变电站智能巡检机器人的定位和导航

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随着我国智能电网2.0概念的提出,输电环境和输电设备朝着更加安全、高效、无人、信息化等方向发展。同时伴随着世界范围内智能机器人行业的迅速发展,能够代替人工去检测线路和仪器仪表的变电站智能巡检机器人的研发逐渐成为各大研究机构和高校的研究热点。现有的变电站巡检设备的导航和定位多采用磁导航、铺设磁感线或者RFID等设备,建设成本高昂,对基础设施破坏严重,都有其自身所不能克服的缺点。本文综合以前(相关)设备的设计的经验和原则,在此基础上设计了一套变电站智能巡检系统,利用其携带的高清摄像机和红外摄像机对输电线路温度进行检测和仪器仪表参数的读取。同时结合视觉信息和编码器的信息,更加精确的实现了机器人的定位和导航。本文的主要内容可以从以下方面进行概括:  在硬件方面进行了设计,包括运动系统、控制系统、视觉系统、通信系统、远程服务器等。运动系统是指机器人运动平台,本系统所采用的是双轮差速机器人,两个驱动轮和一个从动轮。控制系统包括对机器人运动平台的控制及对图像采集设备的控制,其中包括速度控制和角速度控制。在视觉系统的设计中,采用了载有高清相机和红外相机的云台系统。在通信系统的设计中,采用了无线通信和有线通信相结合的方式。在机器人平台及其载有的设备中采用有线通信的方式进行通信,但在机器人与远端服务器之间采用无线WiFi的方式进行通信。采用mysql数据库保存数据,以便在远端进行检测和控制。  在机器人的路径规划方面,改进了传统的A*算法求出的最短路径的方法,通过利用flyod算法将A*算法求出的路线去除多余的拐点和长度,减少机器人需要转折的次数,利用圆弧算法将路线进行平滑,最后生成适于双轮差速机器人运行的光滑最短路线。  在机器人运动控制方面,通过利用编码器反馈的信息,对电机的速度进行实时的控制,根据陀螺仪反馈的信息,对机器人的角速度进行精确控制。  在机器人定位方面,改进了传统的基于编码器的航迹推算方法,利用机器人跟踪张贴在环境中的二维码的视觉信息,基于特征点的检测和匹配读取二维码信息,从而得出二维码在环境中的位置,利用机器人和二维码的相对位置求得机器人在全局中的位置,结合编码器的信息,从而实现机器人的精确定位。
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