CN113074589A - 适用于导弹的自动装填运动控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于导弹的自动装填运动控制系统，包括：起重设备子系统：提供抓取装置子系统的安装接口，实现装填目标的全过程运动；抓取装置子系统：通过起重设备子系统的装接对装填目标进行抓取、起吊和下放，并实现装填目标的位姿检测及姿态控制；位姿检测子系统：为装填目标的位姿检测采集原始信息及数据。本发明还提供了一种适用于导弹的自动装填运动控制方法，利用上述的基于视觉伺服的多体系统分布式运动控制系统，能够实现导弹任务载荷模块的自动装填。

Description

适用于导弹的自动装填运动控制系统及方法

技术领域

本发明涉及自动装填技术领域，具体地，涉及一种适用于导弹的自动装填运动控制系统及方法。

背景技术

导弹装填是指将导弹从存放点输送到发射装置上的全过程，其中导弹可扩展为箱弹、筒弹或者导弹集装模块，装填动作包括装弹与卸弹。

传统的导弹装填一般采用手动装填，即采用吊机及吊索，由操作人员通过人工扶持和人眼监视等手段进行装填(或卸载)。手动装填操作精度低、人员多、装填时间长、训练要求高、可靠性差，会影响备战效率，难以实现武器装备快速进入战场并快速形成战斗力，且可能给部队操作人员带来安全隐患。

自动装填基于机器视觉检测技术、机械手抓取技术及计算机控制技术实现导弹的装填过程，其使用难度低，将极大减少操作人员的数量和训练量。自动装填系统的自动化程度高，可以实现更加快速、安全、可靠、精密乃至智能化、无人化的装填，能够显著提高火力保障的效率和隐蔽性。因此，发展导弹自动装填技术以取代手动装填，是当前武器装备技术的发展趋势。

经过检索，专利文献CN108731556A公开了一种导弹装箱用水平装填设备，包括沿导弹装填方向依次设置的导弹水平推进平台以及导弹储运发射箱升降平台，其中导弹贮运发射箱升降平台可实现导弹贮运发射箱的六自由度运动，而导弹水平推进平台可针对不同型号、不同定心部位置的导弹，简便快速的实现导弹周向位姿的调整，使导弹的导向钮对准导弹贮运发射箱内的导向槽；两者配合可实现导弹水平推进平台上载弹导轨与导弹贮运发射箱中的载弹导轨的快速对齐。显然，该现有技术仍然是需要人员进行手动装填，无法实现自动装填。

自动装填系统的执行机构由起重设备和抓取装置构成，抓取装置的翻转机构通过一个回转机构和俯仰机构安装在起重设备上，因此该执行机构结构复杂、自由度高，为自动装填系统的运动控制带来了挑战。目前，国内成熟的自动装填运动控制系统鲜见报道。

因此，亟需设计研发一种结构简单、装备效率高且安全的适用于导弹的自动装填系统。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于导弹的自动装填运动控制系统及方法，结构简单、装备效率高且使用安全。

根据本发明提供的一种适用于导弹的自动装填运动控制系统，包括：

起重设备子系统：提供抓取装置子系统的安装接口，实现装填目标的全过程运动；

抓取装置子系统：通过起重设备子系统的装接对装填目标进行抓取、起吊和下放，并实现装填目标的位姿检测及姿态控制；

位姿检测子系统：为装填目标的位姿检测采集原始信息及数据。

优选地，还包括主控子系统，主控子系统分别与起重设备子系统、抓取装置子系统和位姿检测系统电连接。

优选地，起重设备子系统包括起重设备控制单元和起重设备，主控子系统与起重设备控制单元电连接，起重设备控制单元驱动控制起重设备。

优选地，抓取装置子系统包括俯仰机构、回转机构、翻转平台、刚柔转换机构、抓取机构和抓具控制单元，抓取控制单元分别与俯仰机构、回转机构、翻转平台、刚柔转换机构和抓取机构之间相互通信，能够分别控制其运转，实现抓具的姿态调整、抓取、起吊和下放。

优选地，翻转平台通过俯仰机构和回转机构安装在起重设备的抓具安装接口上。

优选地，主控子系统与抓具控制单元电连接。

优选地，位姿检测子系统包括装填平台水平传感器、装填平台视觉检测模块和抓具视觉检测模块，主控子系统分别与装填平台水平传感器、装填平台视觉检测模块和抓具视觉检测模块电连接。

优选地，装填平台视觉检测模块检测装填平台相对于任务载荷模块的位姿；抓具视觉检测模块检测抓具相对于任务载荷模块的位姿；任务载荷模块用于承装装填目标。

优选地，还包括装填平台，装填平台包括起重设备的安装接口和位姿检测子系统的安装接口。

根据本发明提供的一种适用于导弹的自动装填运动控制方法，其特征在于，采用上述的适用于导弹的自动装填运动控制系统进行自动装填，包括如下步骤：

步骤S1：提供抓取装置子系统的安装接口，实现装填目标的全过程运动；

步骤S2：为装填目标的位姿检测采集原始信息及数据；

步骤S3：通过起重设备子系统的装接对装填目标进行抓取、起吊和下放，并实现装填目标的位姿检测及姿态控制。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明基于视觉伺服技术对起重设备—抓取装置集成的多体系统进行运动控制，能够实现导弹装填目标位姿的自动检测、装填运动轨迹的自动生成、起重设备及抓取装置的自主定位及调姿，提升了导弹装填过程的智能化与自动化程度，有效克服手动装填系统的劣势。

2、本发明采用多级分布式控制技术，各模块的控制功能分散在各子系统的控制单元中，提升了系统的可靠性与可维护性。主控计算机对各子系统进行统一调度，实现了各系统功能的协同控制。

3、本发明采用手动遥控器实现手动装填控制，能够在特殊极端工况下实现人工手动装填，提高了系统的可靠性与灵活性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中的适用于导弹的自动装填运动控制系统的框架图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明提供了一种适用于导弹的自动装填运动控制系统，包括：

装填平台：导弹自动装填运动控制系统的载体。

主控子系统：实现自动装填系统的运动规划、数据处理、人机交互总体控制工作。

起重设备子系统：提供抓取装置的安装接口，实现系统的展开、移动、定位、回收等运动。

抓取装置子系统：实现装填目标位姿检测、抓取装置的姿态控制，以及任务载荷模块的起吊与下放。

位姿检测子系统：为装填目标位姿检测采集原始信息及数据。

手持遥控器：实现手动装填功能，主控子系统与手持遥控器之间相互通信。

进一步来说，装填平台上安装有水平传感器和视觉检测模块，其中水平传感器可以检测装填平台相对于水平面的夹角，视觉检测模块可以检测任务载荷模块相对于装填平台的位姿，在各传感器的共同作用下可以实现自动装填系统的粗定位。抓取装置上也安装有视觉检测模块，能够检测任务载荷模块相对于抓取装置的位姿，可以实现自动装填系统的精定位。装填平台包括起重设备的安装接口和位姿检测子系统的安装接口。

主控子系统是实现自动装填功能的系统核心组成部分。主控计算机接收装填平台、起重设备与抓取装置各运动环节的位姿信息，进行自动装填系统的路径规划，并对起重设备和抓取装置的动作进行控制。

起重设备子系统包括由起重设备、位置传感器和起重设备控制单元；起重设备安装在装填平台上的起重设备安装接口上。主控子系统与起重设备控制单元之间相互通信。翻转平台通过俯仰机构和回转机构，安装在起重设备的抓具安装接口上。起重设备控制单元能够控制起重设备的运动。起重设备为多自由度执行机构，其各运动关节处安装有位置传感器，可以反馈各关节动作的特征参量。起重设备控制单元与主控计算机之间相互通信，执行主控计算机给出的各关节的运动命令，驱动起重设备实现预期的动作。

抓取装置子系统包括俯仰机构、回转机构、翻转平台、刚柔转换机构、抓取机构和抓具控制单元，主控子系统与抓具控制单元之间相互通信。抓具控制单元分别与俯仰机构、回转机构、翻转平台、刚柔转换机构和抓取机构之间相互通信，能够分别控制各机构伺服电机的运转，实现抓具的姿态调整、抓取、起吊和下放等动作。俯仰机构能够实现翻转平台相对起重设备的俯仰。回转机构能够实现翻转平台相对起重机构的回转。翻转平台能够通过控制翻转机构，实现平台相对于起重设备的偏转与滚转，从而实现平台的翻转。刚柔转换机构能够实现牵引钢缆的收放动作。抓取机构能够实现卡爪与任务载荷模块的吊装接口之间的贴合与松脱。

位姿检测子系统包括装填平台水平传感器、装填平台视觉检测模块和抓具视觉检测模块，主控系统分别与装填平台水平传感器、装填平台视觉检测模块和抓具视觉检测模块之间相互通信。装填平台视觉检测模块能够检测装填平台相对于任务载荷模块的位姿。抓具视觉检测模块能够检测抓具相对于任务载荷模块的位姿。

继续进一步来说，抓取装置也为多自由度执行机构，用于对任务载荷模块进行识别定位、抓取与下放。抓取装置通过一系列机构的复合运动实现姿态的调整，其中俯仰机构的一端与抓取装置连接，一端与起重设备连接，配合安装在抓取装置上的水平传感器可以实现抓取装置的俯仰运动，使抓取装置在吊装平移的过程中与地面保持平行；回转机构连接抓取装置与起重设备，实现抓取装置相对起重设备的回转；翻转机构连接抓取装置与回转机构，实现抓取装置的翻转。

抓取装置通过刚柔转换机构和抓取机构实现任务载荷模块的抓取、起吊与下放。其中，刚柔转换机构将伺服电机的转动转化为牵引钢缆的收放动作，在下放和收紧的过程中通过位置传感器控制行程；抓取机构通过驱动伺服电机，带动卡爪相对于任务载荷模块的吊装接口移动，实现卡爪与吊装接口之间的贴合与松脱。

手持遥控器与主控计算机之间直接通信，能够通过人机交互控制各子系统的动作，能够在特殊极端工况下实现手动装填。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种适用于导弹的自动装填运动控制系统，其特征在于，包括：

起重设备子系统：提供抓取装置子系统的安装接口，实现装填目标的全过程运动；

抓取装置子系统：通过起重设备子系统的装接对装填目标进行抓取、起吊和下放，并实现装填目标的位姿检测及姿态控制；

位姿检测子系统：为装填目标的位姿检测采集原始信息及数据。

2.根据权利要求1所述的适用于导弹的自动装填运动控制系统，其特征在于，还包括主控子系统，所述主控子系统分别与所述起重设备子系统、抓取装置子系统和位姿检测系统电连接。

3.根据权利要求2所述的适用于导弹的自动装填运动控制系统，其特征在于，所述起重设备子系统包括起重设备控制单元和起重设备，所述主控子系统与所述起重设备控制单元电连接，所述起重设备控制单元驱动控制所述起重设备。

4.根据权利要求1所述的适用于导弹的自动装填运动控制系统，其特征在于，所述抓取装置子系统包括俯仰机构、回转机构、翻转平台、刚柔转换机构、抓取机构和抓具控制单元，所述抓取控制单元分别与所述俯仰机构、回转机构、翻转平台、刚柔转换机构和抓取机构之间相互通信，能够分别控制其运转，实现抓具的姿态调整、抓取、起吊和下放。

5.根据权利要求4所述的适用于导弹的自动装填运动控制系统，其特征在于，所述翻转平台通过所述俯仰机构和回转机构安装在所述起重设备的抓具安装接口上。

6.根据权利要求4所述的适用于导弹的自动装填运动控制系统，其特征在于，所述主控子系统与所述抓具控制单元电连接。

7.根据权利要求2所述的适用于导弹的自动装填运动控制系统，其特征在于，所述位姿检测子系统包括装填平台水平传感器、装填平台视觉检测模块和抓具视觉检测模块，所述主控子系统分别与所述装填平台水平传感器、装填平台视觉检测模块和抓具视觉检测模块电连接。

8.根据权利要求7所述的适用于导弹的自动装填运动控制系统，其特征在于，所述装填平台视觉检测模块检测装填平台相对于任务载荷模块的位姿；

所述抓具视觉检测模块检测抓具相对于任务载荷模块的位姿；

所述任务载荷模块用于承装装填目标。

9.根据权利要求1所述的适用于导弹的自动装填运动控制系统，其特征在于，还包括装填平台，所述装填平台包括所述起重设备的安装接口和位姿检测子系统的安装接口。

10.一种适用于导弹的自动装填运动控制方法，其特征在于，采用权利要求1-9中任一项所述的适用于导弹的自动装填运动控制系统进行自动装填，包括如下步骤：

步骤S1：提供抓取装置子系统的安装接口，实现装填目标的全过程运动；

步骤S2：为装填目标的位姿检测采集原始信息及数据；

步骤S3：通过起重设备子系统的装接对装填目标进行抓取、起吊和下放，并实现装填目标的位姿检测及姿态控制。

Images