变电站巡检机器人路径规划系统设计与实现

发布时间：2017-10-14 00:00

  本文关键词：变电站巡检机器人路径规划系统设计与实现

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【摘要】：随着电压等级的不断提高,变电站占地面积不断增大、运行环境更加复杂,变电站人工巡检的工作量也在不断提高。变电站巡检机器人能够部分代替或者完全代替变电站的工人进行日常巡检工作。巡检机器人的硬件组成包括机器人本体、工控机、GPS接收模块、数字电台接收模块、ARM处理器、惯性导航器件(IMU)、无线路由器、摄像头以及其他辅助设备。机器人本体包括机器人的机械结构、车轮及其驱动等设备。在机器人上安装工控机以及Ubuntu操作系统,并在Ubuntu上装ROS (Robot Operating System)系统作为整个巡检机器人的中央核心控制平台。GPS模块接收机器人当前坐标信息,数字电台模块接收基准站信号,IMU采集机器人当前姿态信息,并将三种信息传递给ARM进行差分GPS定位计算及姿态解算。ARM把计算好的位置和姿态通过串口发送给工控机,由工控机上运行的分层A*路径搜索算法决定机器人的下一个行动目的地。建立自主的分层地图数据库是实现巡检机器人路径规划系统的基础。首先将地图分为高层和底层两层,根据道路的宽窄、人车流量、路障数量等因素确定道路的层级；其次选定道路的关键点,利用差分GPS测量这些关键点的经纬度,建立分层地图数据库并存储在工控机上；再次编写程序实现分层A*路径搜索算法,驱动Pioneer3机器人实现路径规划与导航；最后,选定一个实验区域进行实地实验。通过在实验区域进行实地测试,证明系统能够搜索出最优路径,并能够驱动Pioneer3机器人自主导航到达目标节点。
【关键词】：巡检机器人 ROS 分层A~*搜索算法 路径规划
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM63;TP242
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题的背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 巡检机器人系统分析12-16
• 1.3.1 巡检机器人的定位方式分析12-13
• 1.3.2 巡检机器人地图系统分析13-14
• 1.3.3 巡检机器人路径搜索分析14-15
• 1.3.4 巡检机器人软硬件分析15
• 1.3.5 巡检机器人性能分析15-16
• 1.4 论文的结构安排16-17
• 第2章 路径搜索方案分析17-26
• 2.1 传统的最短路径搜索算法17-21
• 2.1.1 广度优先搜索算法17-19
• 2.1.2 深度优先搜索算法19-21
• 2.2 A*搜索算法21-25
• 2.2.1 估价函数21-22
• 2.2.2 OPEN表与CLOSED表的实现22-23
• 2.2.3 估价函数的确定23-25
• 2.3 分层A*搜索算法25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 系统分析及总体方案设计26-34
• 3.1 系统分析26
• 3.2 系统软件设计26-31
• 3.2.1 Ubuntu与ROS27
• 3.2.2 ROS系统结构27-30
• 3.2.3 系统软件结构30-31
• 3.3 系统硬件设计31-33
• 3.3.1 Pioneer3机器人平台32
• 3.3.2 工控机平台32
• 3.3.3 差分GPS模块和IMU模块32-33
• 3.3.4 ARM模块33
• 3.4 本章小结33-34
• 第4章 地图系统构建34-50
• 4.1 地图的选取34-36
• 4.2 地图的编码及数据采集36-45
• 4.2.1 地图的编码36-37
• 4.2.2 GPS坐标采集37-38
• 4.2.3 差分GPS校准38-42
• 4.2.4 地图路段长度的获取42-45
• 4.3 地图的分层45-47
• 4.3.1 分层结构45-47
• 4.3.2 分层结构的优点47
• 4.4 地图的数据结构及存储47-49
• 4.4.1 地图的数据结构47-48
• 4.4.2 地图数据存储48-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第5章 程序设计及实验50-71
• 5.1 程序设计50-56
• 5.1.1 A*搜索算法程序设计50-51
• 5.1.2 分层A*搜索算法程序设计51-56
• 5.2 ROS程序设计56-59
• 5.2.1 Map_Nav节点程序设计57-58
• 5.2.2 Lct_node节点程序设计58
• 5.2.3 Map_search_server节点程序设计58-59
• 5.2.4 RosAria节点59
• 5.3 搜索实验59-64
• 5.4 实物实验64-70
• 5.4.1 实验设置及准备64-65
• 5.4.2 实物实验操作步骤65-67
• 5.4.3 实物实验67-70
• 5.5 本章小结70-71
• 结论71-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-77

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本文编号：1027806