视觉与惯导信息融合的变电站巡检机器人定位方法及应用
发布时间：2021-10-20 19:26
随着多传感器信息融合技术、移动机器人技术的快速发展,变电站巡检机器人的研究也越来越成熟。相较于传统人工巡检,无人化、智能化的机器人巡检方式已经逐渐凸显出不可估量的优势。变电站巡检机器人在进行仪器仪表监测、故障检查任务时,首先需要机器人能够准确稳定的定位。本文即围绕巡检机器人在一定光照变化情况下稳定定位问题,开展了融合视觉与惯导信息的变电站巡检机器人定位研究工作。具体工作内容为以下几个方面:针对变电站恶劣、危险的巡检环境,本文研发设计能够在变电站环境下稳定运行的巡检机器人硬件平台。并对巡检机器人的四轮主动差分运动模型进行详细分析验证。进一步为解决因机器人结构参数所导致的轮式里程计结果误差大的问题,提出一种结合视觉里程计的机器人参数估计方法,实现对机器人结构参数快速、准确的估计。对于视觉位姿估计过程中角点提取易受光照变化影响的问题,提出一种图像边缘化角点提取方法。通过预先对灰度图像进行边缘化检测,进一步对边缘化后的图像进行角点提取,从而保证在一定光照变化情况下所提取角点的稳定性。对于IMU（Inertial Measurement Unit）传感器求解位姿过程中重复积分的问题,提出利用IM...
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
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
1.3 巡检机器人定位技术研究现状
1.4 视觉与惯导融合定位技术研究现状
1.5 主要研究内容与论文结构
2 变电站巡检机器人研究平台
2.1 引言
2.2 机器人整体框架设计与构建
2.3 指标分析计算
2.4 电控系统设计与实现
2.5 机器人运动模型分析与参数标定方法
2.5.1 机器人运动模型分析
2.5.2 四轮差速运动模型仿真
2.5.3 机器人结构参数标定方法
2.6 本章小结
3 传感器模型及位姿估计方法
3.1 引言
3.2 相机模型分析
3.3 相机位姿估计原理分析
3.3.1 图像特征提取方法
3.3.2 变阈值边缘化角点提取
3.3.3 光流法特征跟踪
3.3.4 相机位姿估计
3.4 IMU传感器位姿估计
3.4.1 IMU测量模型
3.4.2 IMU预积分算法
3.5 本章小结
4 双目相机与IMU融合的定位方法研究
4.1 引言
4.2 双目相机与IMU联合初始化
4.2.1 相机外参在线估计
4.2.2 陀螺仪随机游走更新
4.3 双目视觉与IMU融合优化方法
4.3.1 IMU信息约束
4.3.2 视觉信息约束
4.3.3 滑动窗口中的边缘化
4.4 闭环检测及全局优化
4.4.1 闭环检测与重定位
4.4.2 全局位姿优化
4.5 实验结果及分析
4.6 本章小结
5 定位实验与分析
5.1 引言
5.2 实验平台介绍
5.3 相机模组标定方法及实验
5.3.1 IMU传感器标定方法及实验
5.3.2 双目相机传感器标定实验
5.3.3 双目相机与IMU传感器联合标定实验
5.4 室内场景实验结果及分析
5.5 室外场景实验结果及分析
5.6 本章小结
6 结论与展望
6.1 总结
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果
A 学术论文
B 参研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]重力扰动对惯性导航系统初始对准的影响[J]. 郝诗文,张志利,周召发,常振军,刘先一. 系统工程与电子技术. 2020(07)
[2]基于迭代最近点的井下无人机实时位姿估计[J]. 王岩,马宏伟,王星,杨林. 工矿自动化. 2019(09)
[3]非线性回归机器人运动参数估计方法[J]. 郑杰,张华,肖宇峰. 传感器与微系统. 2019(03)
[4]基于网格的密度峰值聚类算法的RFID定位[J]. 兰庆庆,肖本贤. 电子测量与仪器学报. 2018(10)
[5]基于OpenCV环境的SIFT、SURF、ORB算法比较分析[J]. 刘伟,钱莉. 化工自动化及仪表. 2018(09)
[6]基于灰度差分与模板的Harris角点检测快速算法[J]. 张立亭,黄晓浪,鹿琳琳,陈竹安,徐志宽. 仪器仪表学报. 2018(02)
[7]轮式移动机器人里程计系统误差校核[J]. 贝旭颖,平雪良,高文研. 计算机应用研究. 2018(09)
[8]变电站巡检机器人关键技术及其适用性研究[J]. 杨俊,黄礼华,张立平. 湖北电力. 2017(01)
[9]基于全景视觉机器人的改进UKF-SLAM算法研究[J]. 王开宇. 科技资讯. 2016(17)
[10]一种简化的室内机器人电磁定位算法与系统[J]. 陈跃跃,林海翔,王侃,徐孝东,胡超,冯忠晴. 集成技术. 2015(02)
博士论文
[1]基于群智感知的低功耗蓝牙室内定位技术的研究[D]. 郭莹莹.北京邮电大学 2017
[2]基于低频电磁信号的管道清堵机器人定位方法研究[D]. 魏明生.中国矿业大学 2016
[3]捷联惯性/星光组合导航关键技术研究[D]. 张金亮.西北工业大学 2016
硕士论文
[1]智能巡检机器人在变电运行中的应用[D]. 孙晓迪.山东大学 2019
[2]基于视觉和惯导融合的巡检机器人定位与建图技术研究[D]. 陈常.中国矿业大学 2019
[3]全地形轮式移动机器人设计与性能分析[D]. 王奉晨.西南交通大学 2018
[4]轮式移动机器人运动轨迹控制研究[D]. 郝雨尧.杭州电子科技大学 2018
[5]基于差分GPS的变电站巡检机器人定位导航系统的研究[D]. 魏苇.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3447470
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
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
1.3 巡检机器人定位技术研究现状
1.4 视觉与惯导融合定位技术研究现状
1.5 主要研究内容与论文结构
2 变电站巡检机器人研究平台
2.1 引言
2.2 机器人整体框架设计与构建
2.3 指标分析计算
2.4 电控系统设计与实现
2.5 机器人运动模型分析与参数标定方法
2.5.1 机器人运动模型分析
2.5.2 四轮差速运动模型仿真
2.5.3 机器人结构参数标定方法
2.6 本章小结
3 传感器模型及位姿估计方法
3.1 引言
3.2 相机模型分析
3.3 相机位姿估计原理分析
3.3.1 图像特征提取方法
3.3.2 变阈值边缘化角点提取
3.3.3 光流法特征跟踪
3.3.4 相机位姿估计
3.4 IMU传感器位姿估计
3.4.1 IMU测量模型
3.4.2 IMU预积分算法
3.5 本章小结
4 双目相机与IMU融合的定位方法研究
4.1 引言
4.2 双目相机与IMU联合初始化
4.2.1 相机外参在线估计
4.2.2 陀螺仪随机游走更新
4.3 双目视觉与IMU融合优化方法
4.3.1 IMU信息约束
4.3.2 视觉信息约束
4.3.3 滑动窗口中的边缘化
4.4 闭环检测及全局优化
4.4.1 闭环检测与重定位
4.4.2 全局位姿优化
4.5 实验结果及分析
4.6 本章小结
5 定位实验与分析
5.1 引言
5.2 实验平台介绍
5.3 相机模组标定方法及实验
5.3.1 IMU传感器标定方法及实验
5.3.2 双目相机传感器标定实验
5.3.3 双目相机与IMU传感器联合标定实验
5.4 室内场景实验结果及分析
5.5 室外场景实验结果及分析
5.6 本章小结
6 结论与展望
6.1 总结
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果
A 学术论文
B 参研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]重力扰动对惯性导航系统初始对准的影响[J]. 郝诗文,张志利,周召发,常振军,刘先一. 系统工程与电子技术. 2020(07)
[2]基于迭代最近点的井下无人机实时位姿估计[J]. 王岩,马宏伟,王星,杨林. 工矿自动化. 2019(09)
[3]非线性回归机器人运动参数估计方法[J]. 郑杰,张华,肖宇峰. 传感器与微系统. 2019(03)
[4]基于网格的密度峰值聚类算法的RFID定位[J]. 兰庆庆,肖本贤. 电子测量与仪器学报. 2018(10)
[5]基于OpenCV环境的SIFT、SURF、ORB算法比较分析[J]. 刘伟,钱莉. 化工自动化及仪表. 2018(09)
[6]基于灰度差分与模板的Harris角点检测快速算法[J]. 张立亭,黄晓浪,鹿琳琳,陈竹安,徐志宽. 仪器仪表学报. 2018(02)
[7]轮式移动机器人里程计系统误差校核[J]. 贝旭颖,平雪良,高文研. 计算机应用研究. 2018(09)
[8]变电站巡检机器人关键技术及其适用性研究[J]. 杨俊,黄礼华,张立平. 湖北电力. 2017(01)
[9]基于全景视觉机器人的改进UKF-SLAM算法研究[J]. 王开宇. 科技资讯. 2016(17)
[10]一种简化的室内机器人电磁定位算法与系统[J]. 陈跃跃,林海翔,王侃,徐孝东,胡超,冯忠晴. 集成技术. 2015(02)
博士论文
[1]基于群智感知的低功耗蓝牙室内定位技术的研究[D]. 郭莹莹.北京邮电大学 2017
[2]基于低频电磁信号的管道清堵机器人定位方法研究[D]. 魏明生.中国矿业大学 2016
[3]捷联惯性/星光组合导航关键技术研究[D]. 张金亮.西北工业大学 2016
硕士论文
[1]智能巡检机器人在变电运行中的应用[D]. 孙晓迪.山东大学 2019
[2]基于视觉和惯导融合的巡检机器人定位与建图技术研究[D]. 陈常.中国矿业大学 2019
[3]全地形轮式移动机器人设计与性能分析[D]. 王奉晨.西南交通大学 2018
[4]轮式移动机器人运动轨迹控制研究[D]. 郝雨尧.杭州电子科技大学 2018
[5]基于差分GPS的变电站巡检机器人定位导航系统的研究[D]. 魏苇.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3447470
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