变电站智能巡检机器人激光导航系统研究.pdf
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1、文章编号 : 1 0 0 1 9 9 4 4 ( 2 0 1 2 ) 0 5 0 0 0 5 0 5 变电站智能巡检机器人 激光导航 系统研究 肖 鹏 , 栾贻青 , 郭 锐 , 王 明瑞 , 孙 勇 ( 山东电力研 究院 国家 电网电力机器人技术实验室 , 济南 2 5 0 0 0 2 ) 摘要 : 针对现有变电站智能巡检机器人导航定位方式的不足 , 将 激光定位技 术应用于巡检 机 器人 导航 。设计 了巡检机 器人激光导航原 型系统 ,并在 室外环境 下对其进行 了实验 测 试 , 实验结果表 明 , 巡检机 器人运行 平稳 , 具有较 高的导航控制精度。另外 , 文 中详 细论述 了巡
2、检机 器人激光导航 系统 实现过程 中所涉及 的激光 定位及 导航控 制原理 ,并给 出了导 航 系统 的硬 件 组 成 结 构和 软 件 执 行 流 程 关键词 : 变电站 ; 巡检机器人 ; 激光导航 中图分类号 : T P 2 4 2 3 文献标 志码 : A Re s e a r c h o f t h e La s e r Na v i g a t i o n S y s t e m f o r t h e I n t e l l i g e n t Pa t r o l Ro bo t XI AO Pe n g, L UAN Yi q i n g, GU0 Ru i , W ANG
3、 Mi n g r u i , SUN Yo ng ( S h a n d o n g E l e c t ric P o w e r Re s e a r c h I n s t i t u t e, S t a t e Gr i d E l e c t r i c P o w e r R o b o t i c L a b o r a t o r y, J i n a n 2 5 0 0 0 2, C h i n a ) Ab s t r a c t : Ai me d a t t h e d e f i c i e n c y o f t h e n a v i g a t i o n
4、s y s t e m o f t h e i n t e l l i g e n t p a t r o l r o b o t , t h e l a s e r p o s i t i o n i n g t e c h n o l o g y w a s a p p l i e d t o t h e n a v i g a t i o n o f t h e r o b o t , a p r o t o t y p e n a v i g a t i o n s y s t e m w a s d e s i g n e d, a n d a n e x p e r i me n
5、t a l t e s t wa s ma d e i n t h e o u t d o o r e n v i r o n me n t E x p e ri me n t t e s t r e s u l t s s h o w t h a t t h e r o b o t r u n n i n g w a s s t e a d y a n d t h e q u a l i t y o f n a v i g a t i o n wa s p r e c i s e I n a d d i t i o n, t h e t h e o ry o f l a s e r p o
6、s i t i o n i n g a n d n a v i g a t i o n c o n t r o l i n v o l v e d i n t h e l a s e r n a v i g a t i o n s y s t e m w a s d i s c u s s e d i n t h i s p a p e r , t h e h a r d wa r e s t r u c t u r e a n d s o f t w a r e fl o w c h a r t o f t h e n a v i g a t i o n s y s t e m we r e
7、 a l s o g i v e n o u t Ke y wor ds : s u b s t a t i o n; pa t r o l r o bo t; l a s e r na vi g a t i on 变电站智 能巡检机器 人是一种室外轮式移动 机器人 , 其可 以携带可见光 、 红外等检测设备对室 外变 电站 内设备进行全时段 自主巡检【 ” 。导航 和定 位 是 巡检 机 器人 完全 自主运 行 的关 键 , 巡 检 机器 人 导航 系统 的性能直接决定了其完成巡检任务 的质 量 。 目前 , 变 电站现 场 运行 的巡 检机 器 人 均 采用 磁 轨迹引导配合 R F I
8、D定位的导航定位方式 ,该方式 需要预先在机器人运行路线上埋设磁轨迹 , 并在机 器人需要停靠 的位置埋设 R F I D标签 ;机器人运行 过程 中, 机器人上的磁传感器阵列检测机器人运动 中心相对 于磁轨迹的偏移 通过运动控制器控制左 右两轮差速 ,从而使机器人 沿设定路线运行 ; R F I D 读 卡器 则在 检测 到埋设 在路 径上 的标 签后通 知机 器 人到达设定位置 。 此 时机器人可在车载计算机控制 下完成停靠 、 转向、 加减速、 设备检测等动作l 2 l 。该方 式虽然具有导航定位重复精度高 、 抗干扰能力强等 特点 。 但在实际使用中也面临一些问题, 比如磁轨迹 铺 设
9、 时地 面施 工复 杂 工作 量 大 、 机 器人 运 行路 线 不 收稿 日期 : 2 01 1 - 0 9 1 9: 修 订 1 3期 : 2 01 1 -l l 一 2 9 基金项 目: 山东 电力研究院科研基金项 目( K Y 2 0 1 1 - 1 5 ) 作者简介 : 肖鹏 ( 1 9 8 2 一 ) , 男 , 硕士 , 工程师 , 主要从事机器人导航控制 、 电机控制、 嵌入式软件开发方面的研究。 自 动 化 与 仪 表 2 0 12 (5 ) 日 灵 活 、机器人越 障高度受限于磁传感 器检测距离 等 , 这些问题在现有方式下较难解决。 针对 以上问题 , 一些新的导航定位方
10、式被应用 于巡检机器人导航 , 其中 : 文献f 3 1 介绍 了一种基于 地面标志引导 的巡检机器人单 目视觉导航方法 , 其 通过摄像机采集路面图像并从 中提取引导线和停 靠标志 使机器人沿设定路线运行和停靠 , 但未解 决对 于十字路 口以及黑暗条件灯光照射下 的导航 问题 , 并且路面导航标志 的污染势必会影响其导航 定位性能 ; 文献 4 1 给出了高精度差分 G P S应用于巡 检机器人导航的具体实施方式 探讨 了 G P S在变电 站强电磁环境下所受干扰的特点与原因; 文献 5 1 则 提 出了一种巡检机器人 D G P S D R组合导航方案, 该 方案 中当 G P S信号受
11、干扰后就切换至 D R导航 , 但 是 G P S和 D R未进行有效的数据融合 , 导致切换至 D R导航 时机器人 导航精度快速下降 ; 文献 6 7 1 分 别 探 讨 了 巡 检 机 器 人 G P S D R 和 G P s 惯 性 组 合 导 航 中的数据融合方法 , 利用卡尔曼滤波对 G P S和各 传感器数据进行有效融合 ,取得了 良好的效果 , 但 是这两种方法对 G P S输 出数据 中定位精度指示延 迟比较敏感 对 G P S设备性能要求较高。 目前 , 可用于室外机器人导航定位 的方式除上 述介绍之外还有超声波 、 激光 、 地 图匹配和无线传 感 器 网络 等 。 由
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- 变电站 智能 巡检 机器人 激光 导航系统 研究