基于安全区域模型的飞行机器人电塔巡检路径规划

发布时间：2017-08-06 01:11

  本文关键词：基于安全区域模型的飞行机器人电塔巡检路径规划

  更多相关文章： 电力杆塔巡检 路径规划 安全区域模型 RRT算法 强化学习

【摘要】：旋翼飞行机器人对电力杆塔巡检具有巡检效率高、成本低等优点,且由于其定点悬停、垂直起降、易于控制的飞行特性,已经越来越多得应用于电力设备的巡检当中。在飞行机器人对电塔进行巡检的过程中,图像数据采集的效果决定了整个巡检任务的完成质量。然而使用旋翼飞行机器人对电塔进行巡检时存在着安全距离约束、空间障碍物干扰、飞行时间有限、图像数据可用性差等问题。针对这些问题,本文提出了一种飞行机器人电塔巡检路径规划方法。本文研究了旋翼飞行机器人电塔巡检系统,通过分析电力杆塔结构特征建立了安全巡检区域,保障巡检过程中飞行机器人的安全,并针对巡检内容将飞行机器人巡检分为了线路走廊通道巡检和杆塔巡检。首先,提出了一种在三维环境中基于改进RRT算法的电塔巡检飞行机器人路径规划方法,根据巡检任务需求,将路径规划分为二维平面路径规划和三维空间路径规划两种情形,并在考虑飞行机器人机动性能约束的条件下,通过引入贪婪引导策略和路径裁剪算法,利用RRT算法生成了一条平滑可跟踪的路径,该方法主要用于对线路走廊和电塔进行快速巡检；其次,根据电力杆塔模型建立了安全巡检区域和目标视点区域,在考虑随机因素干扰的情况下通过强化学习算法对目标视点区域内的路径进行局部规划,由改进后的遗传算法规划出目标视点区域的最优巡检序列,确定了飞行机器人的最佳巡检轨迹,该方法主要用于对电塔进行精细化巡检；最后,构建了基于OGRE的电塔巡检飞行机器人视景仿真系统,用于飞行机器人巡检电力杆塔时视景显示和运动控制,验证所提方法的正确性和有效性。
【关键词】：电力杆塔巡检 路径规划 安全区域模型 RRT算法 强化学习
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM754;TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题的研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-16
• 1.2.1 飞行机器人电塔巡检研究现状11-14
• 1.2.2 移动机器人路径规划研究现状14-16
• 1.3 本文的主要研究工作16-18
• 第2章 电塔巡检问题分析及环境建模18-26
• 2.1 引言18
• 2.2 飞行机器人电力杆塔巡检系统18-19
• 2.3 巡检环境建模19-23
• 2.3.1 基于点云数据的八叉树模型20-22
• 2.3.2 安全巡检区域建模22-23
• 2.4 确定巡检目标23-25
• 2.5 确定目标视点区域25
• 2.6 本章小结25-26
• 第3章 基于改进RRT的电塔巡检飞行机器人三维路径规划26-37
• 3.1 引言26
• 3.2 电塔巡检路径规划流程26-29
• 3.3 二维平面的路径规划29-33
• 3.3.1 基于贪婪引导策略的RRT算法29-30
• 3.3.2 航迹约束条件30-31
• 3.3.3 路径裁剪31-32
• 3.3.4 轨迹平滑32-33
• 3.4 三维空间的路径规划33-34
• 3.5 仿真实验及分析34-36
• 3.5.1 二维平面路径规划仿真实验34-35
• 3.5.2 三维空间路径规划仿真实验35-36
• 3.6 本章小结36-37
• 第4章 基于安全区域模型的电塔巡检飞行机器人路径规划37-47
• 4.1 引言37
• 4.2 问题建模37-39
• 4.2.1 电力杆塔巡检模型37-38
• 4.2.2 分层巡检模型38-39
• 4.3 基于安全区域模型的路径规划39-43
• 4.3.1 基于Q学习的局部路径规划40-42
• 4.3.2 基于遗传算法的目标视点区域巡检序列42-43
• 4.4 仿真实验与分析43-46
• 4.4.1 目标视点区域内的局部规划43-45
• 4.4.2 目标视点区域巡检次序45-46
• 4.5 本章小结46-47
• 第5章 基于OGRE的电塔巡检飞行机器人仿真实验系统47-56
• 5.1 引言47
• 5.2 系统架构47-49
• 5.3 仿真系统实现49-53
• 5.3.1 基于OGRE的图形渲染模块执行流程49-50
• 5.3.2 基于VC++图形界面模块的设计与实现50-52
• 5.3.3 巡检任务的实现52-53
• 5.4 仿真实验53-55
• 5.5 本章小结55-56
• 第6章 总结与展望56-58
• 参考文献58-63
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果63-64
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作64-65
• 致谢65

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本文编号：627726