一种用于飞机控制盒的自动调试系统

技术领域

本发明涉及智能控制的技术领域，特别是一种用于飞机控制盒的自动调试系统。

背景技术

飞机控制盒是飞机飞行控制系统的重要组成部件，对飞机飞行安全有着重要影响，因此在飞行控制系统维修和检测过程中，需要对飞机控制盒进行多次调试，检验其是否符合要求。飞机控制盒的面板由自复位按钮、多档位开关、多档位旋钮等组成，目前对飞机控制盒的调试主要依靠人工，由调试人员手动逐项操作，导致调试过程协调性差、工作强度大且易出错，为了更好地完成调试以及简化调试操作，同时提高调试过程中的协调性和效率，保证了调试操作的准确性、一致性和可重复性，急需设计、开发了一套自动调试系统。

发明内容

本发明提供一种用于飞机控制盒的自动调试系统，解决了现有飞机控制盒的人工调试工作量大、容易出错等问题。

本发明可以通过以下技术方案实现：

一种用于飞机控制盒的自动调试系统，包括机械臂，在所述机械臂的末端设置有检测模块和执行手指，所述检测模块、机械臂的控制模块均通过通讯模块与处理器相连，所述处理器还与档位调试模块、图像处理模块、报警器相连，

所述检测模块用于采集飞机控制盒上各个开关的调试图像；

所述图像处理模块用于通过模板匹配对调试图像上各个开关的开关状态进行检测；

所述档位调试模块用于根据开关的当前档位以及目标档位，计算所需转动的档位数；

所述报警器用于检测出的开关状态进行报警；

所述机械臂用于接收所需转动档位数，带动执行手指转动对应的开关到达目标档位；或者带动执行手指按压或者拨动对应的开关；或者打开保护盖再拨动对应的开关。

进一步，所述执行手指采用柱状结构，其顶端设置有与旋钮式结构的开关配合的凹口，底端通过多维力传感器与安装基板相连，所述安装基板设置在机械臂的末端，在其上还设置有检测模块，所述多维力传感器与处理器相连，用于检测机械臂通过执行手指施加到开关的作用力。

进一步，所述开关设置有旋钮式、自复位按压式以及拨动式、带保护盖的拨动式，

对于旋钮式，处理器根据开关的当前档位，结合目标档位控制档位调试模块计算获得所需转动的档位数随后复位，再控制机械臂通过执行手指转动对应的开关到达目标档位，然后控制检测模块采集当前的调试图像，再控制图像处理模块识别目标档位是否正确，并反馈至处理器；

对于自复位按压式，处理器控制机械臂通过执行手指按压对应的开关并保持设定时间，此时控制检测模块采集当前的调试图像，然后机械臂复位，再控制图像处理模块识别当前的开关状态是否正确，并反馈至处理器；

对于拨动式，处理器控制机械臂通过执行手指拨动对应的开关再复位，然后控制检测模块采集当前的调试图像，再控制图像处理模块识别当前的开关状态是否正确，并反馈至处理器；

对于带保护盖的拨动式，处理器控制机械臂通过执行手指打开保护盖，再拨动对应的开关随后复位，然后控制检测模块采集当前的调试图像，再控制图像处理模块识别当前的开关状态是否正确，并反馈至处理器。

进一步，所述凹口设置为U型结构。

进一步，所述检测模块包括视觉传感器，在所述视觉传感器的周围设置有环形光源。

进一步，所述飞机控制盒设置在支撑基座上，其上的开关朝向机械臂设置。

本发明有益的技术效果在于：

通过设计的飞机控制盒自动调试系统可以满足电传调制和测试的自动化试验，仅需要一名操作人员通过操作上位机发送指令便可实现对飞机控制盒的全自动远程调试操作，解决目前飞机电传控制计算机在调制和检测时，存在人工操作复杂，投入人力较多，时间要求紧迫等相关问题，同时可以记录自动化调试操作，便于分析调试结果和重复调试流程。

同时使用机械臂执行调试操作保证了调试过程的一致性和可重复性，同时视觉检测与力传感检测增加了调试过程的安全性和可靠性。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为本发明的飞机控制盒一的结构示意图；

图3为本发明的飞机控制盒二的结构示意图；

图4为本发明的上位机上的视觉检测界面示意图；

图5为本发明的导线板的结构示意图；

图6为本发明的总体流程示意图；

其中，1-机械臂，11-检测模块，12-执行手指，13-多维力传感器，14-安装基板，15-环形光源，2-飞机控制盒，3-支撑基座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进一步详细说明。

参照附图1-6，本发明提供了一种用于飞机控制盒的自动调试系统，包括机械臂1，在机械臂1的末端设置有检测模块11和执行手指12，该检测模块11、机械臂1的控制模块均通过通讯模块与处理器相连，该处理器还与档位调试模块、图像处理模块、报警器相连，该检测模块用于采集飞机控制盒2上各个开关的调试图像；该图像处理模块用于通过模板匹配算法对调试图像上各个开关的开关状态进行检测；该档位调试模块用于根据开关的当前档位以及目标档位，计算所需转动的档位数；该报警器用于检测出的开关状态进行报警；该机械臂1用于接收所需转动档位数，带动执行手指12转动对应的开关到达目标档位；或者带动执行手指12按压或者拨动对应的开关；或者打开保护盖再拨动对应的开关。这样，以机械臂代替操作人员执行改变开关状态的操作，利用档位调试模块计算开关需要转动的档位数，再结合检测模块获取调试图像，并利用图像处理技术对调试图像进行识别，检测开关状态的正确性，取代操作人员的判别操作，以实现飞机控制盒的自动化调试，克服人工调试存在的协调性差、工作强度大、效率低、且易出错等不足，提高飞机控制盒调试的智能化水平，另外，整个自动调试系统的结构紧凑，操作简单，便于推广应用。

具体如下：

为了便于机械臂1动作，我们可以将飞机控制盒2设置在支撑基座3上，其上的开关朝向机械臂1设置，该支撑基座3可以设置为三角结构，飞机控制盒2的开关裸漏在三角结构的一面上，飞机控制盒2的线缆则通过三角结构的另一面连接至飞机电传控制系统，以确保飞机控制盒的正常工作。

该执行手指12采用柱状结构，其顶端设置有与旋钮式结构的开关配合的凹口，可设置为U型结构，其底端通过多维力传感器13与安装基板14相连，该安装基板14设置在机械臂1的末端，在其上还设置有检测模块11，该多维力传感器13与处理器相连，用于检测机械臂1通过执行手指12施加到开关的作用力，以防作用力过大损害开关。

该检测模块11包括视觉传感器如工业相机，在视觉传感器的周围设置有环形光源15，以便为工业相机提供良好的检测环境。

该图像处理模块采用模板匹配算法识别调试图像上开关的开关状态是否正确，因此需要事先根据调试流程，将各个开关对应正确的开关状态的图像拍摄并存储下来，然后再和检测模块采集开关的当前调试图像进行匹配，以实现开关状态的检测。

在匹配之前，需要将各个开关的理论初始状态图像以及各个实际应用场景下的理论开关状态图像事先拍摄保存下来，作为模板用于和后续拍摄的调试图像进行对比检测，由于检测模块采集到的图像是飞机控制盒的完整图像，但仅需要对当前执行的开关进行判断，需要去除其他开关的干扰，因此对图像进行分割，通过上位机得到的指令，知道那个开关需要执行操作，在执行完毕后，对获取到的完整图像中该开关的位置进行图像分割得到仅包含该开关的图像，之后对这个局部图像进行处理，这里的处理操作是将该局部图像和对应的模板灰度值相减，如果两张图像完全相同，则灰度值为0，回复上位机动作执行完毕，可以开始下一次动作；但考虑到噪点影响，通过多次实验设置合理阈值，假如说是2，如果大于2则认为该局部图像和模板不一致，触发报警器报警动作执行失败。

该档位调试模块执行以下算法计算开关所需要转动的档位数。

算法的具体执行步骤为：

S1、获取本次调试指令所要旋转到的档位即目标档位x1；

S2、设置两个变量分别是记录前一次转动的档位数x2和本次需要转动的档位数x3并将其赋值为0；

S3、设置中间变量y1用来记录本次需要转动的档位数；

S4、x2＝y1；

S5、设置中间变量y2用来记录前一次转动的档位数；

S6、计算前一次旋钮档位即当前档位z1，z1＝z1+x2；

S7、计算本次需要转动的档位数z2，z2＝x1-z1；

S8、计算当前所在档位z3，z3＝z3+y2；

S9、y1＝z2；

S10、将z2、z3处理后发送给处理器；

处理器将当前档位变量和本次需要转动的档位数变量运算处理得出位姿信息传给机械臂执行，并且当前档位变量、前一次旋钮转动的档位变量、本次需要转动的档位数的中间变量的值保存在系统中，用于下一次需要转动的档位数的计算。

该飞机控制盒上的开关通常设置有旋钮式、自复位按压式以及拨动式、带保护盖的拨动式，

对于旋钮式，处理器根据开关的当前档位，结合目标档位控制档位调试模块计算获得所需转动的档位数随后复位，再控制机械臂通过执行手指转动对应的开关到达目标档位，然后控制检测模块采集当前的调试图像，再控制图像处理模块识别目标档位是否正确，并反馈至处理器；

对于自复位按压式，处理器控制机械臂通过执行手指按压对应的开关并保持设定时间，此时控制检测模块采集当前的调试图像，然后机械臂复位，再控制图像处理模块识别当前的开关状态是否正确，并反馈至处理器；

对于拨动式，处理器控制机械臂通过执行手指拨动对应的开关再复位，然后控制检测模块采集当前的调试图像，再控制图像处理模块识别当前的开关状态是否正确，并反馈至处理器；

对于带保护盖的拨动式，处理器控制机械臂通过执行手指打开保护盖，再拨动对应的开关随后复位，然后控制检测模块采集当前的调试图像，再控制图像处理模块识别当前的开关状态是否正确，并反馈至处理器。

在利用本发明的自动调试系统进行调试的时候，开始操作前，在上位机即处理器的视觉检测界面的图像文件路径下预先保存好飞机控制盒上各个开关的理论初始状态图像以及各个实际应用场景下的理论开关状态图像，其中视觉检测界面如图5所示，自动调试系统总体操作流程图如图6所示。

机械臂开始操控时，首先通过定时通讯检验上位机与机械臂连通是否正常，当连通正常时，利用视觉检测界面上采集初始状态图像按钮手动对飞机控制盒的初始状态进行采集，通过初始状态图像处理按钮将采集的图像与理论初始状态图像进行对比处理，若符合操作要求则在上位机界面发出正常提示，如果异常则触发报警器报警，同时向上位机发送异常信号；

接下来开始对飞机控制盒进行调试操作，通讯模块先判断上位机指令是否是调试指令，并将本次指令需要调试的开关名称记录，之后通讯模块将指令处理得出位姿信息发送给机械臂使其执行，当调试执行完毕机械臂回到初始位置时，由检测模块自动采集对应的调试图像，通过通信模块记录的开关名称对控制盒图像阈值分割提取对应开关ROI区域，并将其与预先存储的理论开关图像进行图像处理，如果两张图像偏差小于设定值则向上位机回复正常信号，即对应调试操作执行完成，否则向上位机回复异常信号，同时触发工控机I/O相连的报警器使其报警；

当调试结束时，上位机向机械臂发送复位指令，机械臂将控制盒上各开关复位。

在机械臂整个调试过程中多维力传感器即多维力传感器实时检测机械臂末端的各个分力的数值，一旦分力数值超出预定值，便会触发机械臂外部急停，同时向上位机发送报警信息，以此来保证调试过程控制盒的安全，确保不损坏控制盒。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。