飞机油箱检查机器人系统及其控制方法技术方案

一种飞机油箱检查机器人系统及其控制方法。系统由机器人本体和地面监控系统组成；机器人本体包括底盘、外壳、两条履带、摄像机支撑架、纵向运动驱动机构、横向运动驱动机构、升降驱动机构和调度控制系统；所述的地面监控系统为一台便携式计算机。本发明专利技术提供的飞机油箱检查机器人系统能够代替检修人员进入到油箱的内部，并能检查出油箱的内漏点及腐蚀位置，这样不仅可以改善检修人员的工作环境，保障维修质量，提高维修效率，而且可以缩短飞机停场时间，从而降低机场经济损失。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于民用航空
，特别是涉及一种飞机油箱检查机器人系统及其控 制方法。
技术介绍
在民航机务维修中，飞机油箱渗漏及腐蚀一直是一个相当棘手的问题。由于油箱 内部的工作环境恶劣且结构复杂，操作空间小，而且不同机型的油箱结构各异，并且中央油 箱和机翼油箱均有桁条结构，因此燃油渗漏路径难以分析，内漏点及腐蚀位置很难确定。为 了尽快完成抢修任务，快速、准确地查找到漏点及腐蚀的位置就显得十分重要。目前，油箱 漏点及腐蚀位置的确定主要通过人工的方式完成，在此过程中，检修人员经常需要进入到 油箱的内部进行检查。由于油箱内遍布油渍，并混杂着油气，属于易燃易爆场所，因此即使 进入油箱的检修人员已经采取了严格的AMM安全措施，但仍然存在着易燃、易爆、人员中毒 和飞机/设备损坏的危险性，所以采用这种人工方式检修油箱往往需要很长的停场时间， 有时甚至反复几次才能完成，因此机场的经济损失大。另外，由于在这种恶劣的环境下检修 人员根本无法连续工作，特别是有些区域的空间十分窄小，因此检修人员检查不便或根本 无法检查，从而导致检修人员的劳动强度大，效率低。为了解决上述问题，1994年卡内基梅隆大学联邦机器人技术中心(FRC)设计了一 种用于检查地面储油罐的移动机器人系统-海王星系统。该系统由四部分组成自动爬行 小车、吊舱、水声定位系统和外部远程监控系统。其中自动爬行小车上携带有视觉传感器和 超声波传感器；吊舱位于油罐顶部，用于收放机器人；水声定位系统处于罐内，用来跟踪控 制机器人的位置。机器人能够在不需要清空储油罐的情况下自主地进入到储油罐的内部， 并通过传感器采集数据，利用摄像机和超声波诊断储油罐内侧底部和侧面是否存在腐蚀部 位。2004年英国伦敦南岸大学电子信息工程学院研制了一种对浮式生产储油罐自动 进行无损检测的可浮游和爬行的机器人，其组成包括推进器、驱动轮、扫描臂、可变浮力箱 和用于密封电子器件的外壳；所有的电机、运动控制器、导航电子器件和无损检测探伤仪被 放在抗压无裂纹的受压舱内。这种机器人可以浮游和爬墙，在油罐使用中及充满油的情况 下对油罐的内墙和底表面焊接点进行无损检测。2004年葡萄牙里斯本Taguspark科学园设计了一种robtank inspec自动检测工 具，其能够对充满危险液体的油罐进行检测。一个装有四轮并可以转向的小车附着在油罐 的内壁上，其利用装载的超声波系统检测储油罐，油罐外面设有用绳与检测小车连接并控 制小车位置的操作控制工具。该工具可以检测大型储油罐内侧底部是否因受到腐蚀而产生 泄漏，而且不用将油罐清空就可以实现。2004年9月清华大学机器人与自动化实验室研制的大型油罐自动检测系统TH Climber I是以磁吸附爬壁机器人作为载体，将涡流检测技术应用于油罐检测，很好地解决 了这一问题。与常规的无损检测设备相比，该系统引入了配有多传感器系统的智能机器人，在检测灵活性和可靠性上具有不可比拟的优势；此外，采用涡流检测技术能够在检测探头 不与油罐壁面直接接触的情况下对表面或近表面缺陷进行探测，从而为探头的高速运动提 供了可靠保障。现场实验结果表明，该系统智能化程度高，运动稳定可靠，因此大大提高了 油罐检测的效率。2005年7月东华大学研制成功了一种“空调管道清洗机器人”，该机器人和家用吸 尘器的体积相近，并且四个脚上有四条履带，能够在9厘米高的台阶上上下下，并能轻便自 如地爬到中央空调的各个角落，甚至能够到各种形状的通风管道内部清扫管道中的垃圾， 并且通过视频系统清除各个角落里的细菌、病毒，喷涂各种消毒液。2006年12月东北大学研究出一种球形管道机器人，其是将球形机器人的结构应 用于管道爬行中。该机器人利用球形机器人运动全向性、转弯灵活的特点，解决了管道机器 人中普遍存在的转弯困难、运动速度慢等问题。2009年武汉亚伯兰机电设备有限公司设计的油烟管道清洗机器人是一种专门用 于清洗酒店、宾馆、学校、企事业单位等处油烟管道的专用清洗机器人。其操作简单、清洗效率高。综上所述，虽然国内外多家研究机构已研究出油气混合环境中进行作业的机器 人，并已进行实际应用。但到目前为止尚未见到能够在飞机油箱内爬行，并且可以进行油箱 泄漏和腐蚀检查的机器人见诸报道。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种能降低检修人员工作强度、保障 人员安全、提高检修效率、缩短飞机停场时间以及降低机场经济损失的飞机油箱检查机器 人系统。本专利技术的另一个目的在于提供一种上述飞机油箱检查机器人系统的控制方法。为了达到上述目的，本专利技术提供的飞机油箱检查机器人系统由机器人本体和地面 监控系统组成；所述的机器人本体包括底盘、外壳、两条履带、摄像机支撑架、纵向运动驱动 机构、横向运动驱动机构、升降驱动机构和调度控制系统；其中底盘沿水平方向设置，并且 中部沿其长度方向相隔距离形成有两个通孔；外壳安装在底盘的表面；两条履带分别设置 在外壳的两侧，每条履带上设有两个同步轮、多个支撑轮和套在同步轮及支撑轮外部的同 步齿形带；摄像机支撑架竖直安装在外壳的顶部；纵向运动驱动机构、横向运动驱动机构、 升降驱动机构和调度控制系统均安装在外壳的内部；所述的地面监控系统为一台便携式计 算机。所述的纵向运动驱动机构安装在底盘的前部，其包括两个纵向运动驱动电机和两 个联轴器；每个纵向运动驱动电机的输出轴分别通过一个联轴器与两条履带上位于前端的 一对同步轮相连，用于驱动同步轮进行转动。所述的横向运动驱动机构安装在底盘的中部，其包括上盖板、四个侧板、两个横向 运动驱动电机、两套伞齿轮、两个主动轮和两个从动轮；其中上盖板水平设置在底盘的上 方，并且其长度方向与底盘的长度方向一致；四个侧板的上端相隔距离连接在上盖板的底 面上，并且沿与底盘的宽度方向平行设置，位于同一侧的两个侧板的下端同时贯穿设置在 底盘上的一个通孔内，并且位于同一侧的两个侧板之间分别设置有一个横向运动驱动电机、一套伞齿轮、一个主动轮和一个从动轮，并且主动轮和从动轮并排设置；其中横向运动 驱动电机安装在位于中间部位的侧板上靠近外侧的表面上，其输出轴通过一套伞齿轮与一 个主动轮相连，而从动轮则利用支撑轴直接安装在上述两个侧板之间，并且两个主动轮和 两个从动轮在底盘上交错设置。所述的升降驱动机构设置在横向运动驱动机构上位于中间的两个侧板之间，其包 括直线步进电机、丝杠、升降螺母、两个直线轴承和两根光轴；其中直线步进电机安装在横 向运动驱动机构上位于内侧的两个侧板之间的底盘表面，沿垂直方向设置的丝杠为其输出 轴；升降螺母固定在上盖板26上，并且与丝杠的上部相配合；两个直线轴承分别安装在横 向运动驱动机构上位于中间的两个侧板的内表面上；两根光轴的下端分别通过一个固定座 固定在位于直线步进电机两侧的底盘上，上部与直线轴承相配合。所述的调度控制系统包括主控计算机、运动控制系统、感知系统、无线网卡和电源 系统，其中主控计算机选用嵌入式工控机；运动控制系统由运动控制驱动卡和摄像机控制 机构组成，其中运动控制驱动卡通过RS232串行数据总线与主控计算机相连接；摄像机控 制机构通过RS232串行数据总线与主控计算机相连接；感知系统由内部感知系统和外部感 知系统组成；其中内部感知系统包括四个光电编码器及平面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞机油箱检查机器人系统，其特征在于：所述的飞机油箱检查机器人系统由机器人本体和地面监控系统组成；所述的机器人本体包括底盘（２８）、外壳（５）、两条履带（１５）、摄像机支撑架（４）、纵向运动驱动机构、横向运动驱动机构、升降驱动机构和调度控制系统；其中底盘（２８）沿水平方向设置，并且中部沿其长度方向相隔距离形成有两个通孔；外壳（５）安装在底盘（２８）的表面；两条履带（１５）分别设置在外壳（５）的两侧，每条履带（１５）上设有两个同步轮（６）、多个支撑轮（７）和套在同步轮（６）及支撑轮（７）外部的同步齿形带（８）；摄像机支撑架（４）竖直安装在外壳（５）的顶部；纵向运动驱动机构、横向运动驱动机构、升降驱动机构和调度控制系统均安装在外壳（５）的内部；所述的地面监控系统为一台便携式计算机。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：牛国臣，高庆吉，王续乔，董慧芬，杨鑫，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]