[发明专利]定位系统和方法

说明书

一种确定可移动对象的位置和方向的方法，包括：a)在对象上的已知点处将多个目标连接到对象，使得目标将随着对象移动；b)扫描对象的表面和多个目标中的至少一些目标以获得目标数据；c)将扫描的目标数据与多个目标中的一个的至少一个已知尺寸进行比较；以及d)如果扫描的目标数据与多个目标中的一个的至少一个已知尺寸匹配，则根据目标数据映射已知对象模型数据以确定对象的位置和方向。

背景技术

航空器的表面处理不仅在制造期间是一项重要任务，而且也是航空器维修的一项重要任务。外层涂料必须处于足够良好的状态以使航空器能最优且安全地执行。涂料的小划痕或脱落部分会影响航空器的性能。因此，需要定期地完全去除外部涂料并应用新涂料。然而，由于航空器必须承受的条件，因而航空器外表面上使用的涂料不易去除。这种涂料通常是通过手动地应用能溶解涂料的化学溶液来去除。

定位系统常用于测量对象的位置。这种系统的一个示例是光检测和测距(“LIDAR”)系统，LIDAR系统尝试通过用脉冲激光照射目标并用传感器测量反射脉冲来测量到目标的距离。激光返回时间和波长的差别可用于进行目标的三维表示。

这种定位系统有时用于对可移动工件的机器人处理。在这种情况下，通常将工件刚性地固定在已知位置上，使得机器人处理能围绕该位置进行。固定是昂贵且使用繁琐，由于大型可移动对象必须放置在精确的已知位置和方向才能使用先前进行的三维扫描。在诸如航空器的对象的情况下，仅在可获得精确的机库位置并且航空器熟练地定向返回到该精确位置并且航空器停留在该精确位置时，才可使用先前进行的三维扫描。航空器材料倾向于由于外部影响(例如，温度)而改变位置，因而将航空器保持在精确位置还需要诸如千斤顶的其它外部工具。

发明内容

根据本发明的第一方面，一种确定可移动对象的位置和方向的方法，包括：a)在对象上的已知点处将多个目标连接到对象，使得目标将随着对象移动；b)扫描对象的表面和多个目标中的至少一些目标以获得目标数据；c)将扫描的目标数据与多个目标中的一个的至少一个已知尺寸进行比较；以及d)如果扫描的目标数据与多个目标中的一个的至少一个已知尺寸匹配，则根据目标数据映射已知对象模型数据以确定对象的位置和方向。这种方法可允许连续地寻找大型可移动对象(例如，航空器)的位置和方向，而无需固定。这样可允许在对象周围和附近进行操作(例如，航空器表面处理)，同时避免与对象接触而损坏对象的可能性。

根据实施例，扫描对象表面的步骤b)用第一扫描仪执行，并且该方法还包括用第二扫描仪扫描对象表面和多个目标中的至少一些目标以获得目标数据，从而获取第二组目标数据；以及将来自第一扫描仪的目标数据与来自第二扫描仪的目标数据进行比较。使用第一扫描仪和第二扫描仪允许进行扫描数据的比较以确保结果的准确。在一个扫描仪发生故障的情况下，其还提供了冗余。

根据实施例，将多个目标连接到对象的步骤包括：将多个悬挂目标连接到对象上的已知点，使得目标将随着对象移动。即使当对象的某些部分可随时间移动(例如，在加燃料之后航空器机翼降低)时，悬挂目标也允许进行位置和方向的确定。可选地，目标是可旋转的。这样可确保目标始终悬挂在距对象的设置距离处。

根据实施例，将扫描的目标数据与多个目标中的一个的至少一个已知尺寸进行比较的步骤包括：定位目标的预期质心，由目标的质心定义轴线，基于目标的已知尺寸将轴线重新定位到实际中心，以及比较目标的已知尺寸是否与扫描的尺寸匹配。

根据实施例，步骤c)包括：将扫描的目标半径与多个目标中的一个的已知半径进行比较。这样可确保扫描数据的准确。

根据实施例，步骤b)包括：旋转指向对象的扫描仪，并旋转使其以至少180度的范围旋转来感测多个目标中的至少一些目标以获得目标数据。至少180度的旋转允许扫描仪获得宽视野范围。任选地，步骤b)还包括以一定角度移动扫描仪，使得扫描仪在旋转的同时竖直和水平移动以进一步感测目标数据。这样可帮助确定目标的准确特殊定位。

根据实施例，对象是航空器，并且已知对象模型数据包括特定对象类型的已知尺寸。