基于轮式机器人平台的无人机自主控制的研究

发布时间：2020-06-28 12:11

【摘要】：输电线路是电力系统的重要组成部分,由于我国国土辽阔,输电线路需要穿越各种地形地貌复杂和气候迥异的区域,这就使得我国输电线路的运行维护需要面对多种挑战。随着智能运维的推进,输电线路的无人机巡检需求日益增长。这种先进的巡检模式,通过无人机携带可见光摄像机、红外摄像机、激光雷达以及卫星导航系统接收机等装置对输电线路的机械外观、发热异常部位、外部环境异常等进行检测并定位,大大提高了输电线路的巡检效率、降低了巡检的危险性。同时,也使检测获得的数据更加准确,异常情况的发现更为及时。目前,我国部分电力公司已经实现了无人机对输电线路的自动飞行巡检,不仅能够发现输电线路上的异物、绝缘子的污迹及损坏、防震锤滑移、线夹偏移等问题,而且还能够发现金具生锈和腐蚀、螺栓螺帽松动和开口销缺失等异常。但是,尚未能对无人机拍摄的图像进行完全自动识别;对于某些无人机自主飞行有难度的空域,比如,输电线路周围环境建筑物或树木高大的空域,还必须依靠人工到现场精准遥控多旋翼无人机进行巡检。因此,如何提升输电线路无人机自主巡检的作业范围和作业效果仍是一个需要深入研究且具有重要理论意义和实际应用价值的课题。基于上述背景,本文拟研究周围空域障碍物复杂的输电线路的无人机自动巡检问题,并研究无人机遥控器的机器人自动遥控方法,以应对控制协议未能获得的情况下的无人机自动遥控问题。针对周围空域障碍物复杂的输电线路的精准巡检需求,重点研究搭载无人机的轮式机器人的系统结构及其变结构方法,以及无人机遥控器的自动控制方法,主要内容包括:(1)搭载无人机的轮式机器人平台。该平台的设计包括两部分内容,第一部分为可独立转向的车轮,以解决轮式机器人平台在野外复杂地形行驶中遇到的紧急避障、紧急制动、坡道驻车等问题;第二部分为可以灵活拉伸至大于2倍车体宽度的横向伸缩结构,以满足无人机的搭载、起飞和降落等功能需求。(2)多旋翼无人机遥控器的自动控制系统。在未能获得无人机厂商的控制协议时,为开发者提供一种自动控制多旋翼无人机巡检作业的新方法。本文给出了该多旋翼无人机遥控器自动控制系统的控制原理、电路设计、机械设计和控制信号时序逻辑。(3)无人机遥控器自动控制系统的仿真测试。本文给出了无人机遥控器自主控制的软件设计,使用仿真调参软件DJI Assistant 2模拟无人机在虚拟环境中的起飞控制、飞行姿态控制和降落控制等自动控制过程,以及仿真测试过程的飞行路线及飞行数据。本文最后,对全文进行了总结,并说明了论文工作存在的不足,展望了未来需要进一步研究的问题。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM75
【图文】：

无人机,自主飞行,输电线路,空域

（a）（b）图 1-1 输电线路巡检中无人机自主飞行有难度的空域（2）通常，无人机厂商对某些机型的无人机采取一些技术保护手段，并不会发者开放这些机型的控制协议与开发权限。当电力行业的开发者选择这些无人机输电线路巡检的研究工作时，是无法对无人机进行二次开发工作的，更无法利用无人机设计适用的巡查检修方案和航线规划方案。.4 本文创新点及主要研究工作.4.1 主要创新点基于 1.3 中提出的现有研究方法的局限性，本文研究工作的主要创新点如下：（1）为了进一步实提升巡检的智能化和自主化程度，本文设计了一种可搭载机的轮式机器人平台，该平台既可以满足基本的行驶功能，如前进/后退、坡道驻车急避障、紧急制动等，也可以满足巡检无人机的搭载、起飞和降落的功能。

绪论,架空输电线,研究背景,章节

图 1-2 本文各章节联系第一章为绪论，首先介绍了本文的研究背景和研究意义，其次总结了架空输用无人机巡检技术的国内外发展现状及现有研究的局限性，最后简要介绍了要研究工作及各个章节的安排。第二章为多旋翼无人机遥控器自动控制系统及轮式机器人平台的整体概述，论文的两个组成部分：可搭载无人机的轮式机器人和基于该平台的多旋翼无器自动控制系统。第三章为轮式机器人平台的设计与控制，为提升输电线路无人机巡检需的自，设计了该平台的两种主要结构，可以实现搭载无人机的轮式机器人平台行种运动状态以及对巡检无人机的搭载和起飞降落阶段平台的变结构功能。第四章为多旋翼无人机遥控器自动控制系统。首先从巡检无人机的作业要求控器各按键的功能和控制方法将其分为两类，其次对两类按键分别设计了对遥控装置，以实现输电线路巡检过程中，对无人机飞行动作和对输电线路杆

【参考文献】