CN114277725A - 一种机场跑道目标异物处置设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种机场跑道目标异物处置设备，包括：可移动本体和抓取装置、FOD三维重建装置、光电跟踪装置、通信装置；所述通信装置与控制中心通信连接，用于将控制中心发送的拾取机场跑道目标异物的控制指令和目标异物信息发送给可移动本体和光电跟踪装置，所述目标异物信息包括目标异物的位置和属性特征信息；所述可移动本体用于基于接收到的目标异物信息和所述光电跟踪装置的跟踪结果移动到目标位置；所述FOD三维重建装置用于在可移动本体移动到目标位置后，获取目标异物的图像信息，并基于所述目标异物的图像信息控制所述抓取装置对目标异物进行抓取。本发明能够减少工作人员的工作量，且具有效率高、及时处理垃圾等优点。
Description
技术领域
本申请涉及机场跑道FOD(Foreign Object Debris，即可能损伤航空器的某种外来的物质、碎屑或物体)处置应用领域，具体涉及一种机场跑道目标异物处置设备。
背景技术
机场跑道是机场的重要设施，机场跑道上的目标异物会影响机场跑道的安全性，为了保障机场跑道安全运行，需要对机场跑道实时检测。
目前机场跑道采用人工巡检的方式对机场跑道进行巡检，其巡检方式是每天进行4次人工面部巡视，每3个月进行一次道面步行检查，如果遇到目标异物就清理，但是这种人工巡检方式存在的工作量大，效率低等缺点。
随着雷达，摄像和信号处理技术的发展，国内外相继出现了机场跑道目标异物的自动监测设备，但是处理目标异物仍然需要人工来完成，人工处理目标异物效率比较低，易遗漏、受环境影响等缺陷。
发明内容
针对上述技术问题，本申请采用的技术方案为：
本申请实施例提供一种机场跑道目标异物处置设备，包括：可移动本体和设置在可移动本体上抓取装置、FOD三维重建装置、光电跟踪装置光电跟踪装置、通信装置；所述通信装置与控制中心通信连接，用于将控制中心发送的拾取机场跑道目标异物的控制指令和目标异物信息发送给可移动本体和光电跟踪装置，所述目标异物信息包括目标异物的位置和属性特征信息；所述可移动本体用于基于接收到的目标异物信息和所述光电跟踪装置的跟踪结果移动到目标位置；所述FOD三维重建装置用于在可移动本体移动到目标位置后，获取可移动本体的当前所处的环境信息；所述抓取装置用于基于所述环境信息对目标异物进行抓取。
本申请提供一种机场跑道目标异物处置设备，由于使用了激光雷达和视觉摄像头进行目标检测，能够准确、快速地识别机场跑道的目标异物。此外，由于使用机械手，基于机械手控制系统向机械手发出控制指令，使得机械手拾取机场跑道目标异物，并将目标异物放到目标异物箱，从而代替人工处理目标异物，相对于人工处理目标异物的方式更加方便、高效。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
图1为本申请实施例提供的机场道面目标异物处置设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动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。
图1为本申请实施例提供的机场道面目标异物处置设备的结构示意图。
如图1所示，本申请实施例提供一种机场跑道目标异物处置设备，包括：可移动本体1和设置在可移动本体1上的FOD三维重建装置5、光电跟踪装置6、抓取装置和通信装置。
其中，在本申请实施例中，所述通信装置与远程控制中心通信连接，用于将控制中心发送的拾取机场跑道目标异物的控制指令和目标异物信息发送给可移动本体1和光电跟踪装置6，所述目标异物信息可包括目标异物的位置和属性特征信息。目标异物的位置和属性特性信息可通过现有的FOD获取系统获取。属性特征信息可包括大小、颜色等。具体地，通信装置用于负责目标异物处置设备与机场其它装备的通信以及目标异物处置无人装备内部各分系统/单机之间的通信。通信装置可采用TCP/IP通讯协议，由5G路由器、交换机及工控机和通讯软件组成。通信装置可与机械手控制装置可设置在电子柜7中，两者共用同一台工控机。工控机处理器配置可参考
CoreTMI9 9900K。
在本发明实施例中，可移动本体1主要以当前用于自动驾驶车辆的线控底盘为基础，搭载了自动驾驶系统，具备自动路径规划、自动避障等自动驾驶功能。可移动本体是整个目标异物处置设备的移动平台，为其它分系统/单机(光电跟踪装置、FOD三维重建装置等)提供移动、安装及供电等需求。如图1所示，可移动本体1包括线控底盘101和防护罩102。
在本申请实施例中，线控底盘101可为可编程底盘，可选用线控电动底盘，线控电动底盘的尺寸可根据实际需要设置，在一个示意性实施例中，尺寸大于2000mm*1500mm*500mm即可。底盘以ROS系统作为开发操作系统，提供运动控制接口，接口采用CAN通讯协议，运动控制接口与光电跟踪装置和FOD三维重建装置连接，以便光电跟踪装置和FOD三维重建装置介入控制可移动本体的运动。
防护罩102设置在线控底盘101上，防护罩102内设置有自动驾驶系统，可为在封闭场景里具备L5级别的自动驾驶系统(其巡航速度最高可达30km/h)。自动驾驶系统由激光雷达、视觉摄像头、毫米波雷达、超声波雷达和工控机及自动驾驶软件、组合导航系统等组成。激光雷达和视觉摄像头、毫米波雷达、超声波雷达用于感知线控底盘周围环境，提供环境信息，自动驾驶软件安装在工控机上，处理环境信息以实现高精度定位，并为自动驾驶系统的运动决策提供依据。
进一步地，在本发明实施例中，所述可移动本体1用于基于接收到的目标异物信息和所述光电跟踪装置5的跟踪结果移动到目标位置。目标位置为适合抓取装置抓取目标异物的位置。
具体地，可移动本体1基于接收到的目标异物信息和所述光电跟踪装置5的跟踪结果移动到目标位置可包括：
(1)可移动本体1根据接收到的目标异物的位置和自身所处的当前位置生成行驶路径，并按照生成的行驶路径行驶至第一位置，所述第一位置和目标异物的位置之间的距离小于设定阈值，设定阈值可基于光电跟踪装置的探测范围及设计余量确定。
(2)所述光电跟踪装置5在第一位置启动，并在检测到目标异物时，生成跟踪结果。
(3)可移动本体根据跟踪结果调整路径，光电跟踪装置根据调整后的路径控制可移动本体移动到目标位置。进一步地，在跟踪结果符合设定条件的情况下，可移动本体根据跟踪结果调整路径，所述设定条件为调整后的路径为直线路径即无需绕行看直线到达异物。
详细地，可移动本体1在接收到控制指令时，自动驾驶系统进入工作状态，将自身当前位置作为出发点，将目标异物位置作为终点，规划行驶路径，然后可移动本体自动驶往目标异物，同时根据其当前位置和内置高精度地图持续计算目标异物处置设备和目标异物之间行驶路径的情况，当接收到光电跟踪装置稳定跟踪目标异物时的跟踪结果时，确定行驶路径为直线路径，可移动本体自动切换到光电导引模式，即调整路径，此时光电跟踪装置控制可移动本体的运动。
在本发明实施例中，所述FOD三维重建装置6用于在可移动本体移动到目标位置后，获取目标异物的图像信息，并基于所述目标异物的图像信息控制所述抓取装置对目标异物进行抓取。所述抓取装置可包括六轴云台3、机械手4和机械手控制装置。进一步地，所述FOD三维重建装置用于基于所述目标异物的信息控制所述六轴云台运动至指定位置；所述机械手控制装置用于在所述六轴云台到达指定位置后，控制所述机械手按照设定动作抓取所述目标异物。
具体地，在本发明实施例中，六轴云平台3用于实现六个自由度，主要包括伺服电机(未图示)、IMU和运动机构及上平台301、控制器和下基座302。运动机构和伺服电机和上平台连接，运动机构与伺服电机和上平台的连接方式可采用现有机械连接方式，只要能够实现上平台在XYZ三个方向转动和平移即可，即实现六个自由度。其中，控制器接收外部运动指令，调整伺服电机动力传输路线，并输出脉冲驱动伺服电机转动，运动机构将伺服电机输出的转动转化为上平台的三个方向的移动和三分方向上的转动，IMU固定连接在上平台上，能感知上平台三个方向的移动和三分方向上的转动，从而将上平台的运动信息反馈回控制器，形成闭环控制回路。
机械手4设置在六轴云台3上具体可设置在六轴云台的左侧，随六轴云台3的运动而运动。由机械臂401和机械爪402组成，所述机械手设置在所述机械臂终端上，机械臂的工作距离可根据实际需要进行设置，在一个示意性实施中，机械臂401的可达距离即工作半径应大于或大于等于2m。机械爪的抓取直径可根据实际需要设置，在一个示意性实施例中，最小应能抓取直径为5mm的球状物体，最大可抓取直径为100mm的球状物体。
机械手控制装置用于在所述六轴云台3运动至指定位置后控制所述机械手4拾取异物。机械手控制装置主要由工控机和机械手控制软件组成，机械手控制软件预设置了机械手的抓取动作，进而限定了机械手的抓取空间。机械手4可为现有结构。
FOD三维重建装置6可设置在六轴云台6上，具体可设置在六轴云台的外侧，可包括激光雷达、视觉摄像头、IMU(Inertial measurement unit，惯性测量单元)和控制器，具备重建FOD三维真彩模型的能力，并且可以根据FOD的位置向六轴云台发送运动控制指令。在一个示意性实施例中，激光雷达可为720线固态激光雷达，视觉摄像头可为星光级视觉摄像头。具体地，在可移动平台到达目标位置后，所述激光雷达用于获取目标异物的点云数据，所述视觉摄像头用于获取目标异物的视觉图像信息，IMU用于实时感知FOD三维重建装置的位姿信息，所述控制器用于根据所述点云数据、视觉图像信息和位姿信息实现点云数据的拼接及点云和视觉图像的对准，获取目标异物的三维模型；以及基于获取的目标异物的三维模型控制所述六轴云台运动至指定位置。具体地，控制器根据目标异物的大小、相对于机械手的方位和距离和机械手控制装置预设置的抓取动作向六轴云台发出运动控制指令，微调六轴云台及固定连接在其上面的机械手的相对于异物的位姿，使得异物处在机械手预设置的抓取空间内。FOD三维重建装置可采用现有方法实现目标三维模型的获取。
进一步地，在本申请实施例中，所述光电跟踪装置5包括处理器(未图示)、三轴云台501以及设置在三轴云台501上的激光雷达502和视觉摄像头503。在本发明实施例中，三轴平台可为现有结构，只要能够实现XYZ三个方向的转动即可。
其中，所述光电跟踪装置在第一位置启动时，所述处理器控制所述三轴云台501运动以使得所述激光雷达502和所述视觉摄像头503在设定区域内检测目标异物，所述设定区域为以目标异物所在位置的坐标为圆心、设定阈值为半径形成的圆形区域；在检测到疑似异物时，所述处理器控制所述激光雷达502和所述视觉摄像头503跟踪所述疑似异物，并计算所述疑似异物的识别置信度，当所述识别置信度大于设定阈值时，确定所述疑似异物为目标异物并控制所述激光雷达和所述视觉摄像头持续跟踪所述目标异物，否则，则重新搜索、检测、跟踪、识别目标异物。光电跟踪装置中对目标异物的搜索、检测、跟踪、识别的方法可为现有技术。
此外，在可移动本体1调整路径后，处理器还用于控制可移动本体1按照调整后的路径的行驶至目标位置，在行驶过程中确保光电跟踪装置的偏航角为0并且光电跟踪装置与可移动本体的水平方向的夹角也为0。其中，在可移动本体1的行驶过程中，激光雷达在异物搜索过程中会不间断计算异物处置设备与目标异物之间的距离，当测得与目标异物之间的距离小于第一阈值时，控制可移动本体降低行驶速度，直到其与目标异物的距离为第二阈值时控制可移动本体停止运动此时到达目标位置，并指示FOD三维重建装置开始工作。在本申请实施例中，第一阈值可为大于机械手的工作半径的值，第二阈值可为小于机械手的工作半径的值。
进一步地，在本发明实施例中，还可包括异物箱2。所述抓取装置还用于将抓取的目标异物放置到所述异物箱2中。异物箱2可设置在可移动本体1的前方，具体可设置在线控底盘101的右前方。异物箱2的材质可选用铝合金，异物箱2的尺寸可根据实际情况进行设置，在一个示意性实施例中，外部尺寸可为500mm*500mm*500mm，内部尺寸可为490mm*490mm*490mm。
综上，本申请实施例提供的一种机场跑道目标异物处置设备，综合运用自动驾驶技术、目标识别技术、目标跟踪技术等实现目标异物的全自动处置，相较于当前人工处置方式，具有效率高、任务完成率高和受环境影响小等优点。虽然已经通过示例对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本申请的范围和精神。本申请开的范围由所附权利要求来限定。
Claims (8)
1.一种机场跑道目标异物处置设备，包括：可移动本体和设置在可移动本体上抓取装置、FOD三维重建装置、光电跟踪装置、通信装置；所述通信装置与控制中心通信连接，用于将控制中心发送的拾取机场跑道目标异物的控制指令和目标异物信息发送给可移动本体和光电跟踪装置，所述目标异物信息包括目标异物的位置和属性特征信息；
所述可移动本体用于基于接收到的目标异物信息和所述光电跟踪装置的跟踪结果移动到目标位置；
所述FOD三维重建装置用于在可移动本体移动到目标位置后，获取目标异物的图像信息，并基于所述目标异物的图像信息控制所述抓取装置对目标异物进行抓取。
2.根据权利要求1所述的目标异物处置设备，其特征在于，所述可移动本体用于基于接收到的目标异物信息和所述光电跟踪装置的跟踪结果移动到目标位置包括：
可移动本体根据接收到的目标异物的位置和自身所处的当前位置生成行驶路径，并按照生成的行驶路径行驶至第一位置，所述第一位置和目标异物的位置之间的距离小于设定阈值；
所述光电跟踪装置在第一位置启动，并在检测到目标异物时，生成跟踪结果；
可移动本体根据跟踪结果调整路径，光电跟踪装置根据调整后的路径控制可移动本体移动到目标位置。
3.根据权利要求2所述的目标异物处置设备，其特征在于，在跟踪结果符合设定条件的情况下，可移动本体根据跟踪结果调整路径，所述设定条件为调整后的路径为直线路径。
4.根据权利要求1所述的目标异物处置设备，其特征在于，所述抓取装置包括六轴云台、机械手和机械手控制装置；
其中，所述FOD三维重建装置用于基于所述目标异物的信息控制所述六轴云台运动至指定位置；
所述机械手控制装置用于在所述六轴云台到达指定位置后，控制所述机械手按照设定动作抓取所述目标异物。
5.根据权利要求2所述的目标异物处置设备，其特征在于，所述光电跟踪装置包括处理器、三轴云台以及设置在三轴云台上的激光雷达和视觉摄像头；
其中，所述光电跟踪装置在第一位置启动时，所述处理器控制所述三轴云台运动以使得所述激光雷达和所述视觉摄像头在设定区域内检测目标异物，所述设定区域为以目标异物所在位置的坐标为圆心、设定阈值为半径形成的圆形区域；
在检测到疑似异物时，所述处理器控制所述激光雷达和所述视觉摄像头跟踪所述疑似异物，并计算所述疑似异物的识别置信度，当所述识别置信度大于设定阈值时，确定所述疑似异物为目标异物并控制所述激光雷达和所述视觉摄像头持续跟踪所述目标异物。
6.根据权利要求4所述的目标异物处置设备，其特征在于，所述FOD三维重建装置包括激光雷达、视觉摄像头、IMU和控制器，所述激光雷达用于获取目标异物的点云数据，所述视觉摄像头用于获取目标异物的视觉图像信息，IMU用于实时感知FOD三维重建装置的位姿信息，所述控制器用于根据所述点云数据、视觉图像信息和位姿信息实现点云数据的拼接及点云和视觉图像的对准，获取目标异物的三维模型；以及基于获取的目标异物的三维模型和目标异物相对于抓取装置的位置控制所述六轴云台运动至指定位置。
7.根据权利要求4所述的目标异物处置设备，其特征在于，所述机械手的机械臂的工作半径大于2m。
8.根据权利要求1至7任一项所述的目标异物处置设备，其特征在于，还包括异物箱；
所述抓取装置还用于将抓取的目标异物放置到所述异物箱中。
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