[發明專利]無人機的外部擾動分類方法及系統

有效

• 申請號: 202110758135.4
• 申請日: 2021-07-05
• 公開（公告）號: CN113408646B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 敬忠良;孫印帥;董鵬
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06F17/16;G06F17/11;G01L5/16;B64C39/02;B64C27/08
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明提供了一種無人機的外部擾動分類方法及系統，其方法包括如下步驟：通過配置所述單自由度機械臂模塊到預設接觸面位置，所述單自由度機械臂模塊前端的所述力傳感器模塊實時測量所述無人機與接觸面的法向接觸力；根據所述無人機的電機轉速和狀態信息，通過總擾動估計子模塊估計所述無人機受到的總擾動；根據估計的總擾動和所述力傳感器模塊測量的接觸擾動進行分類，通過風擾動和接觸擾動分類子模塊解算估計的風擾動和接觸擾動；其系統包括單自由度機械臂模塊、力傳感器模塊和外部擾動分類模塊。本發明適用于長時間低頻的接觸擾動，從而在風擾動同時存在的環境下，無人機能精確地執行接觸類應用。

技術領域

本發明涉及與環境(墻壁、玻璃等)進行接觸交互的無人機技術領域，具體地，涉及無人機的外部擾動分類方法及系統。

背景技術

近年來，無人機的應用領域在逐漸拓寬，除了傳統的監視、攝影、巡線和農業植保等應用，無人機的應用也拓展到了幕墻清洗、工業管道接觸檢測等領域。與傳統地依靠人力的方式相比，采用無人機去執行以上應用具有提高工作效率、增加作業安全性等優勢。在執行這些應用過程中，無人機需要對接觸面(幕墻、管道等)施加一定的力，并穩定地維持與接觸面的接觸。在接觸過程中，無人機受到接觸面的反作用力，對無人機來說是一種外部接觸擾動。同時在實際應用中，還會存在另外一種外部擾動-風擾動，例如在執行幕墻清洗任務時，建筑物附近的會存在復雜的風擾動。目前的一些擾動估計方法可以實時地估計無人機受到的總外部擾動(即接觸擾動和風擾動的疊加)。進一步地對估計的總外部擾動進行分類，實時地精確地解算風擾動和接觸擾動有利于無人機更加精確地執行以上應用。

現有的多數無人機系統只考慮了單一擾動情況：在風擾存在的環境下，無人機僅執行一些非接觸類的應用；在執行接觸類應用時，多數在室內或無風的環境下進行。部分無人機在前端安裝了力傳感器用來測量系統與接觸面的接觸力，這種方法只能測量關于接觸點的接觸擾動。采用擾動估計的方法只能估計接觸擾動和風擾動疊加后的總擾動，相關研究機構在估計的總擾動的基礎上，采用頻率分類的方法來區分風擾動和接觸擾動，但此方法只能適用于高頻瞬態的碰撞接觸擾動和低頻變化的風擾動，不適用于長時間低頻的接觸擾動。這些導致了在較大的風擾動環境下，無人機很難或者不能精確地執行接觸類應用。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種無人機的外部擾動分類方法、系統及可讀存儲介質。

根據本發明提供的無人機的外部擾動分類方法，包括如下步驟：

設置單自由度機械臂模塊以使配置的所述無人機的機械臂垂直于接觸面，設置力傳感器模塊配置在所述單自由度機械臂模塊上實時測量所述接觸面的法向力；

待預檢測外部擾動時，通過配置所述單自由度機械臂模塊到預設接觸面位置，所述單自由度機械臂模塊前端的所述力傳感器模塊實時測量所述無人機與接觸面的法向接觸力；

根據所述無人機的電機轉速和狀態信息，通過總擾動估計子模塊估計所述無人機受到的總擾動；

根據估計的總擾動和所述力傳感器模塊測量的接觸擾動進行分類，通過風擾動和接觸擾動分類子模塊解算估計的風擾動和接觸擾動。

可選地，所述估計所述無人機受到的總擾動進一步包括：

定義參數：

m_b為所述無人機質量；

I_b為所述無人機的轉動慣量；

為所述無人機狀態量，為所述無人機位置，η_b為所述無人機歐拉角；

為所述無人機狀態一階導數，為所述無人機速度，為所述無人機角速度；

為所述無人機狀態二階導數，為所述無人機加速度，為所述無人機角加速度；