基于激光扫描的电力巡检机器人导航系统研制

摘要

电力巡检机器人是常见的具备巡检能力的智能移动机器人，主要实现从某一位置寻找合适路径运行至目标位置点并完成特定检测任务的功能。电力巡检机器人系统通常可分为导航系统和检测系统两部分。其导航系统跨越通信、定位、信息融合、运动控制等多个技术领域。目前已投入应用的巡检机器人导航系统普遍需要在前期搭建地标或者铺设磁条，环境改造工程量大、应变性弱且导航精度不够高。针对上述问题，本文研制了一种基于激光扫描的电力巡检机器人导航系统，提出了整体系统的设计方案，研发了系统的各功能模块子系统，并进行了整个系统的集成。研制的导航系统通过了多项实测，已进入实际应用。
　　首先，论文提出了整体导航系统的设计方案。根据系统硬件平台设置，构建了系统的整体框架，包括地图创建、路径规划、定位导航等功能模块，给出系统性能要求和预期指标。
　　其次，论文讨论了系统软件的研制。通过系统软件平台集成了环境地图显示、路径规划设计、实时定位跟踪和远程导航控制等功能。
　　在创建地图与规划路径方面，应用最近迭代点算法进行激光点云数据匹配融合，实现了全局地图的创建；基于系统软件进行地图路径设计，通过最短路径算法规划了最优导航路线。
　　在研制导航模块方面，通过激光点云数据与全局地图的匹配实现了巡检机器人的实时定位功能；设计并实现了导航初始定位的手动标定方法和自动标定方法以及直线路径和曲线路径的导航算法。
　　最后，通过导航系统在三种不同环境的实测数据，分析重复定位导航精度、室内和室外环境定位导航效果，从系统性能分析、指标实现等多方面进行系统评估。
　　目前，该导航系统可实现室内楼道环境重复导航定位误差?3cm以内，室外变电站环境导航定位误差基本控制在?10cm以内的精度效果，已通过用户单位验收投入商业试运行。

目录

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致谢

1. 绪论

1.1. 选题背景及意义

1.2. 国内外研究现状

1.3. 论文主要内容及章节安排

2. 电力巡检机器人导航系统的设计

2.1. 系统功能设计

2.2. 系统指标要求

2.3. 系统硬件平台介绍

2.4. 本章小结

3. 基于激光扫描数据匹配的地图创建

3.1. 激光点云数据采集

3.2. 激光点云数据匹配

3.3. 地图创建过程实现

3.4. 本章小结

4. 基于全局地图的路径规划

4.1. 系统软件设计

4.2. 路径编辑与路径存储

4.3. 最短路径规划功能实现

4.4. 本章小结

5. 基于激光扫描的巡检机器人定位导航

5.1. 巡检机器人实时定位

5.2. 巡检机器人导航原理及控制流程

5.3. 直线路径导航控制

5.4. 曲线路径导航控制

5.5. 导航测试实验结果

5.6. 本章小结

6. 电力巡检机器人导航系统的实现

6.1. 系统实测结果

6.2. 系统评估

6.3. 本章小结

7. 总结与展望

7.1. 本文工作的总结

7.2. 未来工作的展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果