[发明专利]用于辅助无人机进行绝缘子清洗的水流预测方法及系统

权利要求书

1.一种用于辅助无人机进行绝缘子清洗的水流预测方法，其特征在于，包括：

利用无人机上搭载的云台获取无人机前方的视觉信息；

利用视觉信息预测水流曲线轨迹；

所述无人机上搭载有相机和水箱，所述视觉信息包括所述无人机的俯仰角与偏航角、所述云台的俯仰角与偏航角、所述水箱的喷杆的长度以及喷杆相对于相机坐标系的位置和夹角、喷杆上的喷嘴相对于相机坐标系的夹角与水箱喷水的水流的初速度、相机的标定参数以及相机平面的尺寸以及显示屏的屏幕尺寸；

所述利用视觉信息预测水流曲线轨迹，包括：

根据所述喷杆的长度以及喷杆相对于相机坐标系的位置和夹角、喷杆上的喷嘴相对于相机坐标系的夹角及水箱喷水的水流的初速度，计算水流曲线相对于惯性坐标系的方程式；

基于水流曲线相对于惯性坐标系的方程式，根据所述无人机的俯仰角与偏航角、所述云台的俯仰角与偏航角计算水流曲线在相机坐标系下的曲线方程式；

根据所述相机的标定参数和水流曲线在相机坐标系下的曲线方程式，计算水流曲线投影到相机平面上的曲线方程；

根据所述显示屏的屏幕尺寸和所述相机平面的尺寸，计算相机平面上的曲线方程变换为所述显示屏上的水流曲线轨迹。

2.如权利要求1所述的用于辅助无人机进行绝缘子清洗的水流预测方法，其特征在于，所述根据所述喷杆的长度以及喷杆相对于相机坐标系的位置和夹角、喷杆上的喷嘴相对于相机坐标系的夹角及水箱喷水的水流的初速度，计算水流曲线相对于惯性坐标系的方程式如下：

y_curve＝y_nozzle＝y_init

其中，α_stick为所述喷杆相对于惯性坐标系的夹角，α_nozzle为所述喷杆上的喷嘴相对于惯性坐标系的夹角，x_nozzle，y_nozzle与z_nozzle分别为所述喷杆的喷嘴相对于惯性坐标系的位置坐标，x_init，y_init与z_init分别为喷杆相对于惯性坐标系的位置坐标，l_stick为所述喷杆的长度，v为所述水流的初速度，x_curve是一个自变量，y_curve与z_curve分别为所述水流曲线相对于惯性坐标系的坐标，g为重力加速度。

3.如权利要求1所述的用于辅助无人机进行绝缘子清洗的水流预测方法，其特征在于，所述基于水流曲线相对于惯性坐标系的方程式，根据所述无人机的俯仰角与偏航角、所述云台的俯仰角与偏航角计算水流曲线在相机坐标系下的曲线方程式，包括：

根据所述无人机的偏航角与俯仰角以及所述云台的偏航角与俯仰角，计算所述相机参考系相对于所述惯性坐标系下的旋转矩阵R；

根据旋转矩阵R、所述水流曲线相对于惯性坐标系的坐标，计算所述水流曲线在相机坐标系下的曲线方程式如下：

其中，x_image，y_image与z_image分别是所述水流曲线在相机坐标系下的三个正交的坐标，x_curve，y_curve与z_curve分别为所述水流曲线相对于惯性坐标系的坐标。

4.如权利要求1所述的用于辅助无人机进行绝缘子清洗的水流预测方法，其特征在于，所述根据所述相机的标定参数和水流曲线在相机坐标系下的曲线方程式，计算水流曲线投影到相机平面上的曲线方程，包括：

根据畸变参数以及所述水流曲线在相机坐标系下的曲线方程式，计算畸变校正之后的水流曲线投影在相机平面上的坐标；

根据畸变校正之后的水流曲线投影在相机平面上的坐标，计算水流曲线投影到相机平面上的曲线方程。

5.如权利要求1-4任一项所述的用于辅助无人机进行绝缘子清洗的水流预测方法，其特征在于，在所述利用视觉信息预测水流曲线轨迹之后，还包括：

利用水流曲线轨迹辅助无人机进行绝缘子清洗作业。

6.一种用于辅助无人机进行绝缘子清洗的水流预测系统，其特征在于，包括：无人机上搭载有云台、相机和水箱，无人机包括视觉信息获取模块和水流曲线轨迹预测模块，其中：

信息获取模块用于利用无人机上搭载的云台获取无人机前方的视觉信息；

水流曲线轨迹预测模块用于利用视觉信息预测水流曲线轨迹；

所述无人机上搭载有相机和水箱，所述视觉信息包括所述无人机的俯仰角与偏航角、所述云台的俯仰角与偏航角、所述水箱的喷杆的长度以及喷杆相对于相机坐标系的位置和夹角、喷杆上的喷嘴相对于相机坐标系的夹角与水箱喷水的水流的初速度、相机的标定参数以及相机平面的尺寸以及显示屏的屏幕尺寸；

所述水流曲线轨迹预测模块包括第一计算单元、第二计算单元、第三计算单元以及第四计算单元，其中：

第一计算单元用于根据所述喷杆的长度以及喷杆相对于相机坐标系的位置和夹角、喷杆上的喷嘴相对于相机坐标系的夹角及水箱喷水的水流的初速度，计算水流曲线相对于惯性坐标系的方程式；

第二计算单元用于基于水流曲线相对于惯性坐标系的方程式，根据所述无人机的俯仰角与偏航角、所述云台的俯仰角与偏航角计算水流曲线在相机坐标系下的曲线方程式；

第三计算单元用于根据所述相机的标定参数和水流曲线在相机坐标系下的曲线方程式，计算水流曲线投影到相机平面上的曲线方程；

第四计算单元用于根据所述显示屏的屏幕尺寸和所述相机平面的尺寸，计算相机平面上的曲线方程变换为所述显示屏上的水流曲线轨迹。