变电站巡检机器人控制系统设计与开发

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 变电站巡检机器人国内外研究现状

1.2.1 国外发展现状

1.2.2 国内发展现状

1.3 变电站巡检机器人关键技术及研究现状

1.4 论文内容及组织结构

2 变电站巡检机器人控制系统总体设计

2.1 变电站巡检机器人控制系统需求分析

2.2 变电站巡检机器人硬件平台

2.2.1 硬件集成设计

2.2.2 关键设备选型

2.3 变电站巡检机器人软件系统

2.3.1 巡检机器人软件系统设计原则

2.3.2 巡检机器人软件系统框架及功能模块

2.4 本章小结

3 变电站巡检机器人路径规划算法

3.1 地图模型及需求分析

3.1.1 变电站地图道路模型分析

3.1.2 变电站路径规划任务需求分析

3.2 变电站全局路径规划方案设计

3.2.1 基于Dijkstra的局部最短路径规划

3.2.2 基于模拟退火蚁群算法的全局路径规划

3.3 模拟退火蚁群算法具体设计

3.3.1 改进的蚁群算法

3.3.2 模拟退火蚁群算法

3.3.3 模拟退火蚁群算法步骤

3.4 算法仿真

3.4.1 变电站示例模型验证

3.4.1 大规模节点仿真

3.5 本章小结

4 变电站巡检机器人定位与轨迹跟踪算法

4.1 运动学模型

4.1.1 机器人与世界坐标系

4.1.2 前轮转向后轮驱动模型

4.1.3 原地转向模型

4.1.4 原地转向里程计推算

4.2 基于AMCL的机器人定位算法

4.3 轨迹跟踪控制算法

4.3.1运动误差模型

4.3.2 控制律设计

4.3.3 算法仿真

4.4 本章小结

5 融合单目视觉的改进姿态估计算法

5.1 摄像机模型及标定

5.1.1 基本成像模型的建立

5.1.2 摄像机标定

5.2 ORB特征点的提取与匹配

5.2.1 特征点提取与描述

5.2.2 特征点匹配及优化

5.3基于单目视觉的相对位姿推算

5.3.1 摄像机位姿和机器人位姿的关系

5.3.2 计算摄像机姿态变化的角度?θ

5.3.3 单目视觉姿态估计的整体流程

5.4 加权融合的改进机器人姿态估计

5.4.1 姿态加权融合

5.4.2 实验验证

5.5 本章小结

6 变电站巡检机器人控制系统实现及测试

6.1 通信功能实现及测试

6.1.1 通信功能实现

6.2.2 通信功能测试

6.2 路径规划功能实现及测试

6.2.1 路径规划功能实现

6.2.2 路径规划功能测试

6.3 定位功能实现及测试

6.3.1 定位功能实现

6.3.2 定位功能测试

6.4 运动控制功能实现及测试

6.3.2 运动控制功能实现

6.4.2 运动控制功能测试

6.5 总体系统的启动及运行流程

6.5.1 巡检机器人系统的启动

6.5.2 巡检机器人系统的运行流程

6.5.3 巡检机器人系统的整体调试

6.6 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

附录