[发明专利]一种面向风机叶片巡检的无人机自动航迹线规划方法

权利要求书

1.一种面向风机叶片巡检的无人机自动航迹线规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，建立风机模型，并且根据巡检要求将风机模型进行网格化处理，得到风机面图形学模型，在风机面图形学模型的每个网格面片的基础上规划出候选航迹点区域，保证航迹点区域中选择出的航迹点至少可见一个完整的面片区域，保证获取完整的风机表面图像；随后，基于候选航迹点区域进行航迹点采样，完成航迹点优化；完成航迹线规划；进行风机姿态的识别并完成航迹线的调整。

2.根据权利要求1所述的一种面向风机叶片巡检的无人机自动航迹线规划方法，其特征在于，建立风机模型，并且根据巡检要求将风机模型进行网格化处理，得到风机面图形学模型的步骤包括：

选择建模工具根据风机三维尺寸信息建立三维的风机模型，从中导出风机模型的.STL格式的模型文件，.STL格式的模型文件以小三角形面片为基本单位，离散地近似描述上述风机模型的表面，能够满足将模型进行图像学表示的要求，.STL格式的模型文件记录所有三角形面片数量、各三角形顶点坐标及各面片的法向量，法向量符合右手规则，在此模型文件中，可获取风机模型的三角形面片数量、各面片的法向量及各三角形顶点坐标；

使用Materialise Magics 24.0对建模工具得到的网格化的风机模型再次进行处理，得到满足需求的风机面图形学模型。

3.根据权利要求1所述的一种面向风机叶片巡检的无人机自动航迹线规划方法，其特征在于，在规划候选航迹点区域时，从安全性考虑，约束安全范围，设定最大及最小安全空间，从可见性方面考虑，需要使无人机航向与三角形网格面片之间呈锐角，即使无人机的航向与三角形超平面的法向量之间的夹角大于零，三角形面片的超平面由其入射角决定，构建出约束条件，从而选择出可覆盖风机面图形学模型的所有三角形面片，保证获得高质量的完整风机表面图像，保证以最高的质量完成巡检任务。

4.根据权利要求3所述的一种面向风机叶片巡检的无人机自动航迹线规划方法，其特征在于，从可见性方面考虑，使无人机航向与三角形面片之间为锐角，即使无人机的航向与三角形超平面的法向量之间的夹角大于零，三角形面片的超平面由其入射角决定，得到候选航迹区域，约束条件表述为平面约束，如式(1)所示：

其中，g＝(x,y,z)表示航迹点的空间位置，d_max为最大安全空间，d_min为最小安全空间，x_i是网格三角形的角，a_N是归一化三角形法线，m是三角形面片的中心点，n_i是针对入射角约束的分离超平面的法线，∠in₁,∠in₂,∠in₃表示最小入射角；

无人机携带的成像设备以固定的俯仰角和相对航向安装在无人机上，其视场角FOV分为垂直和水平开口，利用FOV上限的等效约束，候选航迹区域被限制为三角形截面，由无人机自带的垂直照相机打开约束产生的总采样空间是在所有垂直方向上所有这些三角形截面的并集；将空间划分为N_C块相等的凸块，约束条件则表示为式(2)：

其中，分别表示三角形面片的相关角，n_right、n_left分别表示各个分离超平面的法向量。

5.根据权利要求1所述的一种面向风机叶片巡检的无人机自动航迹线规划方法，其特征在于，根据风场的风机模型构建出其对应的风机面图形学模型，并通过该模型得到候选航迹点区域，在候选航迹点区域内选择航迹点时，需要迭代优化的进行，实现整体航迹点集的优化。