CN113145538B - 一种绝缘子清洗控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种绝缘子清洗控制方法及系统，属于无人机清洗技术领域，包括：对捕获的绝缘子图像进行分析得到初始期望速度，并利用初始期望速度对无人机进行控制，在需要人工干预情况时，获取操作手操作遥控器操纵杆的摇杆杆量，并根据摇杆杆量映射得到映射速度；融合初始期望速度和映射速度，并将融合后的速度作为无人机的期望速度以对无人机进行控制。本发明允许操作员对自主清洗过程中的无人机进行实时干预，提高了使用无人机进行绝缘子冲洗作业的效率和安全性。

Description

一种绝缘子清洗控制方法及系统
技术领域
本发明涉及无人机清洗技术领域，特别涉及一种绝缘子清洗控制方法及系统。
背景技术
电力工业为其它部门提供基本动力，是国民经济的基础产业，输电线路作为电力系统不可缺少的一部分，保障其正常工作具有重要意义。电塔与输电线缆连接处常常安装有绝缘子器件，用来固定带电导体和增加爬电距离，提供足够的电气绝缘强度防止输送的电流回地造成电能损耗。但由于其长期处在暴露环境下，大气灰尘极易附着在绝缘子表面形成污秽层，遇到雨、雾等特殊天气时，污秽中包含的电解质溶解在水中，使得绝缘子表面电导增加，引起局部放电现象，极易发生污秽闪络，甚至造成大规模停电事故，所以保证绝缘子表面洁净是维护电力系统稳定运行的重要环节。对输电线路设备进行带电水冲洗是防止电网发生污闪、冰闪事故的简便有效且经济效益高的方法。
近年来，随着无人机的迅速发展，应用无人机进行电网绝缘子清洗越来越受到电力行业关注。传统无人机绝缘子清洗的控制方法主要有：
(1)纯手动控制，由操作员遥控无人机悬停到绝缘子附近，通过观察无人机前置云台相机回传的图像，利用经验判断机载清洁工具相对绝缘子位置，进而对其实施清洁操作。该方法对操作员经验要求较高，无人机自主能力较差，且清理过程耗时较长，效果完全取决于操作员。
(2)完全路径规划控制，由地面站事先对无人机的飞行路径关键点位置和清洗动作进行设定，然后无人机自主执行设定好的指令对绝缘子实施清洁操作。无人机起飞之后只能沿既定的轨迹运动，受到环境风力、气压扰动等影响时无法保证机载清洗工具对准绝缘子的状态，且操作员无法对无人机进行有效的干预，导致清洗效率不高。
(3)纯视觉伺服控制，由机载云台相机获取绝缘子图像信息，利用视觉反馈信号形成对无人机位置的闭环控制，使无人机自动悬停并完成清洗。该控制回路完全依赖机器视觉信号，中间过程同样无法干预，当视觉传感器受到水花、灰尘、光线等干扰时控制容易出错，可能导致事故。对于自动清理过程中漏喷的问题，操作员只能等清理过程结束后，再复飞重新清洗。
发明内容
本发明的目的在于克服上述背景技术中的不足，以提高绝缘子清洗的效果和效率。
为实现以上目的，一方面，采用一种绝缘子清洗控制方法，对捕获的绝缘子图像进行分析得到初始期望速度，并利用初始期望速度对无人机进行控制，在需要人工干预情况时，包括：
获取操作手操作遥控器操纵杆的摇杆杆量，并根据摇杆杆量映射得到映射速度；
融合初始期望速度和映射速度，并将融合后的速度作为无人机的期望速度以对无人机进行控制。
进一步地，所述获取操作手操作遥控器操纵杆的摇杆杆量，并根据摇杆杆量映射得到映射速度，包括：
当所述摇杆杆量的模长小于阈值时，将所述操纵杆杆量较大方向上的分量映射得到所述映射速度；
当所述摇杆杆量的模长大于阈值时，将所述操纵杆所有方向的分量进行映射得到所述映射速度。
进一步地，所述融合初始期望速度和映射速度，并将融合后的速度作为无人机的期望速度以对无人机进行控制，包括：
在所述摇杆杆量的模长小于阈值时，将所述映射速度与所述初始期望速度直接相加或加权求和，得到融合后的速度并将融合后的速度作为无人机的期望速度以对无人机进行控制；
在所述摇杆杆量的模长大于阈值时，将所述映射速度作为无人机的期望速度以对无人机进行控制。
进一步地，所述需要人工干预情况包括无人机漏喷、误喷或视觉传感器发生故障中的至少一项。
另一方面，采用一种绝缘子清洗控制系统，包括视觉伺服控制器、操作控制器、速度融合器以及机载速度控制器，视觉伺服控制器的输出与操作控制器的输出均与速度融合器连接，速度融合器的输出与机载速度控制器连接，操作控制器的输入与无人机遥控器操纵杆连接，其中：
视觉伺服控制器用于对捕获的绝缘子图像进行分析得到初始期望速度，并将初始期望速度输入至机载速度控制器以对无人机进行控制；
在需要人工干预情况时，操作控制器获取操作手操作遥控器操纵杆的摇杆杆量，并根据摇杆杆量映射得到映射速度；
速度融合器用于将初始期望速度和映射速度进行融合，并将融合后的速度作为期望速度输入至机载速度控制器以对无人机进行控制。
进一步地，所述操作控制器具体用于在所述摇杆杆量的模长小于阈值时，将所述操纵杆杆量较大方向上的分量映射得到所述映射速度；在所述摇杆杆量的模长大于阈值时，将所述操纵杆所有方向的分量进行映射得到所述映射速度。
进一步地，所述速度融合器具体用于在所述摇杆杆量的模长小于阈值时，将所述映射速度与所述初始期望速度直接相加或加权求和，得到融合后的速度并将融合后的速度作为无人机的期望速度以对无人机进行控制；在所述摇杆杆量的模长大于阈值时，将所述映射速度作为无人机的期望速度以对无人机进行控制。
进一步地，所述需要人工干预情况包括无人机漏喷、误喷或视觉传感器发生故障中的至少一项。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本发明允许操作员对自主清洗过程中的无人机进行实时干预，有效解决了纯视觉伺服下无人机冲洗绝缘子时可能存在误差，视觉传感器出错时无人机可能失控的问题，提高了使用无人机进行绝缘子冲洗作业的效率和安全性。
附图说明
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：
图1是一种绝缘子清洗控制方法的流程图；
图2是绝缘子清洗控制原理图；
图3是pitch/roll摇杆杆量定义示意图；
图4是一种绝缘子清洗控制系统的结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施方式的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施方式，并不用于限制本发明实施方式。
在本发明实施方式中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。
另外，若本发明实施方式中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1-2所示，本实施例公开了一种绝缘子清洗控制方法，包括：
S1、判断是否需要进行人工干预，若否执行步骤S2，若是执行步骤S3；
S2、对捕获的绝缘子图像进行分析得到初始期望速度，并直接利用初始期望速度对无人机进行控制；
S3、获取操作手操作遥控器操纵杆的摇杆杆量，并根据摇杆杆量映射得到映射速度；
S4、融合初始期望速度和映射速度，并将融合后的速度作为无人机的期望速度以对无人机进行控制。
本发明在基于视觉的控制过程中允许操作员进行实时干预，该控制方法降低了对操作员经验的要求，同时提升了无人机处理突发状况的能力。
作为进一步优选的技术方案，上述步骤S1：判断是否需要进行人工干预，包括：
判断是否有无人机漏喷、误喷或视觉传感器发生故障中的至少一种情况发生。
需要说明的是，当视觉传感器受到水花、灰尘、光线等干扰出现故障时，可能导致事故。而对于自动清理过程中漏喷、误喷的问题，操作员只能等清理过程结束后，再复飞重新清洗。本实施例在遇到上述情况时，采用人工干预的方式，提升无人机处理突发状况的能力。
作为进一步优选的技术方案，上述步骤S3：获取操作手操作遥控器操纵杆的摇杆杆量，并根据摇杆杆量映射得到映射速度，包括如下细分步骤S31至S32：
S31、当所述摇杆杆量的模长小于阈值时，将所述操纵杆杆量较大方向上的分量映射得到所述映射速度；
需要说明的是，杆量阈值是一个用户根据需要自行设定的值，其典型取值为最大控制杆量的5％，在实际无人机遥控中，飞手会根据自己的操作习惯设置合适的exp曲线，而同样的阈值在不同exp曲线下效果也不相同。
图3所示的空心圆形代表摇杆最大可动范围，黑色实心圆代表当前操作下摇杆的位置，摇杆操作可以分解为roll方向和pitch方向上的分量分解，对两个分量做比较，然后对两个分量做比较，将分量较大方向的分量映射得到映射速度。
另外需要说明的是，在手操模式下两个分量完全相等的情况几乎不存在或只能维持很短的时间，所以本实施例不考虑。
S32、当所述摇杆杆量的模长大于阈值时，将所述操纵杆所有方向的分量进行映射得到所述映射速度。
需要说明的是，在需要手动控制无人机时，可以通过遥控器操纵杆向无人机发送控制指令，对自动地视觉伺服过程实施干预。此时如图3所示，根据操作手杆量的大小对操作手的意图进行判断，决定无人机会在多大程度上响应操作手的控制。
根据杆量模长的不同会有以下两种速度映射方式：
当杆量模长(即操作手摇动控制杆的幅度)小于阈值时，对应的速度信号也较小，则认为此时操作手的意图是希望对无人机位置做出微调。在微调情况下，由于本身的有效控制信号数值不大，容易受到操作手手部抖动或摆动控制杆方向不准确等问题的影响，图3展示了操作手意图向前微调无人机的位置而前推控制杆，但是由于手部动作不精确，控制杆有向左的小幅度偏移。此时则认为较小杆量是误操作造成的并自动忽略之，只保留较大杆量方向上的动作信号作为期望运动速度信号。
当杆量模长大于阈值时，则认为操作手的意图是希望对无人机进行较大幅度的调整，且信号受到手部动作干扰的程度较小，所以会保留控制杆所有方向的分量，将杆量直接映射为速度控制信号。
作为进一步优选的技术方案，上述步骤S4：融合初始期望速度和映射速度，并将融合后的速度作为无人机的期望速度以对无人机进行控制，具体包括如下细分步骤S41至S42：
S41、在所述摇杆杆量的模长小于阈值时，将所述映射速度与所述初始期望速度直接相加或加权求和，得到融合后的速度并将融合后的速度作为无人机的期望速度以对无人机进行控制；
S42、在所述摇杆杆量的模长大于阈值时，将所述映射速度作为无人机的期望速度以对无人机进行控制。
需要说明的是，当人工控制杆量小于阈值时，说明视觉伺服模式工作基本正常，需要人工控制信号进行微小的修正，此时将视觉伺服速度输出和杆量映射出的速度信号进行直接相加完成速度融合，也可以对二者实施固定比例系数加权求和或自适应比例系数加权求和的方式进行融合来保证几种融合模式间过度的平滑性；
当人工控制杆量大于阈值时，认为飞机飞行出现了较大的偏差，此时视觉伺服输出不可靠，控制器将封锁视觉伺服输出而直接响应操作手杆量映射的速度控制信号，也即切换为纯手动控制模式。
当完成对无人机清洗过程的控制，操作员完成对无人机的调整，可以放开对pitch/roll杆的控制使杆量归0，则无人机又可以执行纯视觉伺服的清理过程。
需要说明的是，操作员不介入、遥控器杆量为0时，仅根据视觉伺服的速度控制信号对无人机进行控制，忽略操作员的人工控制信号。
如图4所示，本实施例公开了一种绝缘子清洗控制系统，包括视觉伺服控制器、操作控制器、速度融合器以及机载速度控制器，视觉伺服控制器的输出与操作控制器的输出均与速度融合器连接，速度融合器的输出与机载速度控制器连接，操作控制器的输入与无人机遥控器操纵杆连接，其中：
视觉伺服控制器用于对捕获的绝缘子图像进行分析得到初始期望速度，并将初始期望速度输入至机载速度控制器以对无人机进行控制；
在需要人工干预情况时，操作控制器获取操作手操作遥控器操纵杆的摇杆杆量，并根据摇杆杆量映射得到映射速度；
速度融合器用于将初始期望速度和映射速度进行融合，并将融合后的速度作为期望速度输入至机载速度控制器以对无人机进行控制。
作为进一步优选的技术方案，所述操作控制器具体用于在所述摇杆杆量的模长小于阈值时，将所述操纵杆杆量较大方向上的分量映射得到所述映射速度；在所述摇杆杆量的模长大于阈值时，将所述操纵杆所有方向的分量进行映射得到所述映射速度。
作为进一步优选的技术方案，所述速度融合器具体用于在所述摇杆杆量的模长小于阈值时，将所述映射速度与所述初始期望速度直接相加或加权求和，得到融合后的速度并将融合后的速度作为无人机的期望速度以对无人机进行控制；在所述摇杆杆量的模长大于阈值时，将所述映射速度作为无人机的期望速度以对无人机进行控制。
作为进一步优选的技术方案，所述需要人工干预情况包括无人机漏喷、误喷或视觉传感器发生故障中的至少一项。
需要说明的是，本实施例方案允许操作员对自主清洗过程中的无人机进行实时干预，有效解决了纯视觉伺服下无人机冲洗绝缘子时可能存在误差，视觉传感器出错时无人机可能失控的问题，提高了使用无人机进行绝缘子冲洗作业的效率和安全性；能够对操作手的意图进行判断，根据操作手的意图完成控制杆到速度信息的映射，减少手动控制模式下因操作人员手部动作不精确带来的误差；方案具有一定的灵活性，可以根据实际需要选择不同的速度信息融合方式，顺应操作人员的操作习惯和实际应用场景的需要。
以上结合附图详细描述了本发明例的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。

Claims (4)

1.一种绝缘子清洗控制方法，对捕获的绝缘子图像进行分析得到初始期望速度，并利用初始期望速度对无人机进行控制，其特征在于，在需要人工干预情况时，包括：
步骤一、获取操作手操作遥控器操纵杆的摇杆杆量，并根据摇杆杆量映射得到映射速度；
S31：当所述摇杆杆量的模长小于阈值时，将所述操纵杆杆量较大方向上的分量映射得到所述映射速度；
S32：当所述摇杆杆量的模长大于阈值时，将所述操纵杆所有方向的分量进行映射得到所述映射速度；
步骤二、融合初始期望速度和映射速度，并将融合后的速度作为无人机的期望速度以对无人机进行控制；
S41：在所述摇杆杆量的模长小于阈值时，将所述映射速度与所述初始期望速度直接相加或加权求和，得到融合后的速度并将融合后的速度作为无人机的期望速度以对无人机进行控制；
S42：在所述摇杆杆量的模长大于阈值时，将所述映射速度作为无人机的期望速度以对无人机进行控制。
2.如权利要求1所述的绝缘子清洗控制方法，其特征在于，所述需要人工干预情况包括无人机漏喷、误喷或视觉传感器发生故障中的至少一项。
3.一种绝缘子清洗控制系统，其特征在于，包括视觉伺服控制器、操作控制器、速度融合器以及机载速度控制器，视觉伺服控制器的输出与操作控制器的输出均与速度融合器连接，速度融合器的输出与机载速度控制器连接，操作控制器的输入与无人机遥控器操纵杆连接，其中：
视觉伺服控制器用于对捕获的绝缘子图像进行分析得到初始期望速度，并将初始期望速度输入至机载速度控制器以对无人机进行控制；
在需要人工干预情况时，操作控制器获取操作手操作遥控器操纵杆的摇杆杆量，并根据摇杆杆量映射得到映射速度；
速度融合器用于将初始期望速度和映射速度进行融合，并将融合后的速度作为期望速度输入至机载速度控制器以对无人机进行控制；
操作控制器具体用于在所述摇杆杆量的模长小于阈值时，将所述操纵杆杆量较大方向上的分量映射得到所述映射速度；在所述摇杆杆量的模长大于阈值时，将所述操纵杆所有方向的分量进行映射得到所述映射速度；
速度融合器具体用于在所述摇杆杆量的模长小于阈值时，将所述映射速度与所述初始期望速度直接相加或加权求和，得到融合后的速度并将融合后的速度作为无人机的期望速度以对无人机进行控制；在所述摇杆杆量的模长大于阈值时，将所述映射速度作为无人机的期望速度以对无人机进行控制。
4.如权利要求3所述的绝缘子清洗控制系统，其特征在于，所述需要人工干预情况包括无人机漏喷、误喷或视觉传感器发生故障中的至少一项。
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