物可以是无线电发射器。

根据一个实施方式，飞机清洁机器人可配置为基于位于机械臂的清洁头处的实时动态RTK传感器和附接到飞机的基站接收器/发射器来操作。

附图说明

通过以下参考附图对本发明的优选实施方式的说明性和非限制性的详细描述，将更好地理解本发明的上述以及附加的目的、特征和优点，其中相同的参考数字将用于类似的元件，其中：

图1是飞机清洁机器人的图解立体图；

图2是图1的飞机清洁机器人的实例性控制系统的示意图；

图3是图1的飞机清洁机器人的示意性前视图，其中清洁头设置在邻近飞机的清洁位置；

图4是图3的飞机清洁机器人和飞机的示意性侧视图，以及清洁头的实例性轨迹的图示；

图5是图4的飞机清洁机器人和飞机的示意性侧视图，其中，飞机清洁机器人示出为处于三个连续位置；

图6A是图1的飞机清洁机器人的图解侧视图，示出了飞机清洁机器人的机械臂在运输位置和清洁开始位置之间的轨迹；

图6B是图6A的飞机清洁机器人、位置和轨迹的图解前视图；

图6C是图6A的飞机清洁机器人、位置和轨迹的图解顶视图；

图7是图1的清洁机器人的示意性前视图，其中机械臂示出为处于三个不同位置；

图8A是图1的飞机清洁机器人的清洁头的截面的示意图；

图8B是图8A的清洁头的另一截面的示意图；

图9A是清洁飞机时图1的飞机清洁机器人的示意性顶视图；

图9B是在图9A所示的情况下飞机清洁机器人的轮位置的示意图；

图10A是图1的飞机清洁机器人在以第一速度驱动时的示意性顶视图；

图10B是图1的飞机清洁机器人在以第二速度驱动时的示意性顶视图；

图11是示出了图1的飞机清洁机器人的转向信号、速度以及前轮转向角度和后轮转向角度之间的关系的图表；

图12是图1的飞机清洁机器人的示意性顶视图；

图13是图2所示控制系统的进一步发展的示意图；以及

图14是停放在底板上的飞机的示意性立体图。

具体实施方式

图1示出了包括移动托架12和机械臂14的自推进飞机清洁机器人10。在其近端16处，机械臂14经由臂回转接头18附接到移动托架12，该臂回转接头配置为使机械臂围绕竖直臂回转轴线S1回转。机械臂14包括第一臂段20，其经由第一枢转接头22连接到臂回转接头18，允许第一臂段20相对于移动托架12围绕基本上水平的第一枢转轴线P1枢转。第一液压缸24配置为操作第一枢转接头22。第二臂段26经由第二枢转接头28连接到第一臂段22，这允许第二臂段26相对于第一臂段20围绕基本上水平的第二枢转轴线P2枢转。第二液压缸30配置为操作第二枢转接头28。在其远端31处，机械臂14承载清洁头32，该清洁头设置有用于刷洗待清洁的飞机的表面的可旋转刷子34。电机(在图1的视图中不可见)允许刷子34围绕刷子旋转轴线R旋转，以使刷子34的运动限定用于刷洗待清洁的飞机的基本上圆柱形的刷洗面35。清洁头32的清洁面37配置为在待清洁表面的刷洗期间面向待清洁表面。机械臂14的端部段36经由第三枢转接头38连接到第二臂段26。第三枢转接头38允许端部段36相对于第二臂段26围绕第三枢转轴线P3枢转，该第三枢转轴线基本上垂直于第二枢转轴线P2。刷子回转接头39将清洁头32连接到端部段36，并且允许刷子34围绕基本上垂直于刷子旋转轴线R的刷子回转轴线S2回转，以控制刷子旋转轴线R和待清洁表面之间的接合角度。刷子回转轴线S2也基本上垂直于第三枢转轴线P3。

清洁头32包括轭40，其跨骑并保持刷子34的轴向端部。三个弯曲接合探针42a、42b、42c从轭40延伸，并且枢转地附接到其上，以允许单独地围绕基本上平行于刷子旋转轴线R的探针轴线A枢转。探针42a-42c弹性地悬挂以允许围绕探针轴线A朝向刷子旋转轴线R摆动到刷子34中，并且它们从刷子34朝向未偏置静止位置偏离，如图1所示，邻近刷洗面35。该弹性悬挂允许探针42a-42b被由刷子34清洁的飞机表面压入刷子34中。每个探针42a-42c可操作地连接到相应的探针角度检测器(未示出)，该探针角度检测器配置为产生指示相应的探针34a-34b已经被推入刷子34中多深的角度信号。这提供了在三个轴向分离位置处的飞机表面和刷子旋转轴线R之间的径向距离的指示。

移动托架12设置有四个轮44，其中两个在图1的立体图中可见。这些轮44布置为一对前轮44a和一对后轮44b。至少一对轮44是驱动轮，其配置为由驱动电机(不可见)旋转。移动托架12还承载基于从与移动托架12分离的遥控面板46无线接收的输入来操作飞机清洁机器人10的电子器件和液压器件。两个电池模块48配置为向电子器件和液压器件提供电力，并且位于移动托架的相应端部处，以优化移动托架12的重量分布和平衡。替代地，电池模块48中的一个可由包括用于容纳水和清洁化学品的容器(未示出)的隔室来代替，该水和清洁化学品例如可以未示出的方式被输送到清洁头32处的喷嘴并且从这些喷嘴分配。

第一臂段20包括：第一子段20a；第二子段20b，其经由第一伸缩接头50a连接到第一子段20a；以及第三子段20c，其经由第二伸缩接头50b连接到第二子段20b。因此，第一臂20可在其纵向方向上伸缩至几乎是图1所示的长度的三倍。每个伸缩接头50a、50b通过相应的液压缸52a-52b来操作。

图2示意性地示出了用于控制清洁机器人10的控制系统54。控制系统54包括控制器56，其配置为基于存储在存储器58中的计算机指令来控制清洁机器人10的各种致动器。每个接头18、22、28、38、39、50a、50b的位置可通过操作相应的致动器(例如液压缸24、30、52a、52b(图1))来控制，并且每个接头还设置有位置传感器(未示出)，其配置为对控制器56产生位置信号，如图2中的双箭头所示。对于旋转枢轴和回转接头22、28、38、18、39，位置信号指示相应接头的角位置，而对于伸缩接头50a、50b，位置信号指示相应接头50a、50b的纵向延伸程度。控制器56还控制刷子旋转电机60的操作；用于驱动该移动平台的至少一个轮44的驱动电机62的操作；以及用于轮44a、44b中的每对44a-44b的至少一个相应的转向电机64a-64b的操作，如将在下面更详细地描述的。控制器56还接收指示探针42a-42c的相应枢转角度的信号。通信模块66允许控制器56从遥控面板46(图1)接收无线命令，并向其发送操作员通知。

图3示出了位于飞机68旁边的飞机清洁机器人10，其轮44平行于飞机68的轮70，以使移动托架12可在清洁机身72的同时在基本上平行于飞机10的机身72的纵向方向的方向上驱动。在图3的视图中，机械臂14示出为展开至清洁位置，在该清洁位置中，清洁头32定位为邻近待清洁表面73。当清洁飞机68时，移动托架12在清洁头32处于地面71上方的恒定高度E的情况下沿着飞机68驱动，以在水平行程中清洁飞机68，并且在连续行程之间改变清洁头32的高度E。端部段36(图1)定向为其纵向轴线基本上平行于待清洁表面73，并且由控制器56控制以围绕第三枢转轴线P3朝向待清洁表面73枢转，从而对表面73施加基本上均匀的刷子接合压力。

返回参考图1，飞机机身72(图3)的纵向方向，即，移动托架12的水平行进方向，由箭头L指示。通过操作机械臂14，清洁头32可沿着纵向方向L上的直线移动。这种纵向运动可通过如下方式来触发：操作员在与纵向方向L相关联的预定方向上移动遥控面板46的操纵杆74，并且面板46作为响应向控制器56(图2)产生控制输入，以使清洁头32在纵向方向L上移动。作为实例，通过同时操作第一枢转接头22和第二枢转接头28中的每个以及臂回转接头18，可获得沿着纵向方向L的运动。替代地，也可同时操作接头的其他子集以获得这种运动，但是在任何情况下，通过机械臂14在纵向方向L上的运动需要操作几个接头。此外，对于机械臂14的每个位置，纵向方向L上的运动需要所涉及的接头中的运动的不同的相对幅度或振幅。为此，控制器56配置为基于预定传递函数对相应接头22、28中的每个产生相应控制信号S1，对于机械臂接头的每个位置，该预定传递函数将控制输入与每个相应接头的控制信号权重相关联。

类似地，操纵杆74的第二预定方向可与竖直方向V相关联，该第二预定方向可垂直于操纵杆74的所述第一预定方向，允许操作员产生控制输入以使清洁头32在竖直直线上运动。控制器56可配置为响应于从遥控面板46接收到这种控制输入而在竖直方向V上产生运动。一对按钮76a-76b可与清洁头32沿着垂直于纵向方向L的水平方向T的运动相关联，允许操作员基于单个输入而将清洁头32沿着笛卡尔坐标系的任何轴线L、V、T容易地直线移动。控制器56使用从操纵杆74和按钮76a-76b接收的输入，来基于传递函数产生加权控制信号，以使清洁头沿着轴线L、V、T中的任何一个移动，并且当同时从操纵杆74的两条轴线以及按钮76a-76b中的任何按钮接收多个控制输入信号时，对于每个接头，控制器56将基于用于每条轴线L、V、T的控制信号产生的加权控制信号相加。

机械臂14的多个接头单独提供比到达清洁头56可到达的空间中的每个点所需的自由度更多的自由度。因此，机械臂14的每个运动可通过同时操作机械臂14的接头18、22、28、38、39、50a、50b的第一子集或者通过机械臂14的接头的第二子集来获得，其中，第二子集至少部分地不同于第一子集。替代地，第一子集和第二子集可同时操作以获得机械臂14的更快的运动。这也意味着在具有足够数量的接头/自由度以限定超定系统的飞机清洁机器人10中，飞机清洁机器人可配置为针对清洁头32的每个位置自动地选择接头位置的组合，从而产生最高稳定性的机械臂稳定性。显然，移动托架12的机动性增加了甚至更多的自由度。

传递函数基于机械臂的几何形状的模型，包括所有接头和臂段。当产生轨迹时，控制器首先使用传递函数确定清洁头32在坐标系L、V、T中的当前位置。基于控制输入，控制器56确定在坐标系L、V、T中要到达的清洁头32的目标位置。然后，控制器基于使用传递函数的逆运动学来确定用于清洁头目标位置的一组可能的机械臂位置，并且从该组可能的机械臂位置选择机械臂目标位置。对于这组可能的机械臂位置中的每个位置，控制器56确定每个接头到达其对应于相应机械臂位置的位置的最小行进时间，并且选择在要操作的接头组内涉及最长的最小行进时间中的最短的可能的机械臂位置，即，如果允许同时操作接头的任何组合则在最短时间内可到达的可能的机械臂位置，作为目标机械臂位置。该选择适当考虑到附加约束，即，沿着该路径不会到达不允许的机械臂位置。在已经确定目标机械臂位置之后，以如下速度来操作要操作的每个接头：该速度将在要操作的接头组的基本上所述最长的最小行进时间内，使接头到达要到达的相应接头位置。因此，在不增加到达目标机械臂位置所需的时间的情况下，所有接头尽可能缓慢地操作。这种控制机械臂14的方式使摆动最小化。

当控制器56从遥控面板46接收指令以改变清洁头32的运动方向时，其将从操作第一子集的接头改变为操作第二子集的接头，其中，两个子集可部分重叠。对于不是两个子集的部分的那些接头，控制器56可逐渐减小要停止的接头的控制值，同时逐渐增加要设置为运动的那些接头的控制值，同时仍然保持作为两个子集的部分的接头的运动。因此，机械臂14的整体运动不会停止，这进一步减少了摆动。

图4示出了清洁飞机68时飞机清洁机器人10的操作。飞机68的机身72分成多个飞机段LF、LR，图4中示出了其中的两个，并且每个飞机段在各自的单个连续清洁操作中进行清洁。根据由水平行程组成的预定运动模式来清洁每个相应的飞机段LF、LR，这些水平行程通过竖直行程互连以在飞机机身72的柱形表面上限定矩形曲折图案。用于飞机段LF、LR的实例性行程模式由相应的虚线箭头PLF、PLR示出。操作员可经由遥控面板46(图1)上的图形用户界面(未示出)从多个可用飞机类型中选择飞机类型，例如“空中客车320”，以及飞机段，例如左前飞机段LF或左后飞机段LR。基于该选择，控制器56从存储器58检索与飞机类型和飞机段相关联的程序。该程序包括用于操作机械臂14(图1)以及移动托架12(图1)的指令。如图4所示，每个飞机段LF、LR可包括例如机翼80上方的飞机机身72的部分。

图5示出了在实例性的单个水平行程期间飞机清洁机器人10的操作。从所示的最左侧位置开始，基于所存储的指令，控制器56通过操作驱动电机62(图2)以在纵向方向L上驱动移动托架12而使清洁头32沿着纵向方向L移动，无论清洁机器人10的路径在哪里都未被障碍物阻挡。一旦移动托架12到达邻近机翼80的位置12'，它就基于与飞机段LF相关联的指令而自动地停止移动托架12，并且使机械臂14运动以使清洁头32的直线路径在纵向方向L上继续。为了最小化机械臂14的摆动，当飞机清洁机器人10接近机翼80时，控制器56操作机械臂14以逐渐增加清洁头32相对于移动托架12沿着纵向方向L的速度，同时逐渐降低移动托架12的速度。因此，清洁头32的运动不需要停止。出于安全原因，仅在操作员保持失能开关78(图1)接合的情况下，才保持驱动电机62和机械臂14的接头的操作。除此之外，清洁机器人10遵循预定路径PLF、PLR(图4)，而不需要任何额外的操作员输入。

图6A至图6C以三个正交投影示出了在清洁机器人10将机械臂14从折叠运输位置(实线)展开到邻近待清洁表面73(图3)的清洁开始位置(虚线)时的清洁机器人10。由于在清洁飞机68时可多次重复这种展开，因为飞机清洁机器人10可在待清洁的飞机68的不同段之间移动，所以展开和折叠飞机清洁机器人10可代表总清洁时间的大部分。因此，飞机清洁机器人10提供自动展开程序，根据该自动展开程序，飞机清洁机器人10同时操作臂回转接头18以及第一枢转接头22和第二枢转接头28。在操作接头18、22、28的同时，控制器56(图2)基于存储在存储器58中的预定指令沿着由实线箭头U在每个投影中示出的最短路径将清洁头32从机械臂14折叠时的清洁头位置移动到由虚线示出的清洁开始位置。如图6A至图6C所示，第三枢转接头38和刷子回转接头39(图1)也可根据展开程序操作，以获得具有期望刷子角度的清洁开始位置。展开程序基于来自遥控面板(图1)的操作员输入而启动，并且需要在移动机械臂14的同时接合失能开关78(图1)。

存储器58(图2)存储多组预定指令，以用于根据操作员对要清洁的飞机的飞机类型和飞机的哪个段的选择，产生多个不同的展开路径。对于一些飞机段，预定路径还可包括沿着不是最短路径的路径移动清洁头32，以避开例如飞机机翼和可能位于清洁头32的运输位置和期望的清洁开始位置之间的其他结构。该程序还可包括用于沿着预定为避免机械臂14撞击飞机68(图4)的任何部分的相应路径移动每个枢转接头的指令。可基于移动托架12已经相对于待清洁的飞机段(LF、LR)(图4)定位在预定清洁开始位置的假设来执行展开程序。

图7示出了在清洁飞机68时从前面看的飞机清洁机器人10。如上文已经建议的，来自探针42a-42c(图1)的信号，特别是来自中心探针42b的信号，向控制器56(图2)指示飞机表面73和刷子旋转轴线R(图1)之间的径向距离d，这也提供了表面73上的刷子接合压力的指示。如果距离d改变，则控制器56配置为自动控制机械臂14以补偿该改变。这种变化可能是由于例如移动托架12的行进方向和飞机68的纵向方向L(图5)之间的不对齐，或者所清洁表面73的形状的纵向变化。对于微小的变化，可控制第三枢转接头38(图1)以使距离d返回到预定清洁距离。然而，对于将第三枢转接头38的枢转角度移动到预定角度范围之外的距离d的较大变化，操作第一枢转接头22以将距离d保持在预定清洁距离。图7以实线示出了在这种操作之前的机械臂14。然而，使第一枢转接头22枢转也改变清洁头32的高度E。为了将清洁头32保持在恒定高度E，同时仍然与现在位于位置73'的待清洁表面接合，第二枢转接头28与第一枢转接头22一起操作，将机械臂带到虚线所示的位置14'。

由于系统是超定的，所以机械臂14能够以几种不同的方式保持距离d和高度E。作为操作第一枢转接头22和第二枢转接头28的替代方案，控制器56可替代地一起操作第一伸缩接头50a和第二枢转接头28，将机械臂带到位置14”。尽管未示出，但是也可通过例如操作臂回转接头18来到达清洁头位置32'。控制器56配置为基于一组预定的不允许的机械臂位置来选择接头的组合以进行操作，该组预定的不允许的机械臂位置又由移动托架12相对于飞机68的位置来确定。

图8A是垂直于刷子旋转轴线R的清洁头32的截面，并且示出了具有处于两个不同位置的第二中心探针42b的清洁头32。虚线示出了处于静止位置的探针42b，当不与待清洁表面73接合时，使该探针偏置到该位置。探针42b也以实线示出，处于其由待清洁表面73压入刷子34的位置。当刷子34逐渐与待清洁表面73接合，并且探针42b由此逐渐被压入刷子34时，探针42b围绕探针枢转轴线A(图1)枢转角度α。枢转角度α由枢转接头43处的角度传感器(未示出)检测，并且将表示枢转角度α的值提供给控制器56(图2)。应理解，第一探针42a和第三探针42c(图1)以相同的方式操作。提供给控制器56的值也表示刷子旋转轴线R和待清洁表面73之间的最短径向距离d1。因此，当刷子34围绕其轴线R旋转时，该值也表示刷洗面35对所清洁表面73的接合压力。

图8B示出了在沿着刷子旋转轴线R并垂直于纵向方向L(图8A)的截面中的图8A的两个清洁头位置。在图8B的视图中，刷子旋转轴线R相对于待清洁表面73倾斜，以使轴向最外侧的第一探针42a和第三探针42c不被压入刷子34中相同的距离。当与待清洁表面73接合时，第一探针42a和待清洁表面73之间的最短径向距离d2大于第三探针42c和待清洁表面73之间的最短径向距离d3。半径d2-d3的差异表示刷洗面35和待清洁表面73之间的接合角度β的近似值，刷洗面定义为当刷子自由旋转而不与待清洁表面73接合时，刷子34的刷毛端部扫过的外轮廓。在附图所示的实施方式中，刷洗面35平行于刷子旋转轴线R，以使刷子接合角度β对应于刷子旋转轴线R和待清洁表面73之间的角度；这对于例如非柱形刷子可以是不同的。

基于检测到的刷子接合角度β，近似为差值d2-d3，控制器操作刷子回转接头39以使刷子接合角度β最小化，即，使刷子34与待清洁表面73对齐。

控制器56还使用来自探针42a-42c的信号来控制由刷子34施加到待清洁表面73上的刷子接合压力。虽然半径d2-d3的差可用作控制如上所述的刷子接合角度β的控制回路中的输入，但是半径d1+d2+d3的和表示刷洗面35被压在待清洁表面73上的力度，并且可用作控制刷子接合压力的控制回路中的输入。在所示情况下，控制器56基于来自探针42a-42c的输入确定清洁头32的清洁面37面向并邻接待清洁表面73。作为响应，控制器56可通过操作机械臂14来调节刷子接合压力；作为实例，返回参考图1，控制器可操作第三枢转接头38以将d1+d2+d3总和保持在预设间隔内。替代地，控制器56可在没有来自探针42a-42b的输入的情况下确定施加压力的方向，因为施加压力的清洁方向由清洁头32的清洁面37所面向的方向隐含地确定，并且此方向可基于来自机械臂14的接头18、22、28、38、39、50a、50b中的每个的位置信息来确定。作为使用探针42a-42c来确定刷子接合压力的替代，刷子接合压力可例如通过检测第三枢转接头38中的转矩来检测。因此，探针42a-42c对于控制刷子接合压力不是必需的。

返回参考图4，清洁头32配置为沿着飞机68的表面遵循预定路线，例如左前路径PLF。在沿着路线的多个采样点中的每个采样点，控制器56记录包括检测到的刷子接合压力的清洁数据记录，以及每个相应点的刷子接合持续时间。控制器56将清洁数据记录存储到非易失性计算机存储器，从而允许在清洁程序完成之后验证飞机68的所有部件已经被充分清洁。

图9A示出了处于与图3所示的位置基本上相同的位置的飞机清洁机器人10，但从上方观看。然而，图9A的情况与图3所示的情况的不同之处在于，移动托架12不与待清洁的飞机68的纵向轴线L对齐。例如，如果在清洁开始之前飞机清洁机器人10没有准确地定位在飞机68旁边，则这可能发生。为了减轻该问题，两对轮，即，这对前轮44a(图1)以及这对后轮44b，都是可转向的。当移动托架12沿着飞机68驱动时，控制器56从机械臂14和/或清洁头32接收控制输入，向控制器56指示移动托架12是接近还是移开待清洁表面73。基于该控制输入，控制器56控制这组前轮44a和这组后轮44b两者的转向角度以遵循平行于纵向轴线L或者至少平行于待清洁表面73的路线C，从而保持移动托架12和飞机68之间的恒定距离。

图9B示意性地示出了对这对前轮44a和这对后轮44b的控制，其中为了清楚起见，移除了飞机清洁机器人10的所有其他部件。每对轮44a、44b限定相应的轮轴，以使前轮44a一起限定前轮轴AF，并且后轮44b一起限定后轮轴AR。轮轴AF、AR不需要是物理的，即由各自的轴限定；术语轴应在功能意义上看待。每个前轮44a可围绕相应的前轮旋转轴线WF旋转，并且每个后轮44b可围绕相应的后轮旋转轴线WR旋转。每个轮44a、44b的转向角度定义为相应轮44a、44b的旋转轴线WF、WR和相应轮轴AF、AR之间的角度SF、SR。移动托架12的前进方向H定义为移动托架12的前部13沿着垂直于前轮轴AF的水平方向所面向的方向。控制器56配置为基于控制输入使这对前轮44a和这对后轮44b中的每个在相同方向上转向，并且转向到基本上相同的相应转向角度SF、SR，从而允许移动托架遵循与前进方向H不同的直行路线C。此转向方式通常称为蟹行转向。

在其他情况下，例如当在要清洁的不同飞机段LF、LR(图4)之间驱动移动托架时，控制器可配置为将前轮44a和后轮44b转向到不同的转向角度SF、SR，其可以是相反的方向，即相反的符号。这可增加移动托架12的可操纵性。图10A示出了在操作员经由遥控面板46(图1)的操纵杆74产生特定的转向输入信号的情况下，以第一相对较低的速度v1行驶的移动托架12。基于转向输入信号，控制器56产生轮转向控制信号以设置这对前轮44a和这对后轮44b的相应转向角度SF1、SR1。图10B示出了处于相同情况下的移动托架12，从操纵杆74接收完全相同的转向输入信号，但是是在以相对较高的速度v2驱动时。在图10B的较高速度下，对于相同的转向输入信号，前轮转向角度SF2小于图10A的前轮转向角度SF1。类似地，在图10B的较高速度下，对于相同的转向输入信号，后轮转向角度SR2小于图10A的后轮转向角度SR1。此外，当增加速度时，后轮44b的转向输入信号和转向角度SF、SR之间的比例因子比前轮44a的转向输入信号和转向角度SF、SR之间的比例因子减小得更多。换句话说，对于v2＞v1，对于给定的转向输入信号满足以下条件：

SF1＞SF2；

SR1＞SR2；以及

SF2/SF1＞SR2/SR1，其中，SF1和SR1是速度v1下的前轮和后轮转向角度，而SF2和SR2是速度v2下的前轮和后轮转向角度。

图11示意性地示出了来自操纵杆74(图1)的转向输入信号幅度IS与两个不同速度v1、v2下的相应转向角度组SF1、SR1和SF2、SR2之间的一般关系。

这对前轮44a和这对后轮44b可转向到类似的程度，并且移动托架12的整体几何形状基本上是对称的。现在参考图12：为了获得类似的转向特性而不管移动托架12是在路线C所示的向前方向上还是在路线C'所示的向后方向上被驱动，控制器56配置为确定当前的驱动方向，并且基于该驱动方向，分别确定多对轮44a、44b中的哪对当前用作前轮，多对轮44a、44b中的哪对当前用作后轮。控制器56配置为对当前用作前轮的那对轮44a(在路线C的情况下)、44a'(在路线C的情况下)产生前轮转向信号，并且对当前用作后轮的那对轮44b、44b'产生后轮转向信号，其中，前轮转向信号的产生是基于从转向输入信号IS到前轮转向角度SF的前轮转换函数，并且后轮转向信号的产生是基于从转向输入信号IS到后轮转向角度SR的后轮转换函数。前轮转换函数和后轮转换函数可以不同，并且可以如图11所示。

返回参考图6A至图6C，机械臂14可在折叠运输位置(以实线示出)和延伸工作位置(虚线)之间移动。多个位置传感器监测机械臂14的接头18、22、28、38、39、50a、50b中的每个接头的位置，并且控制器56配置为基于接头的位置确定机械臂14是否处于运输位置。当处于工作位置时，控制器56设置用于驱动移动托架12的相对较低的第一极限速度，从而降低粗心驾驶可能导致飞机清洁机器人10倾倒的风险。当处于运输位置时，控制器设置相对较高的第二极限速度，以使飞机清洁机器人10可在待清洁的飞机段之间快速移动。相应的极限速度限定了用户可在机械臂14位于相应位置的情况下驱动移动托架12的最大速度。

类似地，控制器56配置为还基于机械臂14是处于工作位置还是处于运输位置来调整转向行为。当处于工作位置时，控制器56为这对前轮44a和这对后轮44b中的每个设置相对较小的第一转向角度极限，即，控制器56为转向角度SF、SR(图9B)设置相对较小的第一最大值。当处于运输位置时，控制器为这对前轮44a和这对后轮44b中的每个设置相对较大的第二转向角度极限，从而使飞机清洁机器人在清洁之前的运输和定位期间的灵活性最大化。

图13示意性地示出了进一步开发的控制系统配置，其可提供改进的操作可靠性，并且通常可应用于图2的控制系统。

此控制系统涉及两层方法，其中基本层中的第一控制器56从传感器101获取传感器数据，并且如前所述向不同的致动器和电机103提供控制信号。因此，除了别的以外，第一控制器56通过操作机械臂14(参见图1)来控制清洁头32相对于移动托架12的位置。第一控制器56在清洁飞机的同时将移动托架12进一步驱动到沿着飞机的各个位置。因此，第一控制器56执行进行清洁所需的所有功能。因此，第一控制器56基于来自第一组传感器101的数据并且可选地使用存储器来操作。

在较高层中，采用第二控制器56'。此控制器监测由第一控制器56执行的动作，并且用于识别即将发生的可能危险的情况，并影响第一控制器56以避免这种情况。因此，第二控制器56'基于来自一组传感器105的数据来监测机械臂14和清洁头32，这组传感器105可完全或部分地不同于第一控制器56所使用的这组传感器101。第二控制器56'使用传感器数据的测量组合，并且确定测量组合是否对应于暗示风险的数据的组合。如果是这种情况，则第二控制器56'可禁用或反转第一控制器56的控制动作。

不用说，第一控制器56和第二控制器56'可设计为在单个处理装置上执行的不同软件块。通常，第一控制器56可基于第一组传感器101中的非常精确的传感器以高精度执行控制。为了保持这些传感器的成本合理，附加的第二控制器56'采用具有高可靠性等级(例如军用级别)的传感器105，其不需要能够实际控制机器人，而仅仅是确保机器人不会越过边界到达不安全状态。第二控制器56'也可部分地使用来自第一组传感器101的数据。

不安全状况的检测可由第二控制器56'基于将传感器数据组馈送到查找表107来执行，该查找表简单地输出安全/不安全作为响应。不用说，例如如果检测到机器人开始倾倒或者如果接头扭矩超过阈值，则也可基于单个传感器数据来检测不安全状况。作为实例，第二控制器56'可配置为基于来自位于第一机械臂枢转接头18(图1)处的扭矩传感器的输入来识别不安全状况，该扭矩传感器测量围绕第一枢转轴线P1的扭矩。这种扭矩传感器可例如配置为测量第一液压缸24中的液压压力的压力计。

如果第二控制器56'检测到不安全状态，则可禁用第一控制器56以避免进一步移动离开安全/不安全边界。第一控制器56也可由第二控制器56'指示以反转导致不安全状况的最后步骤。随后，第一控制器56可确定用以执行已导致不安全状况的期望功能的替代方式，例如，使机器人10移动得更靠近或更远离飞机68，并且用机械臂14补偿此运动。

另外，由于临时不安全状况可能指示例如第一控制器56的故障传感器，所以可通过例如经由远程控制面板46(图1)提供指示109来向监督机器人的用户报告不安全状况。

第二控制器56'可仅在不安全组合的情况下干涉第一控制器56，否则是被动的。然而，即使第二控制器56'不干涉第一控制器56，也可能以报告的形式提供指示109，该报告说明了机器人操作离安全/不安全边界有多近。

另一种解决方案涉及机器人10如何确定如何找到飞机68、确定在飞机上何处执行清洁，以及如何验证已经执行期望的清洁程序。虽然可能设计具有相机和图像分析算法的机器人10，该相机和图像分析算法允许机器人简单地找到通用飞机、识别机身和机翼等并且执行清洁顺序，但是相机通常对清洁情况的潮湿和脏污状况敏感。因此，更结构化的方法可能是优选的，并且将参考图14来描述。

首先，机器人在其上操作的底板111可限定第一坐标系113。底板很可能是平的，然后可使用两个参数来限定底板上的任何位置，虽然底板可想象地被限定在三个维度中，例如以允许朝向排水管倾斜等。在任何情况下，控制器56可接收与底板11的坐标系113相对应的第一组数据。然后，机器人可使用本身公知的定位装置，例如使用RTK实时动态系统，来确定其在此坐标系中的位置和取向。这可针对机器人10作为整体来完成，特别是针对其清洁头32来完成。

飞机68，特别是客机，是高度标准化和受管制的，并且机器人可接收或读取与待清洁的飞机类型的精确几何形状相关的第二组数据，该第二组数据通常对应于描述其包络面的坐标系115，例如包括待清洁区域和不进行清洁的区域。

控制器还可接收与底板111的坐标系113和飞机68的坐标系115之间的关系相对应的第三组数据117。通常，此数据117描述了飞机68在底板11的坐标系113中的位置及其在该坐标系中的取向。

基于这些第一组数据、第二组数据和第三组数据，机器人控制器56使移动托架12和机械臂14移动，参见图3，以使清洁头32以有效的方式执行清洁顺序。在此顺序期间，可能记录清洁头32对于飞机包络面的每个清洁部分的接合时间和接合力，这可作为报告提供，例如以安排附加的清洁顺序。还可能提供具有相机(未示出)的清洁头，并且在清洁期间对飞机包络面进行安全检查，或者优选地，可能在清洁期间、清洁之前或之后考虑脏污条件。

上述关于飞机几何形状和底板几何形状之间的关系的第三数据可通过附接到飞机的参照物119的位置来提供。这种参照物可以是无线电发射器，但是也可想到其他参照物，例如光学标记等。

一种使得可能确定第三数据和随后的机器人导航以及清洁头32的转向的选择是采用实时动态RTK传感器和基站。于是一个这种传感器可位于清洁头32处，并且基站接收器/发射器可附接到飞机68和底板111的参考位置。

允许确定第三数据的另一选择是在使用刷子34清洁飞机的同时沿着飞机驱动移动托架12，其中，控制器配置为利用刷子34跟随飞机表面，例如，如上文详细描述的；并且基于检测到的飞机68的形状，确定飞机68相对于清洁机器人10的精确位置。

以上已经参考几个实施方式主要描述了本发明的概念。然而，本领域技术人员容易理解，在由所附专利权利要求限定的本发明的范围内，除了上面公开的实施方式之外的其他实施方式同样是可能的。

Claims (45)

1.一种飞机清洁机器人，包括：

机械臂(14)，具有附接到移动托架(12)的近端(16)和设置有清洁头(32)的远端(31)，所述清洁头(32)包括用于刷洗待清洁的飞机(68)的刷子(34)，其中，所述刷子(34)可旋转地附接到所述机械臂(14)以围绕刷子旋转轴线(R)旋转；以及

控制器(56)，配置为控制所述清洁头(32)的位置，其中所述飞机清洁机器人(10)配置为使所述刷子(34)自动地定向，以使所述清洁头(32)的清洁面(37)与所刷洗的表面对齐；并且

所述控制器(56)配置为基于所述机械臂的多个接头中的每个接头的位置，

来确定所述清洁面(37)当前面向的清洁方向，并且基于所确定的清洁方向，

沿着所述清洁方向操作所述机械臂(14)以在所述清洁方向上施加刷子接合压力。

2.根据权利要求1所述的飞机清洁机器人，其中，所述控制器配置为产生清洁数据以进行存储，所述清洁数据包括用于所述清洁头的多个位置中的每个位置的刷子接合压力和/或刷子接合时间。

3.根据权利要求1所述的飞机清洁机器人，其中，

所述移动托架(12)设置有一组前轮(44a)和一组后轮(44b)；以及

所述控制器(56)配置为通过操作所述机械臂(14)来控制所述清洁头(32)相对于所述移动托架(12)的位置，并且沿着所述待清洁的飞机(68)驱动所述移动托架(12)，其中，所述一组前轮(44a)和所述一组后轮(44b)中的每个轮都是可转向的，并且所述控制器(56)配置为控制所述一组前轮(44a)和所述一组后轮(44b)的转向角度。

4.根据权利要求3所述的飞机清洁机器人，其中，所述控制器(56)配置为使所述一组前轮(44a)和所述一组后轮(44b)中的每个轮在相同的方向上转向。

5.根据权利要求4所述的飞机清洁机器人，其中，所述控制器配置为使所述一组前轮和一组后轮中的每个轮转向至基本上相同的转向角度，从而使得能够进行所述移动托架的蟹行转向。

6.根据权利要求5所述的飞机清洁机器人，其中，所述控制器(56)配置为：

检测所述移动托架(12)和待清洁表面(73)之间的水平距离的变化；以及

基于检测到的所述变化，使所述移动托架(12)蟹行转向以保持所述移动托架(12)的前进方向。

7.根据权利要求1所述的飞机清洁机器人，其中，

所述控制器(56)配置为通过操作所述机械臂(14)来控制所述清洁头(32)相对于所述移动托架(12)的位置，并且沿着待清洁的飞机(68)驱动所述移动托架(12)，同时清洁所述飞机(68)，其中，所述控制器(56)进一步配置为：

接收指示所述移动托架(12)和所述飞机(68)之间的距离变化的距离信号；以及

基于接收到的所述距离信号，使所述移动托架(12)转向以在所述移动托架(12)和所述飞机(68)之间保持恒定距离。

8.根据权利要求7所述的飞机清洁机器人，其中，所述清洁头(32)和所述移动托架(12)经由一组机械臂段和一组接头互连，其中，所述距离信号是以所述一组接头中的至少一个接头的位置为基础。

9.根据权利要求1所述的飞机清洁机器人，其中，

所述移动托架(12)是自推进的；

所述机械臂(14)能够在折叠运输位置和延伸工作位置之间移动；以及

所述控制器(56)配置为通过操作所述机械臂(14)来控制所述清洁头(32)相对于所述移动托架(12)的位置，并且沿着所述待清洁的飞机驱动所述移动托架(12)，同时清洁所述飞机，其中，所述控制器(56)进一步配置为：

接收指示所述机械臂(14)是处于所述运输位置还是所述工作位置的位置信号，并且基于所述位置信号来设置所述移动托架(12)的驱动限制。

10.根据权利要求9所述的飞机清洁机器人，其中，设置驱动限制包括设置处于运输位置时的运输位置极限速度，所述运输位置极限速度高于处于工作位置时的工作位置极限速度。

11.根据权利要求9至10中任一项所述的飞机清洁机器人，其中，设置驱动限制包括设置一组轮的最大转向角度，其中，所述最大转向角度在运输位置时比在工作位置时大。

12.根据权利要求1所述的飞机清洁机器人，其中，

所述移动托架(12)是自推进的，设置有第一组轮和第二组轮；以及

所述控制器(56)配置为通过操作所述机械臂(14)来控制所述清洁头(32)相对于所述移动托架(12)的位置，并且沿着所述待清洁的飞机(68)驱动所述移动托架(12)，其中，所述控制器(56)进一步配置为：

接收指示所述移动托架(12)的速度的速度信号；

从用户接口接收轮转向输入信号；以及

基于接收到的速度信号和接收到的轮转向输入信号来产生轮转向控制信号，以使所述第一组轮和第二组轮中的至少一个转向。

13.根据权利要求1所述的飞机清洁机器人，其中，

所述移动托架(12)是自推进的，设置有第一组轮和第二组轮；以及

所述控制器(56)配置为通过操作所述机械臂(14)来控制所述清洁头(32)相对于所述移动托架(12)的位置，并且沿着所述待清洁的飞机(68)驱动所述移动托架(12)，其中，所述控制器(56)进一步配置为：

确定驱动方向，并且基于所述驱动方向分别确定所述第一组轮和第二组轮中的哪组轮当前用作前轮以及哪组轮当前用作后轮；

对这组前轮产生前轮转向控制信号；并且

对这组后轮产生后轮转向控制信号，其中，所述后轮转向控制信号与所述前轮转向控制信号不同。

14.根据权利要求12所述的飞机清洁机器人，其中，产生轮转向控制信号包括：在较低速度时，将所述轮转向输入信号与相对较大的转向角度相关联，而在较高速度时，将所述轮转向输入信号与相对较小的转向角度相关联。

15.根据权利要求12至13中任一项所述的飞机清洁机器人，其中，随着速度的增加，减小从轮转向输入信号到后轮转向角度的转换比，比随着相同的速度增加从轮转向输入信号到前轮转向角度的转换比减小的量大。

16.根据权利要求1所述的飞机清洁机器人，其中，

所述机械臂(14)至少具有第一臂段(20)和第二臂段(26)，所述第一臂段(20)经由第一枢转接头(22)连接到所述移动托架(12)，所述第二臂段(26)经由第二枢转接头(28)连接到所述第一臂段(20)；以及

所述控制器(56)配置为通过操作所述机械臂(14)来控制所述清洁头(32)的位置，其中，所述控制器(56)进一步配置为：

接收控制输入，所述控制输入指示所述清洁头(32)的期望运动方向；

基于所述控制输入和传递函数，确定包括所述第一枢转接头(22)和第二枢转接头(28)的一组接头中的每个接头的相应接头运动方向和运动幅度，以产生所述清洁头(32)在所述期望运动方向上的运动；以及基于所计算的运动方向和运动幅度，

同时操作所述一组接头中的每个接头以使所述清洁头(32)在所述期望运动方向上运动。

17.根据权利要求16所述的飞机清洁机器人，其中，确定所述一组接头中的接头的相应接头运动方向和运动幅度包括：

基于所述传递函数和所述一组接头的当前位置来确定所述清洁头的当前坐标；

基于所述控制输入来确定目标坐标；

基于所述传递函数和所述目标坐标来确定所述一组接头中的每个接头的目标位置；以及

基于相应接头的当前位置和目标位置来确定所述一组接头中的每个接头的相应接头运动方向和运动幅度。

18.根据权利要求16所述的飞机清洁机器人，其中，所述传递函数配置为产生所述清洁头(32)沿着基本上直线的所述运动。

19.根据权利要求16所述的飞机清洁机器人，其中，所述传递函数配置为产生所述清洁头(32)沿着与所述待清洁的飞机(68)对齐的坐标系(L、V、T)的轴线的所述运动。

20.根据权利要求16所述的飞机清洁机器人，其中，所述控制器(56)配置为经由用户接口从操作员接收所述控制输入。

21.根据权利要求16至20中任一项所述的飞机清洁机器人，其中，所述控制器(56)配置为基于用于改变所述清洁头(32)的运动方向的指令，逐渐增加确定所述一组接头中的第一枢转接头的枢转速度的控制值，同时逐渐减小确定所述一组接头中的第二枢转接头的枢转速度的控制值。

22.根据权利要求1所述的飞机清洁机器人，其中，

所述机械臂(14)至少具有第一臂段(20)和第二臂段(26)，所述第一臂段(20)经由第一枢转接头(22)连接到所述移动托架(12)，所述第二臂段(26)经由第二枢转接头(28)连接到所述第一臂段(20)；以及

所述控制器(56)配置为通过操作所述机械臂(14)来控制所述清洁头(32)的位置，其中，所述控制器(56)进一步配置为当所述机械臂(14)处于折叠位置时，

从操作员接收指示所述清洁头(32)将移动到清洁开始位置的启动信号；以及

同时操作包括所述第一枢转接头(22)和所述第二枢转接头(28)的一组接头中的每个，以使所述清洁头(32)沿着预定路径(U)运动到邻近飞机(68)的表面(73)的清洁开始位置。

23.根据权利要求22所述的飞机清洁机器人，其中，所述控制器(56)配置为基于飞机类型和/或飞机段来选择所述预定路径(U)。

24.根据权利要求22至23中任一项所述的飞机清洁机器人，其中，所述控制器(56)配置为在失能开关(78)断开的情况下中断预定的所述运动。

25.根据权利要求16所述的飞机清洁机器人，其中，用于同时控制的所述一组接头还包括位于所述第一枢转接头(22)和所述移动托架(12)之间的臂回转接头(18)。

26.根据权利要求16所述的飞机清洁机器人，其中，所述第一臂段(20)和第二臂段(26)中的至少一个是伸缩性的，由通过伸缩接头(50a；

50b)互连的至少两个相应的伸缩子段限定。

27.根据权利要求26所述的飞机清洁机器人，其中，用于同时控制的所述一组接头包括所述伸缩接头(50a；50b)。

28.根据权利要求1所述的飞机清洁机器人，其中，

所述移动托架(12)是自推进的；

所述机械臂(14)至少具有第一臂段(20)和第二臂段(26)，所述第一臂段(20)经由第一枢转接头(22)连接到所述移动托架(12)，所述第二臂段(26)经由第二枢转接头(28)连接到所述第一臂段(20)；以及

所述控制器(56)配置为通过操作所述机械臂(14)来控制所述清洁头(32)相对于所述移动托架(12)的位置，并且驱动所述移动托架(12)，其中，所述控制器(56)进一步配置为：

使所述清洁头(32)沿着所述飞机(68)在基本上水平方向(L)上移动，同时清洁所述飞机(68)；以及

确定是通过操作所述机械臂(14)、通过沿着所述飞机(68)驱动所述移动托架(12)、还是通过这两者，来使所述清洁头(32)在所述水平方向(L)上移动。

29.根据权利要求28所述的飞机清洁机器人，其中，所述确定基于所述清洁头(32)的预定清洁路线(PLF、PLR)来进行。

30.根据权利要求28所述的飞机清洁机器人，其中，所述控制器(56)配置为：

接收识别飞机类型和/或飞机段标识的操作员输入；以及

基于所述操作员输入来做出所述确定。

31.根据权利要求28所述的飞机清洁机器人，其中，所述控制器(56)配置为基于来自操作员的连续输入来移动所述清洁头(32)。

32.根据权利要求1所述的飞机清洁机器人，其中，

所述机械臂(14)包括第一接头和第二接头；以及

所述控制器(56)配置为通过操作所述机械臂(14)来控制所述清洁头(32)相对于所述移动托架(12)的位置，并且沿着所述待清洁的飞机驱动所述移动托架(12)，同时清洁所述飞机(68)，其中，所述控制器(56)进一步配置为：

检测所述移动托架(12)和所述飞机(68)之间的距离变化，并且基于检测到的所述距离变化，

操作所述第一接头和第二接头中的一个接头，以在所述清洁头(32)和所述飞机之间保持期望的清洁接合压力；以及

操作所述第一接头和第二接头中的另一个接头以保持所述清洁头(32)的高度。

33.根据权利要求32所述的飞机清洁机器人，其中，所述第一接头是枢转接头，并且所述第二接头是枢转接头、回转接头或伸缩接头。

34.根据权利要求1所述的飞机清洁机器人，其中，

所述清洁头(32)设置有刷子接合角度检测器，所述刷子接合角度检测器配置为检测所述刷子(34)的刷洗面(35)和所刷洗的表面(73)之间的刷子接合角度(β)；并且

所述控制器(56)配置为基于检测到的刷子接合角度(β)来控制所述清洁头(32)的取向。

35.根据权利要求34所述的飞机清洁机器人，其中，所述刷洗面(35)面向所述刷子旋转轴线(R)的径向方向。

36.根据权利要求34至35中任一项所述的飞机清洁机器人，其中，传感器设备包括相对于所述刷子旋转轴线(R)在轴向上分离的至少两个距离传感器。

37.根据权利要求1所述的飞机清洁机器人，其中，

所述移动托架(12)是自推进的；

其中所述控制器(56)为第一控制器，配置为通过操作所述机械臂(14)来控制所述清洁头(32)相对于所述移动托架(12)的位置，并且沿着待清洁的飞机驱动所述移动托架(12)，其中，所述第一控制器基于来自第一组传感器的数据进行操作；

所述飞机清洁机器人进一步包括第二控制器，配置为基于来自至少部分地不同于所述第一组传感器的第二组传感器的数据来监测所述机械臂(14)和所述清洁头(32)，所述第二控制器配置为监测来自所述第二组传感器的传感器数据的测量组合，确定所述测量组合是否对应于暗示风险的数据的组合，如果是，则禁用或反转所述第一控制器的控制动作。

38.根据权利要求37所述的飞机清洁机器人，其中，所述第二控制器对来自所述第二组传感器的数据的组合是安全组合还是不安全组合进行分类，并且仅在不安全组合的情况下干涉所述第一控制器。

39.根据权利要求38所述的飞机清洁机器人，其中，来自所述第二组传感器的数据的所述组合基于查找表来分类。

40.根据权利要求37至39中任一项所述的飞机清洁机器人，其中，所述第二控制器基于测量所述机械臂(14)的近端(16)处的扭矩的扭矩传感器来操作。

41.根据权利要求40所述的飞机清洁机器人，其中，所述扭矩是在所述机械臂(14)的接头中测得的。

42.根据权利要求1所述的飞机清洁机器人，其中，

所述移动托架(12)是自推进的，适于在底板上移动，所述待清洁的飞机(68)位于所述底板上；以及

所述控制器(56)配置为通过操作所述机械臂(14)来控制所述清洁头(32)相对于所述移动托架(12)的位置，并且沿着待清洁的所述飞机驱动所述移动托架(12)，同时清洁所述飞机，所述控制器(56)进一步配置为接收与所述底板的坐标系对应的第一数据、接收与待清洁的所述飞机的飞机类型的几何形状对应的第二数据、接收与待清洁的所述飞机相对于所述底板的坐标系的定位对应的第三数据，并且基于所述第一数据、所述第二数据和所述第三数据的组合来移动所述移动托架(12)和所述机械臂(14)。

43.根据权利要求42所述的飞机清洁机器人，其中，所述第三数据是以附接到所述飞机(68)的参照物的位置为基础。

44.根据权利要求43所述的飞机清洁机器人，其中，所述参照物是无线电发射器。

45.根据权利要求42至44中任一项所述的飞机清洁机器人，其中，实时动态RTK传感器位于所述机械臂(14)的所述清洁头(32)处，基站接收器/发射器附接到所述飞机(68)。

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