機場道面異物遠程控制智能清理車的制作方法
【專利摘要】機場道面異物遠程控制智能清理車，涉及無線通訊技術領域，解決現有機場道面采用人工清理方式，存在效率低、清理時間長?安全性差且易造成二次污染等問題，主控制器分別WIFI收發(fā)器、GPS接收器、視頻監(jiān)控模塊、清理模塊、車體底層控制板、電機驅動板和供電模塊連接；主控制器控制電機驅動板驅動電機實現智能清理車的行進，主控制器控制車體底層控制板實現視頻監(jiān)控模塊和清理模塊對機場道面的監(jiān)控和清理，主控制器通過WIFI收發(fā)器與監(jiān)控服務器進行無線數據傳輸；通過GPS接收器接收監(jiān)控服務器的指令；本實用新型具備視頻監(jiān)控、移動、實時定位、清除異物等功能。保障了清理的精度。很好的做到了效率與精度的平衡。
【專利說明】
機場道面異物遠程控制智能清理車
技術領域
[0001]本實用新型涉及無線通訊技術領域，具體涉及一種機場道面異物遠程控制智能清理車?！颈尘凹夹g】
[0002]機場保障領域涉及的道面不潔扎破輪胎、打壞飛機發(fā)動機等問題，一直是影響飛行安全的隱患。飛機在跑道上滑行、起飛或降落時，如果道面不潔有異物，都有可能被飛機發(fā)動機強大的吸力吸入高速運轉的飛機發(fā)動機進氣道，導致發(fā)動機葉片損傷?；蛘唢w機輪胎碾壓到異物時，則會發(fā)生爆胎現象，爆胎的碎片很可能對機體部分造成損傷。這些事故， 輕則影響飛行安全，嚴重時會發(fā)生重大安全事故。所以機場到面異物清理課題一直是國際前沿需要解決的問題，但是參與其中的研究比較少，因為就對于這個課題之內更深的意義在于它的實用性，由于跑道不是空閑在原地的隨著飛機的起降頻率的提高對清理異物的要求就更高，而其實用性包括跑道的安全問題，時間與效率的平衡問題，對跑道是否造成二次污染的問題，現在都沒有一個很好的方案能做到對以上問題的平衡，然而我們奧普光電技術股份有限公司的機場道面異物監(jiān)控系統，給了我們新的方向，機場道面異物監(jiān)控系統把清理跑道從人工轉為半人工，即人為一字排幾列隊伍手拉手從跑道頭走到跑道尾人眼見即所得的傳統跑道清理任務轉變成機器掃描完并確定異物后指派人去特定地點來清除。但機場道面異物監(jiān)控系統并不是閉環(huán)的，從整體來看，還是需要人為的去上跑道清理，并且在飛機起飛與降落的前后清理任務往往是危險的，而且造成二次污染的幾率比較高，時間與效率在飛機起飛頻繁的場景里并不是很完善。
[0003]目前基于無線網絡遠程控制的研究多數集中在算法理論與優(yōu)化仿真方面，而實物驗證方面則多數是采用固定機器手或室內移動機器人來進行模擬，主要針對實驗室條件下的網絡進行性能測試與分析。但由于實驗室條件下信號強度高、干擾信號少、傳輸距離短、 傳輸速率高等特點，該種方法并不能很好的反映出真實環(huán)境中各種復雜因素對于機器人無線網絡遠程控制的影響。而目前較少有專門針對無線網絡遠程控制設計的，并且能夠進行室內外測試、理論驗證的通用性機器人平臺。
[0004]現有的無線控制主要是采用無線電控制技術。這通常需要操作人員在視距范圍內對機器人及現場環(huán)境進行觀察，但隨著現場環(huán)境的復雜化，該方法受現場環(huán)境因素影響大， 并且在特殊情況下(比如氣體泄漏現場等惡劣環(huán)境中)并不適用。
[0005]如何提高機場道面異物的清理效率與安全保障;如何在監(jiān)控室遠程的去控制清理車行駛到指定的清理區(qū)域并實施清理任務，這就涉及到如何遠程的實時顯示區(qū)域的圖像便于尋找到異物；以及如何定位到異物區(qū)域并隨時監(jiān)控到清理車所在區(qū)域，并在控制失靈時電量不足時能自動退出跑道報告定位信息，這就需要GPS通信功能;如何保證清理車不會對跑道造成二次污染，這就需要有高效并嚴謹的清理功能，并具備清理車自身的清潔功能;最后在保持一定區(qū)域巡航的電量也是需要解決的問題以便讓清理車有足夠的續(xù)航能力。以上都是需要去解決的實際問題?！緦嵱眯滦蛢热荨?br>[0006]本實用新型為解決現有機場道面采用人工清理方式，存在效率低、清理時間長-安全性差且易造成二次污染等問題，提供一種機場道面異物遠程控制智能清理車。
[0007]機場道面異物遠程控制智能清理車，包括主控制器、WIFI收發(fā)器、GPS接收器、視頻監(jiān)控模塊、清理模塊、車體底層控制板、電機驅動板和供電模塊;所述主控制器分別WIFI收發(fā)器、GPS接收器、視頻監(jiān)控模塊、清理模塊、車體底層控制板、電機驅動板和供電模塊連接； 所述主控制器控制電機驅動板驅動電機實現智能清理車的行進，主控制器控制車體底層控制板實現視頻監(jiān)控模塊和清理模塊對機場道面的監(jiān)控和清理，所述主控制器通過WIFI收發(fā)器與監(jiān)控服務器進行無線數據傳輸;通過GPS接收器接收監(jiān)控服務器的指令;所述GPS接收器用于接收衛(wèi)星定位信息，并將接收的衛(wèi)星定位信息通過主控制器傳送至監(jiān)控服務器，所述監(jiān)控服務器實現清理車的區(qū)域定位;所述視頻監(jiān)控模塊用于實施觀測跑道異物，并輔助控制清理車的行駛方向與位置，通過WIFI收發(fā)器與監(jiān)控服務器進行無線視頻傳輸。
[0008]本實用新型的有益效果:本實用新型所述的遠程控制智能清理車主要在于遠程監(jiān)控服務器(上位機控制端)與無線遠程控制清理車的通信，以及視頻信息的實時播放。具體優(yōu)點體現在以下幾方面:[00〇9]1、對無線遠程控制清理車運動結構的控制，包括對行走結構，清理模塊結構，傳感器方向控制結構等，智能車庫包括集成WIFI接收器，清理智能清理車輪胎，給智能清理車進行無線充電的功能。
[0010]通過無線WIFI網絡與現有的有線網絡的結合，將無線網絡作為有線網絡的擴展， 實現對區(qū)域的無線網絡覆蓋，被控對象通過無線的方式接入局域網，實現遠程控制，并且以清理車自身產生WIFI信號，分布在跑道邊的各個接收點作為接收端來擴大控制范圍。
[0011]2、可更換清理模塊的控制系統，模塊化的更換方式，模塊獨立供電系統，控制系統只控制模塊的開關與功率，模塊可自行充電與清理車的供電系統是兩路同時充電的關系， 而充電的機構就在智能車庫里，當清理車回到智能車庫里接觸到充電點時開始同時充電。 模塊化可有效的增加清理車的功能，清理模塊，滅火模塊，環(huán)境監(jiān)測模塊等等。
[0012]3、可以定位在跑道的任意地點的機場跑道精確定位系統，系統通過對機場跑道的整體分塊話，把機場跑道分成橫縱坐標來標定的若干方塊，而每一塊都有其精準的GPS信息，通過抓取清理車的實時GPS信息，便可定位清理車在跑道的任意地點，定位的意義，現實檢測是監(jiān)測值班人員在樓上的監(jiān)控室執(zhí)行各種命令，如出現清理車意外事故我們可以通過定位系統第一時間找到并清除事故，也可配合執(zhí)勤人員清楚的知道跑道上到底有沒有清理車，以便于飛機起降。
[0013]4、智能的清理車庫與可延展的無線網絡環(huán)境，獨創(chuàng)的微型智能車庫功能，操作人員控制清理車進入微型智能車庫，車庫可執(zhí)行清理功能，充電功能，有效的保護智能清理車糟外部環(huán)境的侵蝕，并且集成WIFI接收器，微型車庫本身就是連接控制室與智能清理車的紐帶與橋梁，是必不可少的一個環(huán)節(jié)，智能車庫坐落于跑道的一測邊緣，通過合理的距離放置一套的智能清理車與智能車庫，機場道面異物清理任務可以得到很好的效率時間與延展性的平衡。
[0014]5、時間與效率的平衡，時間，與效率，其實是機場到面跑道清理的重中之重，民航的飛機起飛頻率非?？?，軍航的飛機起飛效率并不是那么快，但是到了警備時刻頻率也會相應的增加，所以整個清理任務的時間是非常寶貴的，首先我們通過已經成熟現有的我們單位的機場道面異物檢測系統來監(jiān)測異物，之后監(jiān)測人員直接可以操作清理車在機場到面異物監(jiān)測系統報告的指定地點去執(zhí)行清理任務，整個的清理時間從監(jiān)測異物到清理異物 2500米的跑道可達到10分到15分鐘，大大降低了清理時間，加上機場道面異物檢測系統的掃描精度是5*5毫米的異物，所以又保障了系統清理的精度。本清理系統很好的做到了效率與精度的平衡。【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型所述的機場道面異物遠程控制智能清理車的原理示意圖；
[0016]圖2為本實用新型所述的機場道面異物遠程控制智能清理車的結構關系示意圖；
[0017]圖3為本實用新型所述的機場道面異物遠程控制智能清理車的硬件連接關系示意圖；
[0018]圖4為本實用新型所述的機場道面異物遠程控制智能清理車與智能車庫系統結構關系不意圖；
[0019]圖5為機場道面異物遠程控制智能清理車機場跑道定位道效果圖?！揪唧w實施方式】
[0020]【具體實施方式】一、結合圖1至圖5說明本實施方式，機場道面異物遠程控制智能清理車，包括主控制器1、WIFI收發(fā)器2、GPS接收器3、視頻監(jiān)控模塊4、清理模塊5、車體底層控制板7、電機驅動板6和供電模塊8;所述主控制器1分別WIFI收發(fā)器2、GPS接收器3、視頻監(jiān)控模塊4、清理模塊5、車體底層控制板7、電機驅動板6和供電模塊8連接;所述供電模塊8為上述各模塊供電。[0021 ] 所述主控制器1控制電機驅動板6驅動電機實現智能清理車的行進，主控制器1控制車體底層控制板7實現視頻監(jiān)控模塊4和清理模塊5對機場道面的監(jiān)控和清理，所述主控制器1通過WIFI收發(fā)器2與遠程監(jiān)控服務器10進行數據傳輸;所述GPS接收器3用于接收衛(wèi)星定位信息，并將接收的衛(wèi)星定位信息通過主控制器1傳送至監(jiān)控服務器，所述遠程監(jiān)控服務器10實現清理車的區(qū)域定位;所述視頻監(jiān)控模塊4用于實施觀測跑道異物，并輔助控制清理車的行駛方向與位置，通過WIFI收發(fā)器2與遠程監(jiān)控服務器進行無線視頻傳輸；[〇〇22]本實施方式中所述的主控制器1S卩Arduino控制板控制清理模塊5的開啟與關閉以及功率大小，以用于小電流控制大電流設備，通過Arduino控制板控制連接底層控制板引腳的PWM來控制舵機的轉動，進而控制機械臂以及視頻監(jiān)控模塊轉動，通過控制連接電機驅動板引腳的PWM來控制電機從而控制清理車的電機驅動清理車進行精密行走，通過Arduino 控制板來接收GPS數據，然后通過連接的WIFI收發(fā)器2進行無線數據傳輸;所有控制命令由監(jiān)控室控制軟件下達通過智能車庫WIFI收發(fā)器2傳出由清理車WIFI收發(fā)器2接收并傳給 Arduino控制板來執(zhí)行;所述車體底層控制板用于將Arduino控制板提供的各種接口擴展出來，方便與外設的連接。[〇〇23]本實施方式所述的清理模塊5包括吸塵器5-2與機械臂抓手5-1;主控制器1根據接收的遠程監(jiān)控服務器10的指令，控制吸塵器和機械臂抓手對機場跑道進行清理。所述清理模塊5因異物情況不同啟動相應的清理方式，吸塵方式或是機械臂抓取方式來清理異物，獨立供電，鋰電池可充電，清理模塊5可通過插拔USB方式進行更換其他模塊；[〇〇24]本實施方式所述的WIFI收發(fā)器2用于整個無線連接的連接源，即清理車便是無線連接源，通過每一段的智能車庫的無線接收裝置來連接清理車的無線連接源，做到更大的擴展無線區(qū)域，讓清理車可遠程控制的區(qū)域變得更大;各個功能的執(zhí)行命令，以及視頻數據都是通過這個無線連接源進行傳遞的；所述GPS接收器用于接收衛(wèi)星定位信息，通過主控板傳遞給監(jiān)控服務器并進行區(qū)域定位；
[0025]本實施方式所述的視頻監(jiān)控模塊4為攝像頭，主要用于實施觀測跑道異物，以及輔助控制清理車的行駛方向與位置，通過WIFI模塊進行無線視頻傳輸，視頻流可通過監(jiān)控室的遠程監(jiān)控軟件進行實時觀測，也可進行視頻截流進行保存作為值班日志的一部分。
[0026]本實施方式所述的電機驅動板6用于通過PWM控制電路以及H型橋式電路構成來控制清理車的直流電機進行正反轉，加減速，啟停功能來控制清理車的精確行走；
[0027]所述USB模塊擴展模塊主要包括USB-HUB、攝像頭、GPS模塊以及串口轉USB模塊。智能清理車主控器通過一個USB-HUB實現USB接口的擴展。攝像頭與智能清理車主控器之間直接通過原生USB接口進行連接，從而實現視頻的采集任務。Arduino主控制器對GPS信息的采集和與車體底層控制板間的通信通過USB-HUB來連接。并且支持擴展更多的USB模塊，由于GPS模塊的輸出接口為RS232串口，因此GPS接收模塊與USB-HUB之間還需增加串口轉USB 豐旲塊；
[0028]結合圖3說明本實施方式，所述的供電模塊8為上述各模塊供電，電源及穩(wěn)壓部分采用兩塊8V5A的鋰電池并分為邏輯部分與模擬部分進行供電。邏輯部分供電鋰電池電容量為3500mAh，模擬部分供電鋰電池電容量為6800mAh。邏輯部分電源電壓為8V可以滿足車體底層控制板7?12V的供電范圍，并且能夠通過穩(wěn)壓模塊降壓至5V來滿足GPS模塊等低電壓模塊的供電。因為8V最為接近電機額定電壓所以模擬部分電源電壓為8V，并通過搭載同步整流的開關電源控制芯片的穩(wěn)壓模塊使其電源轉換率最高可達95%。電源部分采用雙鋰電池為邏輯部分與數字部分分開供電設計的原因是防止直流電機電流突然增大時對其他模塊供電造成影響，并且防止直流電機線圈突然停止時產生的反向電動勢燒毀其他模塊； [〇〇29]智能清理車主控器部分、底層控制及10模塊擴展部分、USB模塊擴展部分、電源及穩(wěn)壓部分、鋰電池充電接觸點部分。USB擴展接口可以實現模塊的更換種類添加功能的作用，可進行鋰電池通過接觸點的無線充電功能，主控制器通過Arduino控制板進行統籌的控制。
[0030]結合圖4說明本實施方式，本實施方式所述的智能車庫9還包括輪胎清理模塊9-2、 控制模塊9-3和充電模塊9-4;所述控制模塊9-3分別與WIFI模塊9-1，輪胎清理模塊9-2和充電模塊9-4連接;所述控制模塊9-3和WIFI模塊9-1通過光纖連接遠程監(jiān)控服務器10。智能車庫內還設置有走線槽9-5和水道槽9-6，所述輪胎清理模塊9-2包括傳動機構和噴水裝置，用于對智能清理車的輪胎進行清理后通過傳動機構傳送至水道槽9-6。[〇〇31]本實施方式智能車庫主要完成的任務是集成無線接收器，通過無線接收器來連接清理車與上位機監(jiān)控器之間的視頻，命令等的傳輸，并由一定的防塵防水防潮防凍防震功能滿足智能清理車的環(huán)境保障功能，并且可以具有清理智能清理車的功能，讓清理車不成為機場跑道二次污染的污染源，具有智能充電系統，讓清理車可以在車庫里充電充滿斷電。清理等日常維護保養(yǎng)，集成無線WIFI收發(fā)器接收清理車的無線信號，通過埋地光纖線連接到監(jiān)控中心值班服務主機，對整個無線系統的收發(fā)連接點的作用;通過觸電式充電方式實現接觸式充電;通過清理模塊實現清理車胎功能，并確保充電口與清理機構完全隔離，所有功能由監(jiān)控服務器下達智能車庫控制模塊接收并執(zhí)行，由于其位置位于跑道兩側外的特定位置所以不會對飛機造成破壞風險；[〇〇32]本實施方式所述的智能清理車主要應用于機場道面異物清理工作，并且經過功能模塊的更改可以實現其他如火勢探測與撲滅，偵查預警等危險工作來最大程度的保護人員的安全。
[0033]結合圖5說明本實施方式，機場跑道被n個橫向X軸、n個縱向Y軸，以及聯絡道不在跑道范圍內的n個橫向Z軸分成若干塊，每一塊都有自己對應的GPS坐標，例如X1Y1對應的 GPS坐標取中間點北煒N43° 5(/ 17.64〃東經E125° 18' 21.27〃以此坐標方圓差規(guī)定的度數被認為存在于X1Y1方塊內，所以此處中點的GPS坐標便為此處跑道方塊的坐標，通過算法比對清理車實時接收的GPS信號坐標與跑道方塊坐標來確定清理車在哪個跑道方塊里，從而精準定位清理車的位置。圖中經過實時的GPS信號通過對比算法確認清理車在X2Y14方塊內。 [〇〇34]本實施方式所述的機場道面異物遠程控制清理車的工作原理為:
[0035]當監(jiān)控值班人員執(zhí)行機場道面異物監(jiān)控系統開始掃描的同時，無線遠程控制智能清理車在其所在的智能車庫中也在進行最后一次的車輪的異物監(jiān)測如果車輪上出現異物及時清理并做好出發(fā)準備。當機場道面異物監(jiān)測系統監(jiān)測到了異物發(fā)出警報時，值班人員可以直接申請遠程微型智能清理車上跑道，同意后監(jiān)控室值班人員通過遠程操控直接啟動清理車到達清理區(qū)域，因為有GPS道面精確定位系統所以能精確的控制清理車到達指定區(qū)域，然后通過遠程視頻的傳輸觀察并尋找異物并根據異物大小啟動相應的清理方式去清理異物，啟動吸塵清理模塊吸取較小異物，或啟動機械臂模塊抓取較大異物，通過遠程視頻確認異物清理完畢后返航回到指定的智能車庫，充電，清理輪胎并檢測是否存留異物為下次任務做準備，整個過程只需要值班人員在監(jiān)控室進行操作即可。通過合理的安排微型車庫的位置和遠程微型智能清理車數量我們可以把清理時間減少到5-10分鐘左右，這樣的清理不僅減少了清理時間，人員危險因素，還完美的配合了機場道面異物監(jiān)測系統，與其形成閉環(huán)控制達到及時查找及時清理的目的。更加有效的完成機場道面監(jiān)測和清理的任務。
【主權項】
1.機場道面異物遠程控制智能清理車，包括主控制器(1)、WIFI收發(fā)器(2)、GPS接收器 (3)、視頻監(jiān)控模塊(4)、清理模塊(5)、電機驅動板(6)、車體底層控制板(7)和供電模塊(8); 所述主控制器分別WIFI收發(fā)器(2)、GPS接收器(3)、視頻監(jiān)控模塊(4)、清理模塊(5)、車體底 層控制板(7)、電機驅動板(6)和供電模塊(8)連接；所述主控制器(1)控制電機驅動板(6)驅動電機實現智能清理車的行進，主控制器(1) 控制車體底層控制板(7)實現視頻監(jiān)控模塊(4)和清理模塊(5)對機場道面的監(jiān)控和清理， 所述主控制器(1)通過WIFI收發(fā)器(2)與遠程監(jiān)控服務器(10)進行數據傳輸；所述GPS接收器(3)用于接收衛(wèi)星定位信息，并將接收的衛(wèi)星定位信息通過主控制器 (1)傳送至遠程監(jiān)控服務器(10)，所述遠程監(jiān)控服務器(10)實現清理車的區(qū)域定位；所述視頻監(jiān)控模塊(4)用于實施觀測跑道異物，并輔助控制清理車的行駛方向與位置， 通過WIFI收發(fā)器(2)與監(jiān)控服務器進行無線視頻傳輸。2.根據權利要求1所述的機場道面異物遠程控制智能清理車，其特征在于，所述智能清 理車的WIFI收發(fā)器通過智能車庫的WIFI模塊(9-1)接收遠程監(jiān)控服務器(10)的指令。3.根據權利要求2所述的機場道面異物遠程控制智能清理車，其特征在于，所述智能車 庫(9)還包括輪胎清理模塊(9-2 )、控制模塊(9-3)和充電模塊(9-4);所述控制模塊(9-3)分 別與WIFI模塊(9-1 )、輪胎清理模塊(9-2)和充電模塊(9-4)連接;所述控制模塊(9-3)和 WIFI模塊(9-1)通過光纖連接遠程監(jiān)控服務器(10)。4.根據權利要求3所述的機場道面異物遠程控制智能清理車，其特征在于，所述智能車 庫內還設置有走線槽(9-5)和水道槽(9-6)，所述輪胎清理模塊(9-2)包括傳動機構和噴水 裝置，用于對智能清理車的輪胎進行清理后通過傳動機構傳送至水道槽(9-6)。5.根據權利要求1所述的機場道面異物遠程控制智能清理車，其特征在于，所述清理模 塊包括吸塵器(5-2)與機械臂抓手(5-1);主控制器根據接收的監(jiān)控服務器的指令，控制吸 塵器(5-2)和機械臂抓手(5-1)對機場跑道進行清理。6.根據權利要求1所述的機場道面異物遠程控制智能清理車，其特征在于，所述供電模 塊采用雙鋰電池供電。7.根據權利要求1所述的機場道面異物遠程控制智能清理車，其特征在于，還包括USB 擴展模塊，所述USB擴展模塊與主控制器連接。8.根據權利要求1所述的機場道面異物遠程控制智能清理車，其特征在于，還包括傳感 器模塊、滅火模塊和環(huán)境監(jiān)測模塊，所述傳感器模塊、滅火模塊和環(huán)境監(jiān)測模塊同時與主控 制器連接。
【文檔編號】G05D1/02GK205608518SQ201620299985
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】王力鋒, 馬志明, 宋世軍, 魯旭, 陳文超, 沈永宏, 王驥, 王琪
【申請人】長春奧普光電技術股份有限公司