變電站巡檢機(jī)器人視覺導(dǎo)航與路徑規(guī)劃的研究.pdf

1、變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，定期巡檢對于保證變電站的安全運(yùn)行至關(guān)重要。近年來，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)的人工巡檢方式正逐步被機(jī)器人巡檢方式所替代。巡檢機(jī)器人能夠在少人或無人值守的變電站中對電力設(shè)備進(jìn)行巡檢。而機(jī)器人完成巡檢任務(wù)的保證是其具備在多種條件下自主移動(dòng)的功能，機(jī)器人的視覺導(dǎo)航與路徑規(guī)劃正是實(shí)現(xiàn)這一功能的關(guān)鍵技術(shù)。因此本文對變電站巡檢機(jī)器人的視覺導(dǎo)航與路徑規(guī)劃進(jìn)行了研究。
　　首先，分析了變電站巡檢機(jī)器人的功能需求并設(shè)計(jì)

2、了變電站巡檢機(jī)器人系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。通過對現(xiàn)有機(jī)器人視覺導(dǎo)航與路徑規(guī)劃技術(shù)的分析，制定了一種基于導(dǎo)引線的視覺導(dǎo)航方案和一種基于人工勢場法的局部路徑規(guī)劃方案。
　　第二，在視覺導(dǎo)航方面，本文將機(jī)器人視覺導(dǎo)航分為導(dǎo)引線圖像預(yù)處理、導(dǎo)引線檢測、導(dǎo)引線跟蹤三個(gè)部分。在圖像預(yù)處理部分，首先描述了常用的圖像色彩分割，圖像濾波等技術(shù)。通過分析和對比實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了一套符合本文要求的圖像預(yù)處理流程。在導(dǎo)引線檢測部分，提出了一種基于最小二乘法的導(dǎo)引線檢測

3、算法。算法主要由導(dǎo)引線離散特征點(diǎn)提取，導(dǎo)引線模型分析，導(dǎo)引線模型分類及最小二乘曲線擬合四個(gè)部分組成。對導(dǎo)引線圖像的檢測實(shí)驗(yàn)證明了算法具有較高的檢測準(zhǔn)確率。在導(dǎo)引線跟蹤部分，采用了基于模糊控制的導(dǎo)引線跟蹤算法，算法主要由導(dǎo)航參數(shù)計(jì)算，移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模型分析和機(jī)器人模糊控制三個(gè)部分組成。介紹了實(shí)驗(yàn)所用的機(jī)器人平臺(tái)，并在該平臺(tái)上進(jìn)行了導(dǎo)引線跟蹤實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)證明了算法能夠有效地控制機(jī)器人沿導(dǎo)引線行走，實(shí)現(xiàn)對導(dǎo)引線的跟蹤。
　　第三，在路徑規(guī)

4、劃方面，本文介紹了傳統(tǒng)人工勢場法的原理，對其易陷入目標(biāo)不可到達(dá)及局部最小值的問題進(jìn)行了分析。針對目標(biāo)不可到達(dá)問題，采用了修改斥力函數(shù)的方法。針對機(jī)器人、障礙物、目標(biāo)點(diǎn)處于同一直線而導(dǎo)致的局部最小值問題，提出了一種改進(jìn)逃逸力法。針對多障礙物造成合力為零而導(dǎo)致的局部最小值問題，采用了障礙物連接法。對變電站的環(huán)境進(jìn)行了分析并建立了相應(yīng)的人工勢場模型，通過該勢場模型下傳統(tǒng)人工勢場法及本文改進(jìn)人工勢場法的仿真模擬實(shí)驗(yàn)，證明了本文的改進(jìn)算法能夠很好