CN114802797A - 一种用于登机桥自动对接飞机舱门的控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于登机桥自动对接飞机舱门的控制装置及方法，包含原登机桥的PLC控制按钮部分、控制器部分和传感器部分三大部分，将控制器部分与原登机桥的PLC控制按钮相连接，从而使得本申请的控制系统可以控制登机桥的人工操作面板，实现登机桥全自动对接飞机舱门，且计算过程简单，无需对不同登机桥不同机型做出各种预设值，通用性更强，增加了活动踏板调平和调平轮压合检测及打滑检测，更加细致了登机桥实际对接舱门的应用流程，且对调平轮结构进行了监测使得对接后登机桥的运行更加安全可靠。

Description

一种用于登机桥自动对接飞机舱门的控制装置及方法

技术领域：

本发明涉及登机桥对接飞机舱门领域，特别涉及一种用于登机桥自动对接飞机舱门的控制装置及方法。

背景技术：

登机桥作为连接机场与飞机之间的纽带，现在已经成为了世界各大机场的必备设施。随着科技的发展和经济水平的提高，智慧机场的概念也呼之欲出，登机桥作为机场的一大基础设施，在智能方面也开始需要发明一种可以自动对接飞机舱门的登机桥控制装置。

然而目前，登机桥对接和撤离飞机仍然还是需要专业的操作人员结合目视和手柄进行操作，这对操作员有着高度的技术要求。由于不同操作员的操作熟练度不同，不同的人有不同的操作风格，所以表现在对接效果上参差不齐，而且不同人对接的效率也不一样，这使得对接效果和对接时间难以把控。以及人工操作难以顾及视线盲区的情况，容易发生一些剐蹭事故，且反复性的操作容易损伤登机桥的零件，使得登机桥寿命减少增加维护成本。在人工培训和管理上也需要大量的培训成本和人工管理成本，需要运营单位对操作员付出大量的培训成本和人工劳动成本，以及在管理上在机场角度都需要付出许多管理成本。

那么，智能化的登机桥应当是无人操作的、可以全自动对接飞机舱门的。虽然近些年一些关于登机桥自动控制的方法开始展露，但是在计算复杂度、对接精度、硬件成本、安全可靠性等方面均有很大的进步空间，本申请意在提出一种低计算复杂度、高安全可靠的登机桥自动对接飞机舱门的控制方法及装置，具有高效率、高精度、计算简单等特点。

发明内容：

为解决上述问题，本发明提供了一种用于登机桥自动对接飞机舱门的控制装置及方法，本申请提出一种用于登机桥自动对接飞机舱门的控制装置及方法，包含原登机桥的PLC控制按钮部分、控制器部分和传感器部分三大部分，将控制器部分与原登机桥的PLC控制按钮相连接，从而使得本申请发明的控制系统可以控制登机桥的人工操作面板。

在本公开的一种示例中，原登机桥的PLC控制按钮主要包含：行走机构控制单元、桥头高度升级单元、桥头角度转动单元、遮蓬伸缩单元、调平轮投入单元、活动踏板调整单元、门保投入单元、计费单元。其中，行走机构控制单元用于控制两轮行走机构前进后退左转右转的方向和行走轮的转动速度；桥头高度升级单元用于控制升降机构调整登机桥桥头高度；遮蓬伸缩单元用于控制登机桥风雨遮蓬的伸出和收回，调平轮投入单元用于打出和收回调平轮执行机构，该调平轮机构是为了防止因登机桥已经对接完成飞机舱门后飞机发生上下移动而导致登机桥对接高度不准确；活动踏板调整单元用于控制接机口踏板的水平，使得登机桥对接不同高度的飞机舱门时都可以保证登机口处踏板的水平；门保投入单元是用于启动登机桥原系统中保护飞机舱门不会因为当调平轮失灵时损伤飞机舱门的传感器；计费单元是用于在完成登机桥对接飞机舱门后开启对飞机停靠计时收费的按钮。

在本公开的一种示例中，控制器部分主要包括：计算处理单元、PLC按钮控制单元、存储单元、显示交互单元、远程控制单元和报警单元。其中，计算处理单元是用于接收传感器的数据并综合计算控制策略；PLC按钮控制单元是用于将计算处理单元给出的控制策略转化并输出到原登机桥PLC系统的控制按钮上；存储单元是将控制器系统运行过程中的数据进行保存形成工作日志，以用于调试和维护；显示交互单元是用于现场控制控制器系统和显示控制器系统执行的结果；远程控制单元是用于登机桥控制无人化之后，工作人员可以远程给登机桥自动控制系统下达任务和监测控制系统的运行结果；报警单元用于当控制器发现运行异常时发出报警。

在本公开的一种示例中，传感器部分主要包括：行走机构轮位角度反馈器、桥头转动角度反馈器、桥头前方测距传感器、接机口光电触机开关、视觉摄像头、十字激光发射单元、活动踏板水平角度反馈器、遮蓬触机光电开关、遮蓬缩限位开关、调平轮压合反馈器、光流传感器、门保护器开关开关。其中，行走机构轮位角度反馈器是用于实时反馈登机桥行走机构轮子的转动角度；桥头转动角度反馈器是用于实时反馈登机桥桥头转动机构的转动角度；桥头前方测距传感器是用于测量登机桥接机口与飞机机身之间的距离；接机口光电触机开关是用于检测登机桥是否到达与飞机的最小距离；视觉摄像头是用于拍摄飞机舱门，通过计算单元识别检测舱门；十字激光发射单元是用于辅助视觉计算单元测量摄像头检测到舱门位置与十字激光图案的像素差；活动踏板水平角度反馈器是用于测量活动踏板的倾斜角度；遮蓬触机光电开关是用于检测遮蓬是否即将贴合飞机；遮蓬缩限位开关是用于检测遮蓬是否达到收缩极限；调平轮压合反馈器是用于检测调平轮是否正真的压合在飞机机身上；光流传感器是用于检测调平轮是否发生打滑；门保护器开关开关是为了防止飞机或接机口移动而损伤舱门。需要说明的是，行走机构轮位角度反馈器、桥头转动角度反馈器、门保护器开关开关、遮蓬缩限位开关是登机桥既有的传感器，本装置则是采集了这些传感器的数据用于计算和控制。

在本公开的一种示例中，本申请提出一种用于登机桥自动对接飞机舱门的控制方法及装置有着视觉舱门检测功能、登机桥桥头自动对平飞机功能、登机桥行走机构自动控制对接功能、升级机构自动高度对平功能、接机口到位停止检测功能、登机桥活动踏板自动调平功能、登机桥调平轮压合检测及打滑检测功能。

在本公开的一种示例中，登机桥初始的状态需要登机桥的桥头对向飞机且视觉摄像头可以完整的拍摄到飞机舱门。

S1、控制器根据安装在登机桥桥头两侧的测距传感器的测量值来控制登机桥桥头的左右转向，使得桥头两侧到飞机的距离相同，这也就使得登机桥的接机口与飞机机身平行。并通过控制器控制登机桥的行走机构轮位角度与桥头角度转动至相同的角度。

S2、设置接机口下方两个触机光电开关和遮蓬上方两个触机光电开关的触发距离为3cm，光电开关为非接触式反射传感器可以保证光电开关触发时接机口不会接触到飞机。

S3、在登机桥接机口右下侧安装十字激光束发射器，安装位置需要确保发射出的竖向激光与接机口右侧间距为40cm-50cm，横向激光与接机口下沿间距为20cm左右。这个数据也是登机桥对接舱门后舱门的右边界和下边界到接机口右侧和下侧的距离，调整这个两个边界参数即可控制对接后舱门的对接位置。

S4、计算处理单元根据视觉摄像头拍摄的舱门画面，对舱门位置进行识别检测，计算出舱门右边界和下边界的拟合直线交汇点A。舱门检测可以使用基于深度学习的目标检测方法得到，或者通过其他图像处理的方式得到舱门的拟合边界等。

S5、计算处理单元根据视觉摄像头拍摄画面，画面中十字激光束的交点B进行定位，并计算出舱门右边界和下边界的拟合直线交汇点A与十字激光束的交点B的水平和垂直像素差值X和Y。

S6、控制器根据像素差值Y来控制登机桥的桥头高度，使得该像素值Y为0，由于登机口是与飞机机身平行的，且十字激光束正冲飞机射出，所以此时桥头高度已经达到符合该舱门对接要求的高度。

S7、控制器根据像素误差X和以下控制算法来控制行走机构轮位的偏转角度和对行走机构轮位的控制输出量。

P₁X₀+D₁(X₀-X₁)＝ΔM (1)

P₂ΔM₀+D₂(ΔM₀-ΔM₁)＝O (2)

上式(1)、(2)中，P₁、P₂、D₁、D₂为控制参数，该参数需要在登机桥运行的实际运动中调参，X0为当前的水平像素差值，X₁为上一次的水平像素差值，△M为根据像素差值推算出的轮位偏转角度，△M₀为当前推算轮位偏转角，△M₁为上周期推算轮位偏转角，O为对行走机构轮位的输出控制量。

式(1)是利用图像中舱门的左右偏差像素的大小来推算预估需要轮位偏转多大的角度△M，除了推算轮位偏转角度外，因为轮位左右角度的控制是速度大小差异的，所以还可以根据轮位偏转角度大小来计算出一个适合的轮位控制输出量使得行走机构可以快速准确的打出轮位偏转角△M,从而使得整个对接调整过程变得相当迅速且准确度很高也就是上述中的式(2)。式(1)与式(2)较为相似，都是采用了PD控制思想。

S8、在进行S6的同时控制器还需要给行走机构轮位增加前进的速度，该前进速度根据以下原则进行计算控制，则可以使得登机桥在对接前进过程中速度逐渐缓慢，直至对截至飞机舱门上。行走机构轮位前进速度控制输出量S可以根据以下公式(3)进行确定。

上式中，S是行走机构轮位前进速度控制输出量，dl和dr分别是左侧和右侧接机测距传感器测量值，k是控制参数，N是输出基础量，M是输出最大量。由于登机桥的行走机构系统在给定输入量小于N时行走机构不会运动，所以需要设置输出基础量，在对接过程中也需要设置最大输出量M防止登机桥运动过快。根据式(3)可以看出随着登机桥接机口与飞机越来越近，登机桥的运动速度也逐渐变慢。这符合登机桥运行流程中的速度要求。

S9、在登机桥前进过程中，需要实时根据接机口两侧的距离测量值调整桥头角度，使得接机口始终与飞机机身保持平行，这样S6和S7的控制才可以保证登机桥对接舱门的准确度。

S10、在对接过程中重复S5、S7、S8、S9过程，使得登机桥以渐减速的形式对接飞机舱门，直至登机口两个触机光电开关有一个反馈到位信息则立即停止登机桥的运动，此时登机桥接机口与飞机机身距离最短为所预设值3cm，且接机口与飞机机身平行，接机口已经到达了对接飞机舱门的位置。

S11、接机口到位之后再次重复S4、S5，判断点A与点B之间的误差是否在运行的阈值以内，如果超出阈值则说明对接不满足标准，发出报警并且自动触发重新对接。

S12、重新对接时控制器控制登机桥行走机构轮位角度与桥头角度相同后再进行行走机构后撤，以保证接机口是可以沿垂直机身方向后撤的，直至后撤至距离飞机机身1米处停止。重复S5至S11步骤，直至对接符合标准阈值，接机口到位后继续执行后续操作。

S13、接机口到位后需要控制器控制遮蓬伸出，直至收到遮蓬触机光电开关的反馈停止遮蓬运动。此时登机口已经完全扣在了飞机舱门上且与飞机机身距离保持3cm的安全距离。

S14、控制器控制打出调平轮，3秒后检测调平轮压合传感器是否反馈压合信号，如未压合则发出警告信息。

S15、控制器根据活动踏板上的倾角传感器的反馈值，自动调整活动踏板的倾斜角度，使得活动踏板的水平角度为零。

S16、控制器启动登机桥的门保护器开关和计费开关，完成登机桥对接飞机舱门的过程。

S17、在完成登机桥舱门对接后，为了防止因调平轮打滑而导致接机口无法随舱门上下运动的问题，控制器会根据安装在调平轮一旁的光流传感器来对飞机机身移动的程度进行检测，超出设定移动阈值则控制器认为调平轮发生了打滑，控制器发出预警信息。

本发明的有益效果在于：可以实现登机桥全自动对接飞机舱门，且计算过程简单，无需对不同登机桥不同机型做出各种预设值，通用性更强；

增加了活动踏板调平和调平轮压合检测及打滑检测，更加细致了登机桥实际对接舱门的应用流程，且对调平轮结构进行了监测使得对接后登机桥的运行更加安全可靠。

附图说明：

图1为本发明中登机桥的整体结构示意图；

图2为本发明中登机桥接机口俯视图(包含装置安装位置)；

图3为本发明中登机桥接机口正视图(包含装置安装位置)；

图4为本发明中对接过程中摄像头画面(舱门位置未对准)；

图5为本发明中对接过程中摄像头画面(舱门位置已对准)；

图6为本发明中自动对接装置系统结构图。

图中：

具体实施方式：

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本申请将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施方式的充分理解。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

如图1所示，是一种典型的登机桥模型结构，登机桥立柱1固定在大地上,上接立柱旋转平台2，行走机构5与升降机构4相连接撑起登机桥乘客通道3，行走机构5为两轮并排的差速行动轮子可以灵活的向各个方向行走，桥头旋转平台6位于乘客通道3的尽头，遮蓬7和接机口8可以连同在旋转平台6上左右转动以对接不同方向的飞机舱门9，且在行走机构5处带有轮位角度检测反馈装置，在接机口8的下方带有测量桥头高度的测距传感器28。

本申请所提出的控制装置结构示意图如图6所示，控制器部分通过采集传感器部分的数据进行计算分析，在通过控制登机桥PLC控制系统的输入接口(人工操作面板)控制登机桥的对接任务。

控制器部分主要包括用于图像处理和计算控制逻辑的计算控制单元、用于人工交互的显示界面、存储运行日志的存储介质、报警单元和可以实现远程控制监测的远程监控单元，计算控制单元使用带有强算力的嵌入式控制器，交互界面使用带有触摸反馈功能的显示屏幕，存储采用非易失性存储介质，远程监测可以采用4G网络发送和接收运行日志和控制指令，在控制器或者登机桥对接过程中出现异常时可以发出报警信息。

原登机桥的PLC控制系统给操作人员提供了十二个个控制按键和两个模拟信号输入，其中两个模拟信号是用于控制行走机构前后和左右转动的速度模拟量，对于这些开关量控制信号和模拟量控制信号本申请的控制装置也可以模拟出相同的控制信号传递给登机桥PLC系统，实现了控制装置对登机桥的控制权。

传感器部分分为本装置新增部分和原登机桥已有部分，对原登机桥上已经的传感器做到了充分的利用，又增加了些许传感器实现登机桥的全自动对接以及安全性。

传感器的安装分布主要集中在登机桥桥头(6、7、8)部分，本申请的控制装置安装分布如图2、图3所示。本申请的控制器装置部分安装于人工操作台10处，此处紧邻登机桥的PLC控制系统，本申请的控制器装置与其PLC系统电气连接实现对登机桥的控制。

在接机口的两侧安装测距传感器(11、21)，可以使用超声波传感器等测量稳定的距离传感器，如果传感器有测距盲区可以将测距传感器向后内收一部分距离规避掉盲区，且需要校准传感器的基础距离使得从接机口8开始距离为零值。

在遮蓬7的上方两侧外沿安装遮蓬光电开关(12、20)，安装前需要设置好光电开关的触发距离，本装置设置为3cm(遮蓬最大伸出位置与飞机机身29的距离)。

在接机口8下方安装两个触机光电开关(14、17)，同样设置触发距离为3cm，即最终接机口8停止距离与飞机机身29距离3cm。

在乘客通道门25的上方安装视觉摄像头，用于采集舱门位置信息，并通过本申请的控制器计算舱门位置。

在乘客通道门25的侧下方安装十字激光发射器22，发射器的安装位置根据登机桥对接飞机标准，飞机舱门9右侧边界与接机口8右侧内边距为40cm-50cm，舱门9下侧边界与接机口8下边沿上侧间距20cm，所以十字激光束22安置在距离接机口下沿20cm距离接机口右侧45cm处较为合适。

在调平轮19的外缘增加压合传感器，比如压敏开关，用于检测调平轮是否压合在飞机机身上，同时在调平轮的一侧安置光流传感器，用于调平轮压合机身后感知调平轮是否与机身发生打滑。

在接机口8的活动踏板13的外沿安置倾角传感器15，用于检测活动踏板的倾斜角度。门保护器是登机桥配套的传感器，对其进行改造并固定在接机口8的一侧，其位置刚好在打开舱门后的舱门下方16，用于防止在对接完成后因调平轮失灵导致接机口上升而刮伤舱门的情况。当舱门压住门保护器16时，登机桥的PLC系统会自动降低桥头高度直至门保护器16松开。

所有新增传感器及登机桥部分自身传感器与本申请装置的计算控制平台进行电气连接，计算控制器可以采集所有传感器的信息。

在部署完本装置的传感器部分和计算平台位置后，对自动对接装置按照以下运行逻辑来执行，使得自动对接装置控制登机桥实现全流程自动对接飞机舱门。

步骤一：

登机桥的初始位置需要接机口8对向飞机舱门且视觉摄像头24可以拍摄到完整舱门画面，以保证本装置可以根据舱门的位置控制登机桥的自动对接。如果当初始位置不能到达上述条件时，由于实际运营的登机桥机位是固定的，飞机停泊线也是固定的，所以可以实现记录一个满足以上条件的位置记录下此时的登机桥自身结构的角度数据，在本装置执行自动对接时，可以先根据预设值驱动登机桥到达满足上述条件的位置。该种根据预设登机桥自身结构角度数据的驱动方法已经有许多公开发表，本申请不在赘述。

步骤二：

设置遮蓬光电开关(12、20)和接机口两侧触机光电开关(14、17)的触发阈值，根据测试经验设置触发阈值为3cm，本装置使用的光电开关是非接触式的，可以确保遮蓬和接机口在距离飞机3cm处停止而不触及飞机舱体。根据舱门对接标准安装十字激光束发射器22，并在对接过程中全程开启。

步骤三：

当登机桥满足步骤一的条件之后，本装置根据接机口8两侧的两个测距传感器(11、21)的测量值的差来控制登机桥桥头6的旋转，使得接机口8平行于飞机机身29。对于该步骤需要设置两个的误差阈值，一个桥头角度开始调整阈值，根据经验设置为10cm，一个桥头角度调整结束阈值，设置为5cm。当左右两侧测距传感器测量值误差超过10cm时需要对桥头角度进行调整，当左侧距离大于右侧距离时控制桥头右转，当左侧距离小于右侧距离时控制桥头左转，且在控制桥头转动过程中不断检测两侧测距传感器的测量值，当测量差值小于所设阈值5cm时停止桥头转动。在后续的登机桥对接过程中也需要时实时重复该步骤，确保接机口8是平行于飞机机身29的。

步骤四：

在计算控制器上，使用深度学习、数字图像处理等方法对本申请装置视觉摄像头24所采集的舱门画面进行训练和测试，使得计算控制器可以准确识别舱门的右下角点和十字激光束的交点。其识别画面如图4所示。图中29位飞机机身，舱门9和舱门舷窗30的下边缘33与右边缘32的拟合延长线交汇于点A35，十字激光束22发出的十字激光束交汇于点B37。由于十字激光束发射器22是根据舱门对接后相对于接机口8的位置安装的，所以点A与点B之间的像素竖直误差36是登机桥的高度误差，像素水平误差34是接机口水平方向的误差，当点A点B的误差为0时，舱门9与接机口8的位置才标准匹配。所以像素水平误差35和像素竖直误差36表示了当前接机口8的误差程度。另外规定，当A点位于B点左上方时像素水平误差35和像素竖直误差36为正值，当A点位于B点右下方时像素水平误差35和像素竖直误差36为负值。

步骤五：

在确保步骤三和步骤四的条件下，本装置开始控制登机桥对接舱门，根据步骤三种得出的像素竖直误差36来调整登机桥的高度。当像素竖直误差36为正值时，控制器控制登机桥高度下降，当像素竖直误差36为负值时，控制器控制登机桥上升，直至像素竖直误差36控制在正负一个像素内。完成本步骤后，接机口的高度将与舱门的高度相匹配，在后续过程中高度维持不变。

步骤六：

调整行走机构轮位角度与桥头角度相同，此步骤是为了保证在开始对接初始状态时，行走机构轮位角度也是冲向飞机的，在后续的对接过程中保证了轮位转动的稳定性和准确性。

步骤七：

在前述步骤完成之后，可以开始进行对行走机构轮位5的控制。首先需要给行走机构5给出一个前进的动作和前进速度，使得登机桥可以以渐减速的形式缓慢靠接飞机。该前进速度根据以下原则进行计算控制，则可以使得登机桥在对接前进过程中速度逐渐缓慢，直至对截至飞机舱门9上。行走机构轮位5前进速度控制输出量S以根据以下公式(3)进行确定。

上式中，S是行走机构轮位5前进速度控制输出量，d_l和d_r分别是左侧和右侧接机测距传感器测量值，k是控制参数，N是输出基础量，M是输出最大量。由于登机桥的行走机构系统在给定输入量小于N时行走机构不会运动，所以需要设置输出基础量，在对接过程中也需要设置最大输出量M防止登机桥运动过快而产生风险。根据式(3)可以看出随着登机桥接机口8与飞机29越来越近，登机桥的运动速度也逐渐变慢，且有最高速度的限制。这符合登机桥运行流程中的速度要求。

步骤八：

在对接过程中，更为重要的是对行走机构轮位5左右方向上的控制，根据登机桥的特性需要给登机桥输入一个左右方向上的模拟电压值(反应速度情况)，该值的大小和方向决定了行走机构轮位5的转向速度及转向方向。根据步骤四得到的像素水平误差35可以反应出舱门在水平方向与接机口的偏差，通过此误差35可以利用PID控制的思想来对登机桥的行走机构轮位5进行控制，其控制律如下式(1)、(2)。

P₁X₀+D₁(X₀-X₁)＝ΔM (1)

P₂ΔM₀+D₂(ΔM₀-ΔM₁)＝O (2)

上式(1)、(2)中，P₁、P₂、D₁、D₂为控制参数，该参数需要在登机桥运行的实际运动中调参，X₀为当前的水平像素差值45，X₁为上周期的水平像素差值，△M为根据像素差值推算出的轮位偏转角度，△M0为当前推算轮位偏转角，△M₁为上周期推算轮位偏转角，O为对行走机构轮位的输出控制量(模拟电压值)。

式(1)是利用图像中舱门的左右偏差像素的大小来推算预估需要轮位偏转多大的角度△M，除了推算轮位偏转角度外，因为轮位左右角度的控制是速度大小差异的，所以还可以根据轮位偏转角度大小来计算出一个适合的轮位控制输出量使得行走机构可以快速准确的打出轮位偏转角△M,从而使得整个对接调整过程变得相当迅速且准确度很高也就是上述中的式(2)。式(1)与式(2)较为相似，都是采用了PD控制思想。对式(1)、(2)中参数整定的方法如下：

先对式(2)中的P₂、D₂进行整定，此式是对轮位响应速度的控制律，对行走机构轮位单独进行测试，输入多组不同的△M并调节P₂、D₂使得得到的O可以控制轮位迅速且超调较小的值达到输入的△M。多次测量整定得到P₂、D₂。再对式(1)中的进行整定，此式是对由水平像素误差45推算轮位偏转角△M的准确度的测算，可以在模拟对接过程中，根据采集到的X₀、X₁来调节P₁、D₁的值，使得最终的对接效果达到标准则完成了对P₁、D₁的整定。

步骤九：

在本装置控制登机桥进行对接时，需要实时重复步骤三，以确保登机桥的接机口8是平行于飞机机身29的。重复进行步骤四至步骤八，本装置会控制登机桥缓慢靠接飞机舱门9，直至接机口左右两侧测距传感器(11、21)测量值小于3cm或者触发接机口下方两侧触机光电开关(14、17)被触发时，控制器停止登机桥行走机构运动，接机口8已经到位。

步骤十：

在接机口8到位后，代表了登机桥对接已经到达合适的位置，但对接位置未必理想，为了严谨本装置还需要进行步骤四，判断点A与点B的误差是否在可接受的范围内，如果点A点B的误差在允许范围内，则可以进行后续步骤，其画面效果如图5所示画面中十字激光束贴合了舱门的边缘，说明接机口8对接舱门位置非常准确；否则登机桥的对接不符合标准，需要重新对接。重新对接则控制器将控制登机桥行走机构轮角度与桥头角度相同，然后径直后退至接机口两侧测距传感器测量值大于1m，停止登机桥的运动，开始重复步骤三至步骤九，直至登机桥对接情况符合标准则继续后续步骤。如果在重新对接反复三次后仍无法标准对接，则撤回后停止并发出警告。

步骤十一：

当接机口8标准对接飞机舱门9之后，开始执行对接的后续工作。控制器控制遮蓬7伸出，直至收到遮蓬光电开关(12、22)的触发信号后，停止遮蓬动作，此时遮蓬7距离飞机机身29约3cm，遮蓬7和接机口8都完全的扣在了飞机舱门9上。

步骤十二：

进行步骤十一的同时，控制器控制登机桥调平轮19伸出，3秒后检测是否收到调平轮压合传感器信号，如果未压合则发出报警。等待调平轮压合机身29后，调平轮一侧的光流传感器18开始投入工作，在接机过程中全程监测光流变化，如果光流变化超过所设阈值则发出报警信息，调平轮可能发生了打滑。

步骤十三：

进行步骤十二的同时，控制器根据活动踏板上的倾角传感器15调整活动踏板13的内外翻活动，直至调整至倾角传感器15水平角度为零。最后控制器启动门保护器16投入使用并按下计费开关，完成登机桥的舱门对接过程。

以上步骤为本申请所发明的登机桥自动对接飞机舱门装置组成和控制方法的实施过程。

本申请主要应用在登机桥的自动对接舱门的情景下，需要在登机桥上加装本装置。在传感器采集数据准确和对舱门的定位准确的情况下，依照本申请的控制方法可以很精确的控制登机桥对接飞机舱门的过程，还可以完成接机口对接飞机后的后续工作并增加了安全保护机制和报警装置，本装置带有的远程监测控制单元可以使得工作人员远程下达登机桥自动对接的指令和实时查看本装置的运行日志，可以帮助相关人员了解和溯源登机桥的运行过程，经过实际测试本申请在实际登机桥的使用中是有效的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，本领域普通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，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种用于登机桥自动对接飞机舱门的控制装置，其特征在于：包括有原登机桥PLC控制器、控制器和传感器，所述控制器包括有计算处理单元、PLC按钮控制单元、存储单元、显示交互单元、远程控制单元和报警单元，所述传感器包括有行走机构轮位角度反馈器、桥头转动角度反馈器、桥头前方测距传感器、接机口光电触机开关、视觉摄像头、十字激光发射单元、活动踏板水平角度反馈器、遮蓬触机光电开关、遮蓬缩限位开关、调平轮压合反馈器、光流传感器和门保护器开关。

2.根据权利要求1所述的一种用于登机桥自动对接飞机舱门的控制装置，其特征在于：所述原登机桥PLC控制器包括有行走机构控制单元、桥头高度升级单元、桥头角度转动单元、遮蓬伸缩单元、调平轮投入单元、活动踏板调整单元、门保投入单元和计费单元。

3.根据权利要求2所述的一种用于登机桥自动对接飞机舱门的控制装置，其特征在于：所述行走机构控制单元用于控制两轮行走机构前进后退左转右转的方向和行走轮的转动速度，所述桥头高度升级单元用于控制升降机构调整登机桥桥头高度，所述遮蓬伸缩单元用于控制登机桥风雨遮蓬的伸出和收回，所述调平轮投入单元用于打出和收回调平轮执行机构，所述活动踏板调整单元用于控制接机口踏板的水平，所述门保投入单元是用于启动登机桥原系统中保护飞机舱门，所述计费单元是用于在完成登机桥对接飞机舱门后开启对飞机停靠计时收费。

4.根据权利要求1所述的一种用于登机桥自动对接飞机舱门的控制装置，其特征在于：所述计算处理单元是用于接收传感器的数据并综合计算控制策略，所述PLC按钮控制单元是用于将计算处理单元给出的控制策略转化并输出到原登机桥PLC系统的控制按钮上，所述存储单元是将控制器系统运行过程中的数据进行保存形成工作日志，所述显示交互单元是用于现场控制控制器系统和显示控制器系统执行的结果，所述远程控制单元是用于登机桥控制无人化，所述报警单元用于当控制器发现运行异常时发出报警。

5.根据权利要求1所述的一种用于登机桥自动对接飞机舱门的控制装置，其特征在于：所述行走机构轮位角度反馈器是用于实时反馈登机桥行走机构轮子的转动角度，所述桥头转动角度反馈器是用于实时反馈登机桥桥头转动机构的转动角度，所述桥头前方测距传感器是用于测量登机桥接机口与飞机机身之间的距离，所述接机口光电触机开关是用于检测登机桥是否到达与飞机的最小距离，所述视觉摄像头是用于拍摄飞机舱门，通过计算单元识别检测舱门，所述十字激光发射单元是用于辅助视觉计算单元测量摄像头检测到舱门位置与十字激光图案的像素差，所述活动踏板水平角度反馈器是用于测量活动踏板的倾斜角度，所述遮蓬触机光电开关是用于检测遮蓬是否即将贴合飞机，所述遮蓬缩限位开关是用于检测遮蓬是否达到收缩极限，所述调平轮压合反馈器是用于检测调平轮是否正真的压合在飞机机身上，所述光流传感器是用于检测调平轮是否发生打滑，所述门保护器开关是为了防止飞机或接机口移动而损伤舱门。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种用于登机桥自动对接飞机舱门的控制装置的控制方法，其特征在于，包括有以下步骤：

S1、控制器根据安装在登机桥桥头两侧的测距传感器的测量值，来控制登机桥桥头的左右转向，使得桥头两侧到飞机的距离相同，从而使得登机桥的接机口与飞机机身平行，并通过控制器控制登机桥的行走机构轮位角度与桥头角度转动至相同的角度；

S2、设置接机口下方两个触机光电单元和遮蓬上方两个触机光电单元的触发距离为3cm，所述触机光电单元为非接触式反射传感器可以保证光电开关触发时接机口不会接触到飞机；

S3、在登机桥接机口右下侧安装十字激光束发射器，安装位置需要确保发射出的竖向激光与接机口右侧间距为40cm-50cm，横向激光与接机口下沿间距为20cm左右，这个数据也是登机桥对接舱门后舱门的右边界和下边界到接机口右侧和下侧的距离，调整这个两个边界参数即可控制对接后舱门的对接位置；

S4、计算处理单元根据视觉摄像头拍摄的舱门画面，对舱门位置进行识别检测，计算出舱门右边界和下边界的拟合直线交汇点A,舱门检测可以使用基于深度学习的目标检测方法得到，或者通过其他图像处理的方式得到舱门的拟合边界等；

S5、计算处理单元根据视觉摄像头拍摄画面，画面中十字激光束的交点B进行定位，并计算出舱门右边界和下边界的拟合直线交汇点A与十字激光束的交点B的水平和垂直像素差值X和Y；

S6、控制器根据像素差值Y来控制登机桥的桥头高度，使得该像素值Y为0，由于登机口是与飞机机身平行的，且十字激光束正冲飞机射出，所以此时桥头高度已经达到符合该舱门对接要求的高度；

S7、控制器根据像素误差X和控制算法公式P₁X₀+D₁(X₀-X₁)＝ΔM，P₂ΔM₀+D₂(ΔM₀-ΔM₁)＝O

来控制行走机构轮位的偏转角度和对行走机构轮位的控制输出量，P₁、P₂、D₁、D₂为控制参数，该参数需要在登机桥运行的实际运动中调参，X₀为当前的水平像素差值，X₁为上一次的水平像素差值，△M为根据像素差值推算出的轮位偏转角度，△M₀为当前推算轮位偏转角，△M₁为上周期推算轮位偏转角，O为对行走机构轮位的输出控制量；

S8、在进行S6的同时控制器还需要给行走机构轮位增加前进的速度，该前进速度根据公式

进行计算控制，则可以使得登机桥在对接前进过程中速度逐渐缓慢，直至对截至飞机舱门上，S是行走机构轮位前进速度控制输出量，d_l和d_r分别是左侧和右侧接机测距传感器测量值，k是控制参数，N是输出基础量，M是输出最大量。由于登机桥的行走机构系统在给定输入量小于N时行走机构不会运动，所以需要设置输出基础量，在对接过程中也需要设置最大输出量M防止登机桥运动过快；

S9、在登机桥前进过程中，需要实时根据接机口两侧的距离测量值调整桥头角度，使得接机口始终与飞机机身保持平行，这样S6和S7的控制才可以保证登机桥对接舱门的准确度。

S10、在对接过程中重复S5、S7、S8、S9过程，使得登机桥以渐减速的形式对接飞机舱门，直至登机口两个触机光电单元有一个反馈到位信息则立即停止登机桥的运动，此时登机桥接机口与飞机机身距离最短为所预设值3cm，且接机口与飞机机身平行，接机口已经到达了对接飞机舱门的位置；

S11、接机口到位之后再次重复S4、S5，判断点A与点B之间的误差是否在运行的阈值以内，如果超出阈值则说明对接不满足标准，发出报警并且自动触发重新对接；

S12、重新对接时控制器控制登机桥行走机构轮位角度与桥头角度相同后再进行行走机构后撤，以保证接机口是可以沿垂直机身方向后撤的，直至后撤至距离飞机机身1米处停止，重复S5至S11步骤，直至对接符合标准阈值，接机口到位后继续执行后续操作；

S13、接机口到位后需要控制器控制遮蓬伸出，直至收到遮蓬触机光电开关的反馈停止遮蓬运动；此时登机口已经完全扣在了飞机舱门上且与飞机机身距离保持3cm的安全距离。

S14、控制器控制打出调平轮，3秒后检测调平轮压合传感器是否反馈压合信号，如未压合则发出警告信息。

S15、控制器根据活动踏板上的倾角传感器的反馈值，自动调整活动踏板的倾斜角度，使得活动踏板的水平角度为零。

S16、控制器启动登机桥的门保护器开关和计费开关，完成登机桥对接飞机舱门的过程。

S17、在完成登机桥舱门对接后，为了防止因调平轮打滑而导致接机口无法随舱门上下运动的问题，控制器会根据安装在调平轮一旁的光流传感器来对飞机机身移动的程度进行检测，超出设定移动阈值则控制器认为调平轮发生了打滑，控制器发出预警信息。

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