[发明专利]一种基于无人机的船舶外板智能喷涂路径自动规划方法

权利要求书

1.一种基于无人机的船舶外板智能喷涂路径自动规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)利用无人机搭载的摄像头进行船舶外板图像采集；

(2)基于步骤(1)采集到的图像对船舶外板进行三维逆向建模，并对船舶外板模型按照形状的规整程度进行分类，分为平面、规则曲面以及复杂曲面，按照如下的规则搭建平面、规则曲面、复杂曲面的分类模型：

(231)平面为船舶外板上的平整面，该面上任意两点的连线整个落在平面上；

(232)规则曲面为一条动线按照一定的规律运动形成，船舶外板上的规则曲面包括：圆柱面和圆锥面；

(233)复杂曲面为一条动线作不规律运动形成，船舶外板上的复杂曲面集中于船舶的船艏和船艉处；

(3)根据船舶涂装工艺要求确定飞行次数，并对平面、规则曲面和复杂曲面分别进行喷涂路径规划；具体分为以下步骤：

(301)基于船舶类型确定船舶外板水线以上和水线以下的油漆种类和涂装道数；

(302)船舶涂层累积速率数学模型建立；

(303)生成每道漆的喷涂无人机初始路径，对平面、规则曲面以及复杂曲面分别生成以喷涂无人机竖直喷涂为主的初始路径；

(304)每道漆的喷涂无人机喷涂路径优化，步骤(304)中的路径优化是在步骤(303)中生成的每道漆的初始路径基础上，基于平面漆膜厚度成长模型和规则曲面漆膜厚度成长模型，以平面、规则曲面和复杂曲面上喷涂无人机沿初始路径喷涂时间、涂层厚度和涂料用量为优化目标，利用多目标粒子群算法对喷涂每一道漆的喷涂无人机飞行速度、喷漆压力、喷枪距离以及喷涂路径间距进行多目标优化，具体分为以下步骤：

(A)以喷涂无人机沿初始路径喷涂时间、涂层厚度和涂料用量为目标，建立目标函数；目标函数建立如下：

喷涂时间目标函数

其中，v_i为划分的每个区域的喷涂速度，L_i为每个区域的路径总和，j为划分区域的总个数；

涂层厚度目标函数

其中，q_si为每一检测点的漆膜厚度，q_si也可利用平面涂层累积速率数学模型和规则曲面涂层累积速率数学模型近似计算得出，q_d为预期膜厚，k为检测点的总数；

涂料用量目标函数

其中，V_1i为划分的每个区域的有效作业涂料用量，V_2i为划分的每个区域的喷涂无人机作业过程中的涂料损耗量；

喷涂无人机的轨迹优化问题目标函数为

minf(x)＝(f₁(x),f₂(x),f₃(x))

(B)利用多目标粒子群算法进行优化；

(C)得到喷涂无人机沿初始路径喷涂时间最短、涂层厚度均匀以及涂料用量最小的喷涂无人机飞行速度、喷漆压力、喷枪距离以及喷涂路径间距；

(4)组合喷涂路径规划结果，基于喷涂路径生成无人机飞行路径和无人机飞行参数。

2.根据权利要求1所述的基于无人机的船舶外板智能喷涂路径自动规划方法，其特征在于，步骤(1)具体分为以下步骤：

(11)根据船舶种类、尺寸以及天气情况生成无人机的拍摄航线，并确定无人机拍摄船舶外板时的飞行参数；

(12)利用无人机搭载的摄像头采集数据，拍摄待涂船舶的多角度图片，包含正射影像和倾斜影像；

(13)将拍摄好的图片传输给地面站。