CN111230903A - 一种跑道激光除胶机器人 - Google Patents

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邓勇军
张中杰
方霖
胡冬平
刘斐
桂仲成
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Abstract

本发明公开了一种跑道激光除胶机器人，包括中间开设盲槽的车体机架，设置在车体机架的底部的四个车轮，镶嵌在车轮轴上的编码器，设置在车体机架的开槽位置内的电池，安装在车体机架上的GPS天线，安装在车体机架上的陀螺仪，安装在车体机架上、分别与车轮的驱动器、编码器、电池、GPS天线和陀螺仪连接、用于控制机器人行进的机器人运动控制器，安装在车体机架的中间开设的盲槽内的激光控制主机，沿车轮的轴向方向、且安装在车体机架的前端的横向机构，安装在横向机构上的竖直机构，安装在竖直机构上的激光清洗头，安装在车体机架上、分别与横向机构、竖直机构、激光控制主机和激光清洗头连接、用于控制机器人清洗作业的清洗作业控制器。

Description

一种跑道激光除胶机器人
技术领域
本发明涉及机场跑道清洁技术领域，尤其是一种跑道激光除胶机器人。
背景技术
跑道是飞机起降必备的关键设施，由于飞机轮胎在高速着陆或起飞时与跑道之间的摩擦将形成高温环境，这使的轮胎上的橡胶瞬间熔化，溶化后形成的橡胶黏融物粘附在跑道上，随着飞机频繁起降，机场道面的胶层不断加厚，使得跑道的摩擦系数降低，导致飞机的制动性能降低，直接影响飞机的安全起降。因此，各个机场均需要定期对跑道摩擦系数进行测试和监测跑道橡胶黏附量，当摩擦系数低于飞机运行安全要求时，须立即开展除胶工作，以恢复道面摩擦系数。目前行业常用除胶方法为机械抛丸和高压水枪冲洗，这两种方式均存在效率低下、废弃物难以清理、人工作业量大、对道面造成损伤、部分区域遗漏等问题。激光清洗是通过高能量激光束直接辐射在跑道上，根据橡胶和道面本身材料存在热性能差异，可以通过调整合适能量密度使橡胶变成碎片清除而不损坏道面自身纹理，然而激光清洗对光束移动速度和路径都有较高的要求，但激光对人体存在伤害，同时机场跑道要求大面积作业，因此，急需要提出一种高效、高质量的基于激光清洗的跑道专用除胶自动化装置，以保障机场运行安全。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种跑道激光除胶机器人，本发明采用的技术方案如下：
一种跑道激光除胶机器人，包括中间开设盲槽、且呈回字形状的车体机架，设置在车体机架的底部的四个车轮，镶嵌在四个车轮中的任意一个车轮轴上、且用于测量机器人行进距离的编码器，设置在车体机架的盲槽内的电池，安装在车体机架上、用于实时获取车体机架位置的GPS天线，安装在车体机架上、用于测量机器人姿态的陀螺仪，安装在车体机架上、分别与车轮的驱动器、编码器、电池、GPS天线和陀螺仪连接、用于控制机器人行进的机器人运动控制器，安装在车体机架的中间开设的盲槽内的激光控制主机，沿车轮的轴向方向、且安装在车体机架的前端的横向机构，安装在横向机构上的竖直机构，安装在竖直机构上的激光清洗头，安装在车体机架上、分别与横向机构、竖直机构、激光控制主机和激光清洗头连接、用于控制机器人清洗作业的清洗作业控制器。
进一步的，所述横向机构包括设置车体机架前端的横向滑轨，设置在横向滑轨上、且沿横向滑轨做往复运动的横向滑块。
进一步的，所述竖向机构包括设置在横向滑块上、且垂直于横向滑轨的竖向滑轨，设置在竖向滑轨上、且沿竖向滑轨做往复运动的竖向滑块；所述竖向滑块上设置有激光清洗头。
进一步的，一种跑道激光除胶机器人的控制方法，包括以下步骤：
步骤S1，在机器人运动控制器内预设跑道目标清洗区域的边界GPS坐标，同时根据横向滑轨的行程计算等距离、且平行于横向滑轨的直线路径；
步骤S2，机器人运动控制器驱动机器人根据实时GPS坐标姿态和路径信息控制车体向首条清洗路线起始位置行进，到达起始位置后停止；
步骤S3，清洗作业控制器控制激光清洗头移动至横向滑轨端部，并利用竖向机构驱动激光清洗头移动至预设的清洗高度，同时控制激光控制主机开启激光辐射；
步骤S4，清洗作业控制器控制激光清洗头按清洗工艺要求匀速移动至横向滑轨的端部后机器人运动控制器控制机器人向前移动固定距离，所述固定距离为激光光束在地面的有效辐射直径；
步骤S5，当机器人向前移动到位后，重复步骤S4；
步骤S6，重复步骤S4～S5，直至整条清洗路线清洗完成；
步骤S7，机器人运动控制器驱动机器人移动至下一条清洗路线，重复步骤S3～S5，直至预设清洗路线完成。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明将编码器、GPS天线和陀螺仪安装在机器人上，通过GPS坐标、航向角、机器人姿态和里程融合，获得机器人准确GPS位置和姿态，保证了机器人可以准确地沿预设清洗路线行进；
(2)本发明通过机器人行进运动与横向滑轨横向运动的组合，实现预期清洗道面的全覆盖；
(3)本发明通过跑道与橡胶的热差异性不同，利用激光除胶，达到粉碎橡胶、清理跑道的目的，同时激光除胶不仅能有效清理，还不损坏路面；
(4)本发明通过自动化设备进行机场跑道的除胶清洗，排除了人为的失误，大大提高效率，清洗质量良好；
本发明一种跑道激光除胶机器人，在机场设备领域具有很高的实用价值和推广价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定，对于本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的工作流程示意图。
上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：
1-车体机架，2-轮胎，3-编码器，4-GPS天线，5-陀螺仪，6-机器人运动控制器，7-清洗作业控制器，8-电源，9-横向机构，10-竖直机构，11-激光控制主机，12-激光清洗头，91-横向滑轨，92-横向滑块，101-竖向滑轨，102-竖向滑块，121-激光光束。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更为清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例
如图1～2所示，本实施例公开了一种跑道激光除胶机器人，需要说明的是，本实施例中所述的“第一”、“第二”等序号用语仅用于区分同类部件，不能理解成对保护范围的特定限定。另外，本实施例中所述“底部”、“顶部”、“四周边缘”、“中央”等方位性用语是基于附图来说明的。另外，本实施例中所述的行进路线设置、机器人行进导航均为现有技术，且激光控制主机通过购买所得，在此就不予赘述。
具体来说，本实施例的一种跑道激光除胶机器人，包括中间开设盲槽、且呈回字形状的车体机架1，设置在车体机架1的底部的四个车轮2，镶嵌在四个车轮2中的任意一个车轮2轴上、且用于测量机器人行进距离的编码器3，设置在车体机架1的盲槽内的电池8，安装在车体机架1上、用于实时获取车体机架1位置的GPS天线4，安装在车体机架1上、用于测量机器人姿态的陀螺仪5，安装在车体机架1上、分别与车轮2的驱动器、编码器3、电池8、GPS天线4和陀螺仪5连接、用于控制机器人行进的机器人运动控制器6，安装在车体机架1的中间开设的盲槽内的激光控制主机11，沿车轮2的轴向方向、且安装在车体机架1的前端的横向机构9，安装在横向机构9上的竖直机构10，安装在竖直机构10上的激光清洗头12，安装在车体机架1上、分别与横向机构9、竖直机构10、激光控制主机11和激光清洗头12连接、用于控制机器人清洗作业的清洗作业控制器7。
其中，横向机构9包括设置车体机架1前端的横向滑轨91，设置在横向滑轨91上、且沿横向滑轨91做往复运动的横向滑块92，竖向机构10包括设置在横向滑块92上、且垂直于横向滑轨91的竖向滑轨101，设置在竖向滑轨101上、且沿竖向滑轨101做往复运动的竖向滑块102，竖向滑块102上设置有激光清洗头12。
下面简要说明本装置的工作原理：
第一步：在机器人运动控制器6内预设跑道目标清洗区域的边界GPS坐标，同时根据横向滑轨91的行程计算等距离的、且平行于横向滑轨91的直线路径；
第二步：机器人运动控制器6驱动机器人根据实时GPS坐标姿态和路径信息控制车体向首条清洗路线起始位置行进，到达起始位置后停止；
第三步：清洗作业控制器7驱动横向滑块92将激光清洗头12移动至横向导轨端部，且位于首条清洗路线起始位置上方；
第四步：清洗作业控制器7驱动竖向滑块102将激光清洗头12移动至预设的清洗高度(其为操作者预设的，在此就不予赘述)；
第五步：清洗作业控制器7控制激光控制主机11开启激光辐射；
第六步：清洗作业控制器7控制横向滑轨91将激光清洗头12按清洗工艺要求匀速移动至横向滑轨91另一端；
第七步：当激光清洗头12到达横向滑轨91的另一端后，机器人运动控制器6控制机器人向前移动固定距离；所述固定距离指激光光束在地面的有效辐照直径；
第八步：当机器人向前移动到位后，清洗作业控制器7控制横向滑轨91将激光清洗头12按清洗工艺要求速度移动至横向滑轨91另一端；
第九步：重复步骤第三步到第八步，直至一条清洗路线工作完成；
第十步：机器人运动控制器6驱动机器人移动至下一条清洗路线，重复步骤第三步到第九步，直至全部清洗路线完成。
本发明可以保证干净、有效地清理机场道面的橡胶黏融物，避免遗漏，大大减低人力成本，且效率高，维护周期短。填补了行业内机场道面橡胶黏融物自动化清洁技术的空白，与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，在机场跑道清洁技术领域具有很高的实用价值和推广价值。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而做出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种跑道激光除胶机器人，其特征在于，包括中间开设盲槽、且呈回字形状的车体机架(1)，设置在车体机架(1)的底部的四个车轮(2)，镶嵌在四个车轮(2)中的任意一个车轮(2)轴上、且用于测量机器人行进距离的编码器(3)，设置在车体机架(1)的盲槽内的电池(8)，安装在车体机架(1)上、用于实时获取车体机架(1)位置的GPS天线(4)，安装在车体机架(1)上、用于测量机器人姿态的陀螺仪(5)，安装在车体机架(1)上、分别与车轮(2)的驱动器、编码器(3)、电池(8)、GPS天线(4)和陀螺仪(5)连接、用于控制机器人行进的机器人运动控制器(6)，安装在车体机架(1)的中间开设的盲槽内的激光控制主机(11)，沿车轮(2)的轴向方向、且安装在车体机架(1)的前端的横向机构(9)，安装在横向机构(9)上的竖直机构(10)，安装在竖直机构(10)上的激光清洗头(12)，安装在车体机架(1)上、分别与横向机构(9)、竖直机构(10)、激光控制主机(11)和激光清洗头(12)连接、用于控制机器人清洗作业的清洗作业控制器(7)。
2.根据权利要求1所述的一种跑道激光除胶机器人，其特征在于，所述横向机构(9)包括设置车体机架(1)前端的横向滑轨(91)，设置在横向滑轨(91)上、且沿横向滑轨(91)做往复运动的横向滑块(92)。
3.根据权利要求2所述的一种跑道激光除胶机器人，其特征在于，所述竖向机构(10)包括设置在横向滑块(92)上、且垂直于横向滑轨(91)的竖向滑轨(101)，设置在竖向滑轨(101)上、且沿竖向滑轨(101)做往复运动的竖向滑块(102)；所述竖向滑块(102)上设置有激光清洗头(12)。
4.一种根据权利要求1～3任一项所述的一种跑道激光除胶机器人的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，在机器人运动控制器(6)内预设跑道目标清洗区域的边界GPS坐标，同时根据横向滑轨(91)的行程计算等距离、且平行于横向滑轨(91)的直线路径；
步骤S2，机器人运动控制器(6)驱动机器人根据实时GPS坐标姿态和路径信息控制车体向首条清洗路线起始位置行进，到达起始位置后停止；
步骤S3，清洗作业控制器(7)控制激光清洗头(12)移动至横向滑轨(91)端部，并利用竖向机构(10)驱动激光清洗头(12)移动至预设的清洗高度，同时控制激光控制主机(11)开启激光辐射；
步骤S4，清洗作业控制器(7)控制激光清洗头(12)按清洗工艺要求匀速移动至横向滑轨(91)的另一端部后机器人运动控制器(6)控制机器人向前移动固定距离，所述固定距离为激光光束在地面的有效辐射直径；
步骤S5，当机器人向前移动到位后，重复步骤S4；
步骤S6，重复步骤S4～S5，直至整条清洗路线清洗完成；
步骤S7，机器人运动控制器(6)驱动机器人移动至下一条清洗路线，重复步骤S3～S5，直至预设清洗路线完成。
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