一种用于飞机表面处理的自动规划控制系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术涉及一种与飞机相关联的地面装置，公开了一种用于飞机表面处理的自动规划控制系统及其使用方法，伺服系统包括用于在三维空间进行长距离位移的伺服平台、以及设置在伺服平台上的机械臂，伺服平台绕飞机一周间隔设置；自动规划控制系统包括上位机，与伺服平台、机械臂、及表面处理设备一一对应并电连接的下位机，用于对飞机进行建模的三维扫描仪，用于确定飞机停放位置以及姿态的姿态定位仪，以及用于确定伺服平台与飞机间距的距离传感器；表面处理设备、下位机、三维扫描仪、姿态定位仪、以及距离传感器分别与上位机电连接。本发明专利技术中，采用类似多轴联动数控机床的方式对飞机进行软仿形表面处理，从而实现了对飞机的自动表面处理。

【技术实现步骤摘要】
一种用于飞机表面处理的自动规划控制系统及其使用方法
本专利技术涉及一种与飞机相关联的地面装置，特别是涉及一种用于飞机表面处理的自动规划控制系统及其使用方法。
技术介绍
包括除漆、打磨、清洗、喷漆、以及表面检查等一系列机械构件的表面处理工作，劳动量大、工作环境恶劣且十分单调，由人力去做这些工作，不仅对工作人员的身心均造成较大的伤害，而且效率低下，质量也没法保证。因此机械构件的表面处理，目前大部分情况下已由各种各样的工业机器人来进行。最常见的工业机器人便是汽车喷漆用的喷涂机，包括往复机、采用仿形导轨的硬仿形喷涂机、以及由计算机控制喷涂轨迹的软仿形喷涂机三类，其中以软仿形喷涂机所需的自由度最多，其用于汽车喷涂时，一般需要至少三个自由度，同时往往还需要汽车本身跟随喷涂机的喷头进行一定的姿态调整。相较于外形相对简单的汽车，飞机的外形更为复杂，喷涂时需要的自由度更多；并且飞机很重且强度较低，不能像汽车那样跟随着喷涂机的喷头进行姿态调整，且不能像汽车那样精确地移动到设计的工作位置，这进一步提升了对喷涂机自由度的需求，现有的工业机器人无法在飞机这个尺度上满足自由度的需求，无法用于飞机整体的表面处理。因此，现有的飞机目前依然全部采用人工的方式进行表面处理，依靠具有20个以上的自由度的人臂来满足飞机喷涂对喷枪的自由度的需求。相较于汽车，飞机上喷涂的标识是有功能的，除了型号、国籍、以及航空公司的标识之外，还包括发动机上的警示标识、干线/支线标识等，一旦飞机的功能、航班或者是归属的航空公司等发生了变化就需要批量更换，且即使未发生大的变动，每五年依然需要重新喷涂。而靠人工去完成飞机的重新喷涂，效率极低。2013年，阿联酋航空的21架飞机的重新喷涂工作，整个机库昼夜不停的连续工作了273天才完成。目前单架飞机的喷涂工作的最短时长世界纪录由海南海航斯提斯喷涂服务有限公司于2015年创造，时间是6天——仍然是一个难以让人接受的数值。随着计算机技术的发展，现有的多轴联动数控机床，已经能够在CAE和CAM技术下做到自动生成走刀脚本以加工复杂的机加件。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于飞机表面处理的自动规划控制系统及其使用方法。解决的技术问题是：飞机的外形复杂、自重大、强度低，不能采用工业机器人进行喷漆等表面处理工作，采用人力进行飞机表面处理时效率很低，导致飞机长时间处于维护状态而不能发挥作用。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种用于飞机表面处理的自动规划控制系统，用于控制伺服系统及表面处理设备进行飞机的表面处理，所述伺服系统包括用于在三维空间进行长距离位移的伺服平台、以及设置在伺服平台上的机械臂，所述伺服平台绕飞机一周间隔设置；所述自动规划控制系统包括上位机，与伺服平台、机械臂、及表面处理设备一一对应并电连接的下位机，用于对飞机进行建模的三维扫描仪，用于确定飞机停放位置以及姿态的姿态定位仪，以及用于确定伺服平台与飞机间距的距离传感器；所述表面处理设备、下位机、三维扫描仪、姿态定位仪、以及距离传感器分别与上位机电连接。进一步，所述距离传感器绕飞机一周均匀间隔设置，且各所述距离传感器与飞机的间距相同。进一步，每个所述伺服平台与飞机上一个区域对应、且所有伺服平台均包含3个平移自由度；所述伺服平台包括地轨、垂直于地轨滑动设置在地轨上的活动轨道、以及滑动设置在活动轨道上的升降台；所述活动轨道与地轨、以及升降台与活动轨道分别通过轨道动力装置连接；所述轨道动力装置通过下位机与上位机电连接。进一步，每个所述距离传感器包括多个沿垂直于飞机轮廓线的方向间隔设置的检测单元，所述检测单元为光路竖直设置的对射型光电传感器或光路竖直设置的反射型光电传感器，所述检测单元的光路上端高于升降台能达到的最高位置，下端低于活动轨道的底部。进一步，所述升降台包括设置在飞机左机翼前方的左前升降台、设置在飞机右机翼前方的右前升降台、设置在飞机左机翼后方的左后升降台、设置在飞机右机翼后方的右后升降台、以及设置在飞机尾翼后方的机尾升降台。进一步，所述升降台上设置有用于防止升降台突然降落的防坠安全器；所述活动轨道、升降台、以及机械臂上分别设置有安全触边，所述安全触边与上位机电连接；所述升降台底部设置有旋转平台A，所述旋转平台A的旋转轴竖直设置、并通过下位机与上位机电连接。进一步，所述表面处理设备的类型包括清洗设备、除漆设备、喷涂设备、以及外观检查设备；所述外观检查设备为自动变焦摄像机，所述自动变焦摄像机与图形处理设备电连接。进一步，所述自动规划控制系统还包括用于检测飞机表面处理现场环境状况的环境传感器，所述环境传感器包括温度传感器、湿度传感器、粉尘浓度传感器、以及风速传感器。一种飞机表面处理自动规划控制系统的使用方法，用于操作上述的一种用于飞机表面处理的自动规划控制系统进行飞机的表面处理，并包括以下步骤：步骤一：取一架与待处理飞机同型号的飞机，作为标准飞机，用三维扫描仪建立标准飞机的模型，作为标准模型；在伺服平台所在场地建立坐标系，用姿态定位仪确定位于伺服平台之间的标准飞机的位置及姿态，作为标准位置及标准姿态；步骤二：根据标准模型、标准位置及标准姿态编写软仿形程序，生成伺服平台的工作路径作为标准平台路径、生成机械臂的工作路径作为标准臂路径、并确定表面处理设备的工艺参数作为处理设备参数；步骤三：将待处理的飞机运入伺服平台之间，用姿态定位仪确定待处理的飞机的位置及姿态，与标准位置及标准姿态相比较，得出位置偏差与姿态偏差；步骤四：根据位置偏差与姿态偏差，修正标准平台路径和标准臂路径，得到实际平台路径和实际臂路径；步骤五：根据实际平台路径操纵伺服平台、根据实际臂路径操纵机械臂、并根据处理设备参数操纵表面处理设备，从而完成飞机的表面处理。进一步，步骤二中，采用CAE技术对标准模型进行网格划分，使标准模型外表面分割成多个大小相同的工作区域，然后采用CAM技术，生成标准平台路径和标准臂路径；步骤四还包括以下内容：根据环境状况调整处理设备参数。本专利技术一种用于飞机表面处理的自动规划控制系统及其使用方法与现有技术相比，具有如下有益效果：本专利技术中，通过对待处理的飞机进行三维扫描生成模型，然后采用CAE技术对模型进行网格划分，使标准模型外表面分割成多个大小相同的工作区域，再采用CAM技术，生成表面处理设备的路径，将数控车床的走刀脚本的编写技术应用到软仿形中，从而使编写像飞机这样具有复杂形状的物体的软仿形程序成为可能；本专利技术中，通过姿态定位仪对飞机进行位置和姿态定位，然后根据其实际位置调整表面处理设备的路径，从而克服飞机入场后难以像汽车那样精确地移动到设计的工作位置的问题；本专利技术中，通过绕飞机一周设置距离传感器，当伺服平台与飞机距离过近时停止伺服平台的运动，从而克服了伺服平台工作行程较长时可能出现的碰撞；还在活动轨道、升降台、以及机械臂上设置有安全触边，从而在出现碰撞后及时止损；本专利技术中，通过设置环境传感器，然后根据环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于飞机表面处理的自动规划控制系统，用于控制伺服系统及表面处理设备（7）进行飞机（1）的表面处理，所述伺服系统包括用于在三维空间进行长距离位移的伺服平台、以及设置在伺服平台上的机械臂（6），所述伺服平台绕飞机（1）一周间隔设置；其特征在于：所述自动规划控制系统包括上位机，与伺服平台、机械臂（6）、及表面处理设备（7）一一对应并电连接的下位机，用于对飞机（1）进行建模的三维扫描仪，用于确定飞机（1）停放位置以及姿态的姿态定位仪，以及用于确定伺服平台与飞机（1）间距的距离传感器；/n所述表面处理设备（7）、下位机、三维扫描仪、姿态定位仪、以及距离传感器分别与上位机电连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于飞机表面处理的自动规划控制系统，用于控制伺服系统及表面处理设备（7）进行飞机（1）的表面处理，所述伺服系统包括用于在三维空间进行长距离位移的伺服平台、以及设置在伺服平台上的机械臂（6），所述伺服平台绕飞机（1）一周间隔设置；其特征在于：所述自动规划控制系统包括上位机，与伺服平台、机械臂（6）、及表面处理设备（7）一一对应并电连接的下位机，用于对飞机（1）进行建模的三维扫描仪，用于确定飞机（1）停放位置以及姿态的姿态定位仪，以及用于确定伺服平台与飞机（1）间距的距离传感器；
所述表面处理设备（7）、下位机、三维扫描仪、姿态定位仪、以及距离传感器分别与上位机电连接。


2.根据权利要求1所述的一种用于飞机表面处理的自动规划控制系统，其特征在于：所述距离传感器绕飞机（1）一周均匀间隔设置，且各所述距离传感器与飞机（1）的间距相同。


3.根据权利要求2所述的一种用于飞机表面处理的自动规划控制系统，其特征在于：每个所述伺服平台与飞机（1）上一个区域对应、且所有伺服平台均包含3个平移自由度；所述伺服平台包括地轨、垂直于地轨滑动设置在地轨上的活动轨道、以及滑动设置在活动轨道上的升降台；所述活动轨道与地轨、以及升降台与活动轨道分别通过轨道动力装置连接；所述轨道动力装置通过下位机与上位机电连接。


4.根据权利要求3所述的一种用于飞机表面处理的自动规划控制系统，其特征在于：每个所述距离传感器包括多个沿垂直于飞机（1）轮廓线的方向间隔设置的检测单元，所述检测单元为光路竖直设置的对射型光电传感器或光路竖直设置的反射型光电传感器，所述检测单元的光路上端高于升降台能达到的最高位置，下端低于活动轨道的底部。


5.根据权利要求3所述的一种用于飞机表面处理的自动规划控制系统，其特征在于：所述升降台包括设置在飞机（1）左机翼前方的左前升降台（41）、设置在飞机（1）右机翼前方的右前升降台（42）、设置在飞机（1）左机翼后方的左后升降台（43）、设置在飞机（1）右机翼后方的右后升降台（44）、以及设置在飞机（1）尾翼后方的机尾升降台（45）。


6.根据权利要求3所述的一种用于飞机表面处理的自动规划控制系统，其特征在于：所述升降台上设置有用于防止升降台突然降落的防坠安全器；所述活动轨道、升降台、以及机...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵雷昌，田虹，赵晗，张欣然，姚文辉，周坚，
申请(专利权)人：中国航空规划设计研究总院有限公司，浙江柏彦航空设备技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11