CN114253290B - 一种飞机部件运输车自动循迹和精确定位的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种飞机部件运输车自动循迹和精确定位的方法及系统。系统包括运输车、飞机部件安装托架、托架定位系统和运输车循迹路径装置，其中，运输车循迹路径装置设置有两条运输车轨迹指示标志，来规划运输车运行轨迹，同时运输车设置有前置轨迹识别相机和后置轨迹识别相机，通过前置轨迹识别相机和后置轨迹识别相机进行轨迹识别，得到轨迹特征，再计算轨迹偏转角度，根据轨迹偏转角度矫正运输车的运行轨迹。本发明保证了整个运输过程的运行效率、定位精度以及运行的平稳性，同时实现了飞机部件运输车的自动循迹和精确定位功能。

Description

一种飞机部件运输车自动循迹和精确定位的方法及系统
技术领域
本发明涉及自动控制领域，特别涉及一种飞机部件运输车自动循迹和精确定位的方法及系统。
背景技术
飞机自动化、数字化装配生产线中，飞机部件的转运主要依靠智能运输车进行，因此，飞机装配过程中往往对飞机部件的定位精确度具有极高的要求，而飞机部件运输车的定位精度就决定了飞机部件的定位精度，对飞机装配的质量具有重要作用。同时，由于飞机部件的结构的特殊性，要求飞机部件在运输过程中保持良好的平稳性。
发明内容
本发明为了实现飞机部件运输车的精确定位和运行平稳，提供一种飞机部件运输车自动循迹和精确定位的方法及系统。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种飞机部件运输车自动循迹和精确定位系统，包括运输车、飞机部件安装托架、托架定位系统和运输车循迹路径装置，运输车用于运输飞机部件；飞机部件安装托架用于安装和固定飞机部件；托架定位系统用于放置飞机部件安装托架；运输车循迹路径装置用于规划运输车运行轨迹和运行状态。
作为本发明的优选方案，一种飞机部件运输车自动循迹和精确定位系统，运输车在车头和车尾均设置有飞机部件安装托架顶升装置，用于托举和放置所述飞机部件安装托架；运输车1底部设置有前置轨迹识别相机和后置轨迹识别相机12，用于实时跟踪运输车1的轨迹特征。
作为本发明的优选方案，一种飞机部件运输车自动循迹和精确定位系统，其特征在于，运输车循迹路径装置4平行设置有两条运输车轨迹指示标志41，用于规划运输车1运行轨迹
作为本发明的优选方案，一种飞机部件运输车自动循迹和精确定位系统，其特征在于，运输车循迹路径装置4两端以中心对称方式，依次设置有减速开始标志42、低速运行标志43以及停止标志44，用于规划运输车1运行状态。
作为本发明的优选方案，一种飞机部件运输车自动循迹和精确定位系统，其特征在于，前置轨迹识别相机13和后置轨迹识别相机12依次识别所述减速开始标志42、低速运行标志43和停止标志44；
一种飞机部件运输车自动循迹和精确定位的方法，包括以下步骤：
S1，通过前置轨迹识别相机13和后置轨迹识别相机12实时识别运输车1 的运行轨迹，得到轨迹识别信息；
S2，基于轨迹识别信息，计算得到轨迹特征；
S3，基于轨迹特征，计算运输车1的轨迹偏转角度；
S4，根据轨迹偏转角度，矫正运输车1的运行轨迹。
作为本发明的优选方案，一种飞机部件运输车自动循迹和精确定位的方法步骤S1，采用图像识别算法计算轨迹识别信息，包括运输车循迹路径装置4上左侧循迹标志面积S1和右侧循迹标志面积S2。
作为本发明的优选方案，一种飞机部件运输车自动循迹和精确定位的方法步骤S2，轨迹特征包括左侧循迹标志轴线与相机视觉轴线的距离a，右侧循迹标志轴线与相机视觉轴线的距离b，采用以下公式计算轨迹特征：
其中，D为相机识别区域直径，h为左侧循迹标志与右侧循迹标志的宽度。
作为本发明的优选方案，一种飞机部件运输车自动循迹和精确定位的方法步骤S3，根据三角函数原理，计算运输车1的偏转角度α，对运输车1进行轨迹纠偏。
作为本发明的优选方案，一种飞机部件运输车自动循迹和精确定位的方法，运行状态分为高速运行、减速运行和低速运行，所述减速运行采用余弦速度方式。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明运输车的运行轨迹规划为高速运行，减速运行和低速运行，运行过程通过前置轨迹识别相机和后置轨迹识别相机对运输车轨迹实时监控，得到轨迹特征，再根据轨迹偏转角度矫正运输车的运行轨迹。本发明利用余弦速度方式来进行减速，有效保证了飞机部件在运输过程中的平稳性，同时利用图像识别算法实现了飞机部件运输车的精确定位及自动循迹。
附图说明：
图1为飞机部件运输车自动循迹和定位系统图。
图2为运输车的飞机部件安装托架设置图。
图3为运输车的前置轨迹识别相机和后置轨迹识别相机设置图。
图4为运输车循迹路径装置结构图。
图5为运输车运动过程速度示意图。
图6为工业相机轨迹识别原理图。
图7为运输车轨迹纠偏原理图。
图8为飞机部件运输车自动循迹和定位方法流程图。
附图标记：1-运输车；2-飞机部件安装托架；3-托架定位系统；4-运输车循迹路径装置；11-飞机部件安装托架顶升装置；12-后置轨迹识别相机；13-前置轨迹识别相机；41-运输车轨迹指示标志；42-减速开始标志；43-低速运行标志；44-停止标志；101-左侧循迹标志轴线；102-相机视觉轴线；103-右侧循迹标志轴线。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
如图1所示，一种飞机部件运输车自动循迹和精确定位系统，包括运输车1、飞机部件安装托架2、托架定位系统3和运输车循迹路径装置4：
运输车1用于运输飞机部件；飞机部件安装托架2用于安装和固定飞机部件，并保证飞机部件在运输过程中不发生变形；托架定位系统3用于放置飞机部件安装托架，实现飞机部件的精确定位；运输车循迹路径装置4用于规划运输车运行轨迹和运行状态。
其中，如图2所示，运输车1在车头和车尾均设置有飞机部件安装托架顶升装置11；如图3所示，运输车1底部设置有前置轨迹识别相机13和后置轨迹识别相机12，用于实时跟踪运输车1的轨迹特征；如图4所示，运输车循迹路径装置4平行设置有两条运输车轨迹指示标志41，用于规划运输车1运行轨迹；运输车循迹路径装置4两端以中心对称方式，依次设置有减速开始标志42、低速运行标志43以及停止标志44，用于规划运输车1运行状态，其中，运行状态包括高速运行、减速运行、低速运行。
具体的，飞机部件安装托架顶升装置11将飞机部件安装托架托举起来进行运输，到达托架定位系统3时，飞机部件安装托架顶升装置11下降，将飞机部件安装托架2放置于托架定位系统3中，最后运输车1原路返回。在整个运输过程中，运输车1通过前置轨迹识别相机13和后置轨迹识别相机14对两条运输车轨迹指示标志41进行轨迹识别，实时跟踪运输车1的轨迹特征，保证运输车1始终按照规定的运行轨迹进行运输。
一种飞机部件运输车自动循迹和精确定位方法，所述方法包括下述步骤：
S1，通过运输车的前置轨迹识别相机和后置轨迹识别相机，实时识别所述运输车的运行轨迹，得到轨迹识别信息，即运输车循迹路径装置上左侧循迹标志面积S1和右侧循迹标志面积S2，保证运输车按照规定运行轨迹进行运输；
具体的，采用图像识别算法得到轨迹识别信息，包括前置轨迹识别相机识别出的运输车循迹路径装置上左侧循迹标志面积S1前和右侧循迹标志面积S2前，后置轨迹识别相机识别出的运输车循迹路径装置4上左侧循迹标志面积S1后和右侧循迹标志面积S2后。
S2，基于所述轨迹识别信息，计算得到轨迹特征；
具体的，本实施例的前置轨迹识别相机和后置轨迹识别相机使用同种型号的相机，如图6所示，已知前置轨迹识别相机和后置轨迹识别相机的识别区域直径均为D，左侧循迹标志轴线与右侧循迹标志轴线之间的距离为d，左侧循迹标志与右侧循迹标志的宽度均为h。设左侧循迹标志轴线与相机视觉轴线的距离为a，右侧循迹标志轴线与相机视觉轴线的距离为b。因此可以得到以下方程组：
a+b＝d (3)
因此，根据公式(1)、(2)、(3)可以分别计算出轨迹特征，如图7所示，轨迹特征即为左侧循迹标志轴线与相机视觉轴线的距离a，包括前置轨迹识别相机识别出的左侧循迹标志轴线与相机视觉轴线的距离a1，后置轨迹识别相机识别出的左侧循迹标志轴线与相机视觉轴线的距离为a2；右侧循迹标志轴线与相机视觉轴线的距离b，包括前置轨迹识别相机识别出的右侧循迹标志轴线与相机视觉轴线的距离b1，后置轨迹识别相机识别出的右侧循迹标志轴线与相机视觉轴线的距离为b2。
S3，基于所述轨迹特征，计算所述运输车的轨迹偏转角度；
如图6所示，前置轨迹识别相机和后置轨迹识别相机中心之间的距离为L。设当前运输车偏转角度为α，则根据三角函数原理可以得到以下等式：
根据公式(4)和(5)，可以计算出当前运输车偏转角度α为：
S4，根据所述轨迹偏转角度，矫正运输车的运行轨迹，以保证运输车准确沿着轨迹运动，实现运输车的自动循迹。
进一步的，如图5所示，首先运输车以初速度v0高速运行，当前置轨迹识别相机识别到减速开始标志时，运输车开始进行减速运行；根据识别到的减速开始标志，前置轨迹识别相机再识别到低速运行标志时，运输车持续以速度vend进行低速运行；根据识别到的低速运行标志，前置轨迹识别相机再识别到停止标志时，运输车刹车停止；其次，运输车将飞机部件安装托架顶升装置下降，将飞机部件安装托架放置于托架定位系统中；最后，运输车依次以高速运行、减速运行、低速运行运行状态原路返回，具体的，运输车以初速度v0高速运行，当后置轨迹识别相机识别到减速开始标志时，运输车开始进行减速运行；根据识别到的减速开始标志，后置轨迹识别相机再识别到低速运行标志时，运输车持续以速度vend进行低速运行；根据识别到的低速运行标志，后置轨迹识别相机再识别到停止标志时，运输车刹车停止。
因此，运输车在整个自动运输过程分为高速运行过程、减速运行过程、低速运行过程三个过程。其中，减速运行过程是指从高速运行到低速运行的速度变化过程，高速运行过程速度可以采用0.8m/s，低速运行过程速度可以采用 0.2m/s。
在高速运行过程中，运输车以较大初速度v0开始运动，当运输车下的前置轨迹识别相机识别到减速开始标志时，运输车开始进行减速运动，再持续以速度vend进行低速运行，低速运行的目的是为了准确识别出停止标志，并且确保运输车能够精确定位，即运输车正确停止在停止标志的位置。
根据运输车的定位精度要求，设定运输车最终要求识别停止标志时的最大运行速度为vend，减速开始标志与低速运行标志之间的距离为L1，其中，最大运行速度取决于前置轨迹识别相机和后置轨迹识别相机的设备性能。
进一步的，为了保证高速运行向减速运行过渡的平稳性，同时实现在整个减速运行过程中运输车运行平稳，基于现有技术本发明只增加了减速过程的控制，即减速运行过程采用余弦速度方式，减速过程运输车的运行速度可表示为：
v＝vk+k*cos(w*t) (7)
其中，vk为常数，k为常系数，t为减速过程运行时间，w为常系数。
根据上述已知条件，可以得到以下方程：
求解上述方程组(8)，可以得到：
vk＝vend (9)
k＝v0-vend (10)
由此可知，减速过程中，运输车的运行状态为：初速度为v0，减速完成时速度为vend，减速运行距离为L1，减速运行时间为tend；
减速过程运输车的运行速度可表示为：
综上所述，本发明通过运输车、飞机部件安装托架、托架定位系统和运输车循迹路径装置，实现运输车高速运行过程、减速运行过程、低速运行过程三个过程，其中减速运行过程采用余弦速度方式，保证运输车在减速过程以及刹车停止时的平稳性，同时确保了运输车能够精确识别停止标志，实现精确定位；整个运行过程中利用前置轨迹识别相机和后置轨迹识别相机进行轨迹识别，采用图像识别算法得到轨迹特征，基于计算出的轨迹偏转角度，矫正运输车的运行轨迹，实现了飞机部件运输车的自动循迹功能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种飞机部件运输车自动循迹和精确定位系统，其特征在于，包括运输车(1)、飞机部件安装托架(2)、托架定位系统(3)和运输车循迹路径装置(4)，所述运输车(1)用于运输飞机部件；所述飞机部件安装托架(2)用于安装和固定飞机部件；所述托架定位系统(3)用于放置所述飞机部件安装托架(2)；所述运输车循迹路径装置(4)用于规划所述运输车(1)运行轨迹和运行状态；所述运输车循迹路径装置(4)的循迹方法包括采用图像识别算法计算所述轨迹识别信息，包括所述运输车循迹路径装置(4)上左侧循迹标志面积S1和右侧循迹标志面积S2；
基于所述轨迹识别信息，计算得到轨迹特征，所述轨迹特征包括左侧循迹标志轴线与相机视觉轴线的距离a，右侧循迹标志轴线与相机视觉轴线的距离b，采用以下公式计算所述轨迹特征：
其中，D为相机视觉区域直径，h为左侧循迹标志与右侧循迹标志的宽度。
2.根据权利要求1所述的一种飞机部件运输车自动循迹和精确定位系统，其特征在于，所述运输车(1)在车头和车尾均设置有飞机部件安装托架顶升装置(11)，用于托举和放置所述飞机部件安装托架(2)；所述运输车(1)底部设置有前置轨迹识别相机(13)和后置轨迹识别相机(12)，用于实时跟踪所述运输车(1)的轨迹特征。
3.根据权利要求1所述的一种飞机部件运输车自动循迹和精确定位系统，其特征在于，所述运输车循迹路径装置(4)平行设置有两条运输车轨迹指示标志(41)，用于规划运输车(1)运行轨迹。
4.根据权利要求2所述的一种飞机部件运输车自动循迹和精确定位系统，其特征在于，所述运输车循迹路径装置(4)的首尾端，以中心对称方式依次设置有减速开始标志(42)、低速运行标志(43)以及停止标志(44)，用于规划运输车(1)运行状态。
5.根据权利要求4所述的一种飞机部件运输车自动循迹和精确定位系统，其特征在于，所述前置轨迹识别相机(13)和后置轨迹识别相机(12)依次识别所述减速开始标志(42)、低速运行标志(43)和停止标志(44)。
6.一种飞机部件运输车自动循迹和精确定位的方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1至5中任一项所述的飞机部件运输车自动循迹和精确定位系统，包括以下步骤：
S1，通过所述前置轨迹识别相机(13)和所述后置轨迹识别相机(12)实时识别所述运输车(1)的运行轨迹，得到轨迹识别信息；采用图像识别算法计算所述轨迹识别信息，包括所述运输车循迹路径装置(4)上左侧循迹标志面积S1和右侧循迹标志面积S2；
S2，基于所述轨迹识别信息，计算得到轨迹特征；所述轨迹特征包括左侧循迹标志轴线与相机视觉轴线的距离a，右侧循迹标志轴线与相机视觉轴线的距离b，采用以下公式计算所述轨迹特征：
其中，D为相机视觉区域直径，h为左侧循迹标志与右侧循迹标志的宽度；
S3，基于所述轨迹特征，计算所述运输车(1)的轨迹偏转角度；
S4，根据所述轨迹偏转角度，矫正运输车(1)的运行轨迹。
7.根据权利要求6所述的一种飞机部件运输车自动循迹和精确定位的方法，其特征在于，步骤S3，根据三角函数原理，计算所述运输车(1)的偏转角度α，对所述运输车(1)进行轨迹纠偏。
8.根据权利要求6所述的一种飞机部件运输车自动循迹和精确定位的方法，其特征在于，所述运输车(1)运行状态分为高速运行、减速运行和低速运行，所述减速运行采用余弦速度方式。
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