[發明專利]基于無人機的絕緣子清洗方法、系統、設備、存儲介質

有效

• 申請號: 202110024121.X
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112835375B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 常征;季海波;邸健;金濤;談高勇;張賀朋;張晨旭
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 金凱

1.一種基于無人機的絕緣子清洗方法，對固定在電塔上的絕緣子進行清洗，包括以下步驟：

步驟一：根據電塔周圍環境以及絕緣子位置，規劃包含無人機期望懸停位置的期望航線；

步驟二：使無人機沿期望航線運動至期望懸停位置，識別絕緣子并提取絕緣子兩側邊緣切線的線特征，并與絕緣子的期望線特征進行比較，得到線特征誤差；

步驟三：根據線特征誤差控制無人機穩定在期望懸停位置；

步驟四：無人機保持在期望懸停位置時，對絕緣子進行清洗；

步驟三中，當所述的線特征誤差小于設定閾值時，說明無人機到達所述的期望懸停位置；

所述無人機上安裝有機載單目攝像機；步驟三中根據線特征誤差得到期望速度，通過期望速度控制無人機穩定在期望懸停位置并使無人機的朝向始終對準待清洗的絕緣子；根據線特征誤差得到期望速度的方法如下：

所述切線的表示方法采用斜截式，即所述線特征表示為ξ＝[θ，ρ]^T，θ，ρ為所述線特征的參數；θ表示所述切線的傾角，ρ表示原點到所述切線的垂直距離；

所述線特征的動力學模型為：

其中，分別為兩條切線的圖像光流，χ＝[v_t，ω]^T＝[v_x，v_y，v_z，ω_x，ω_y，ω_z]^T，v_x，v_y，v_z，ω_x，ω_y，ω_z分別為所述機載單目攝像機在自身坐標系中x軸方向的速度、y軸方向的速度、z軸方向的速度、沿x軸轉動的速度、沿y軸轉動的速度、沿z軸轉動的速度；J＝[J₁，J₂]^T，J₁，J₂分別為所述兩條切線的線特征的雅可比矩陣，描述了相機速度變化隨線參數的變化關系；

其中，AX+BY+CZ+D＝0為兩條切線所在的平面；(A，B，C)是所述平面的法向量，D是所述平面與所述機載單目攝像機之間的距離；

所述雅可比矩陣可以通過基于無跡卡爾曼濾波在線估計，輸入信息為圖像特征和機載慣性測量單元IMU信息，輸出為雅可比矩陣；

所述機載單目攝像機在自身坐標系中的空間速度：

其中，矩陣J⁺是J的偽逆矩陣；

所述期望線特征的速度

其中，ξ^*為期望線特征；所述機載單目攝像機期望速度，也即所述無人機的期望速度

2.根據權利要求1所述的基于無人機的絕緣子清洗方法，其特征在于，步驟一中規劃無人機的期望航線時，通過激光雷達對所述絕緣子所在的電塔周圍環境進行掃描，建立三維環境地圖，從地圖中標記各絕緣子的位置和編號，每個絕緣子對應設置四個期望懸停位置；根據各絕緣子的位置以及絕緣子對應的期望懸停位置，規劃出所述的期望航線；所述期望懸停位置位于以所述絕緣子為中心、半徑為5米、高度為絕緣子幾何中心高度的圓周上。

3.根據權利要求2所述的基于無人機的絕緣子清洗方法，其特征在于：步驟四中對絕緣子進行清洗時，分別在一個絕緣子對應的四個期望懸停位置對該絕緣子進行沖洗后，再進行下一個絕緣子的沖洗；對所有的絕緣子完成清洗后，無人機沿著期望航線返回。

4.根據權利要求1所述的基于無人機的絕緣子清洗方法，其特征在于：所述無人機上設置有能夠更改出水方向的出水口；以無人機上的出水口為原點、以出水口到絕緣子中軸線中點的方向為X軸正向、以垂直于X軸向上的方向為Y軸正向建立直角坐標系，則步驟四中對絕緣子進行清洗時，出水口出水方向周期性地在50°到50°內變化。