本發(fā)明涉及一種無人機充電桿位置識別充電方法、系統(tǒng)及裝置，屬于無人機充電。

背景技術(shù)：

1、隨著無人機技術(shù)的迅速發(fā)展，已在火場情況監(jiān)視、地震救災、地質(zhì)勘探、生物多樣性研究等領(lǐng)域得到了廣泛應用。旋翼類無人機由于具有靈活性強、懸停能力好等優(yōu)點，廣泛應用于復雜地形和高精度任務中。

2、現(xiàn)有無人機自主充電系統(tǒng)主要采用接觸式充電和無線充電的方式。接觸式充電方式設計了直線運動的充電桿，充電桿像臺鉗一樣從兩側(cè)向中間靠攏，從而壓緊無人機的充電桿，這種裝置機械結(jié)構(gòu)簡單，但無人機充電觸點面積小，容易造成充電接觸不良，可靠性不夠高。無線充電方式通過電磁感應原理，實現(xiàn)無需物理接觸的無線充電。這種充電方式的能量傳輸效率通常低于有線充電，可能導致充電時間較長，效率低。且無線充電的充電距離通常有限，無人機必須精確對準充電區(qū)域，無疑增加了對無人機定位和導航系統(tǒng)的要求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種無人機充電桿位置識別充電方法、系統(tǒng)及裝置，提高無人機充電桿位置識別的準確性。

2、為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種無人機充電桿位置識別充電方法，包括：

4、獲取無人機各起落架末端之間距離及停機坪底部陰影圖像；

5、對停機坪底部陰影圖像進行預處理，獲得二值化圖像；

6、提取二值化圖像中每個輪廓的特征向量，進行標準化處理，獲得標準化后的輪廓特征數(shù)據(jù)；

7、對標準化后的輪廓特征數(shù)據(jù)進行聚類分析，篩選出符合起落架末端之間距離的輪廓，得到這些輪廓對應的中心點坐標組合；

8、根據(jù)所述中心點坐標組合判斷無人機充電桿位置，以控制充電機械臂定位抓取無人機充電桿，構(gòu)成充電回路。

9、結(jié)合第一方面，進一步的，對標準化后的輪廓特征數(shù)據(jù)進行聚類分析，篩選出符合起落架末端之間距離的輪廓，得到這些輪廓對應的中心點坐標組合，包括：

10、對標準化后的輪廓特征數(shù)據(jù)進行聚類分析，獲得每個輪廓的聚類標簽；

11、獲取滿足預設條件的聚類標簽，計算該聚類標簽下每個輪廓的中心點坐標，并將中心點坐標轉(zhuǎn)換為其在相機坐標系下的三維坐標；

12、計算三維坐標間的歐氏距離與無人機各起落架末端之間距離的相對誤差，獲得所有滿足預設相對誤差條件的三維坐標為符合起落架末端之間距離的輪廓對應的中心點坐標組合。

13、進一步的，滿足預設條件的聚類標簽為：輪廓數(shù)量不小于3的聚類標簽；

14、預設相對誤差條件為：三維坐標間的歐氏距離與無人機各起落架末端之間距離的相對誤差小于5%。

15、進一步的，所述預處理包括：進行圖像灰度化、圖像濾波、圖像二值化、開運算和閉運算。

16、進一步的，提取二值化圖像中每個輪廓的特征向量，包括：

17、遍歷所有提取到的輪廓，通過輪廓檢索提取二值化圖像中最外層的輪廓；

18、計算各輪廓的面積、周長；

19、將每個輪廓的面積、周長拼接成一個特征向量。

20、進一步的，所述方法還包括：

21、將符合起落架末端距離特征的中心點坐標組合轉(zhuǎn)化為機械臂基坐標系中的坐標，根據(jù)轉(zhuǎn)化后的坐標控制充電機械臂抓取無人機充電桿，構(gòu)成充電回路。

22、第二方面，本發(fā)明提供一種無人機充電桿位置識別充電裝置，包括：

23、獲取模塊：用于獲取無人機各起落架末端之間距離及停機坪底部陰影圖像；

24、處理模塊：用于對停機坪底部陰影圖像進行預處理，獲得二值化圖像；

25、提取模塊：提取二值化圖像中每個輪廓的特征向量，并進行標準化處理，獲得標準化后的輪廓特征數(shù)據(jù)；

26、分析篩選模塊：用于對標準化后的輪廓特征數(shù)據(jù)進行聚類分析，篩選出符合起落架末端距離特征的中心點坐標組合；所述中心點坐標組合用于指導充電機械臂定位抓取無人機充電桿，構(gòu)成充電回路。

27、第三方面，本發(fā)明提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，該計算機程序被處理器執(zhí)行時，實現(xiàn)上述任一項所述的一種無人機充電桿位置識別充電方法。

28、第四方面，本發(fā)明提供一種無人機充電桿位置識別充電系統(tǒng)，包括：

29、毛玻璃停機坪；

30、安裝于毛玻璃停機坪上方四周的定向光源；

31、安裝于毛玻璃停機坪內(nèi)部兩側(cè)的充電機械臂；

32、安裝于毛玻璃停機坪底部，用于拍攝毛玻璃停機坪區(qū)域，輔助充電桿位置識別的相機；

33、為充電機械臂提供正負電位，構(gòu)成充電回路的充電模塊；

34、處理器，用于執(zhí)行上述任一項所述的一種無人機充電桿位置識別充電方法的指令；所述處理器與充電機械臂、相機和充電模塊信號連接；

35、以及安裝于毛玻璃停機坪外部的無人機預期降落方向指示標。

36、結(jié)合第四方面，進一步的，所述充電機械臂上設置有用于充電連接的機械夾爪，所述機械夾爪為柔性仿生夾爪結(jié)構(gòu)。

37、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達到的有益效果：

38、本發(fā)明將相機置于停機坪底部，并結(jié)合預期降落方向指示標和定向光源，使得無人機起落架末端在成像過程中形成高對比度的特征陰影輪廓，有效避免無人機機身設備的遮擋問題，提高視覺識別的魯棒性，能夠在不同環(huán)境光照條件下穩(wěn)定識別起落架位置，提高機械臂抓取精度，進行精準識別。

39、停機坪采用毛玻璃材質(zhì)，利用其光散射特性減少鏡面反射，降低灰塵堆積對視覺識別系統(tǒng)的影響，及避免無人機機身設備成像對視覺識別的干擾，精準捕捉起落架末端的陰影輪廓，進一步提升系統(tǒng)的識別準確性和可靠性。

40、本發(fā)明提供的無人機充電桿位置識別充電方法打破單純依賴邊緣檢測或深度學習的傳統(tǒng)方法，不僅基于面積、周長的傳統(tǒng)輪廓特征，還額外引入了陰影輪廓中心點間的幾何距離匹配算法，融合輪廓特征與距離特征的綜合識別，實現(xiàn)了多維特征融合，提高復雜背景條件下的目標識別精度。

41、當識別到的中心點坐標組合數(shù)量不符合預設條件時，系統(tǒng)會自動發(fā)出報警并提示進行人工干預，確保識別的可靠性，保證了無人機充電桿位置識別系統(tǒng)在多環(huán)境條件下的長期穩(wěn)定運行。

42、本發(fā)明提出的無人機充電桿位置識別系統(tǒng)，引入柔性仿生夾爪結(jié)構(gòu)，通過優(yōu)化夾持力分布和接觸面幾何匹配，提高電極接觸的穩(wěn)定性，避免因接觸不良導致的充電效率下降和設備損壞問題，提升無人機自主充電的可靠性和壽命。

技術(shù)特征：

1.一種無人機充電桿位置識別充電方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的識別方法，其特征在于，對標準化后的輪廓特征數(shù)據(jù)進行聚類分析，篩選出符合起落架末端之間距離的輪廓，得到這些輪廓對應的中心點坐標組合，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的識別方法，其特征在于，滿足預設條件的聚類標簽為：輪廓數(shù)量不小于3的聚類標簽；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的識別方法，其特征在于，所述預處理包括：進行圖像灰度化、圖像濾波、圖像二值化、開運算和閉運算。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的識別方法，其特征在于，提取二值化圖像中每個輪廓的特征向量，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的識別方法，其特征在于，所述方法還包括：

7.一種無人機充電桿位置識別充電裝置，其特征在于，包括：

8.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，其特征在于，該計算機程序被處理器執(zhí)行時，實現(xiàn)如權(quán)利要求1-7任一項所述的一種無人機充電桿位置識別充電方法。

9.一種無人機充電桿位置識別充電系統(tǒng)，其特征在于，包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種無人機充電桿位置識別充電系統(tǒng)，其特征在于，所述充電機械臂上設置有用于充電連接的機械夾爪，所述機械夾爪為柔性仿生夾爪結(jié)構(gòu)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種無人機充電桿位置識別充電方法、系統(tǒng)及裝置，該方法包括：獲取無人機各起落架末端之間距離及停機坪底部陰影圖像；對停機坪底部陰影圖像進行預處理，獲得二值化圖像；提取二值化圖像中每個輪廓的特征向量，并進行標準化處理，獲得標準化后的輪廓特征數(shù)據(jù)；對標準化后的輪廓特征數(shù)據(jù)進行聚類分析，篩選出符合起落架末端之間距離的輪廓，得到這些輪廓對應的中心點坐標組合，根據(jù)中心點坐標組合判斷無人機充電桿位置，以控制充電機械臂定位抓取無人機充電桿，構(gòu)成充電回路。本發(fā)明實現(xiàn)了多維特征融合，提高復雜背景條件下的無人機充電桿位置識別精度。

技術(shù)研發(fā)人員：王嵐云,沈捷,嚴瑞鑫
受保護的技術(shù)使用者：南京工業(yè)大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15