托卡马克部件转运车的定位与导航方法研究

发布时间：2020-06-08 08:44

【摘要】：定位导航技术一直是机器人学领域的主要研究方向之一。可靠的定位导航技术是移动机器人能够胜任诸如智能交通、室内清洁、现场搜救甚至星球探索等任务的关键。特别是在危险环境，比如核污染环境下，自主导航系统能够让机器人代替人类安全地完成工作。托卡马克部件转运车系统（Tokamak Transfer Cask System）是热核聚变实验项目中的关键系统之一，负责在托卡马克建筑与热室之间进行密封部件的运输和对接的任务。以此作为研究背景，本文研究了如何在室内环境下实现高效而可靠的自主定位导航方法。主要工作与创新点如下： 1、分析对比了目前常用的各种定位导航方法，针对托卡马克部件转运车的应用需求，设计了转运车实验平台。 2、研究了基于人工路标的激光雷达定位导航方法，分析了使用人工路标定位的基本原理与主要特点。在此基础上，提出了一种人工路标优化布置方案，实现了基于路标地图的高精度定位导航。针对激光雷达传感器存在检测误差的问题，提出了改进的路标地图创建方法与定位方法，实验结果表明定位精度优于现有方法。 3、从人工路标的角度出发，针对传统的人工路标建立地图的复杂与耗费时间的现状，设计了结合同步建图与定位（Simultaneous LocalizationAnd Mapping，SLAM）与人工路标的方法，利用轮廓数据中的强度检测结果进行人工路标的提取与匹配，实现了路标地图的自动建立，提升了执行效率。 4、从SLAM的角度出发，研究了SLAM中关键的数据融合问题，分析了现有的环形闭合方法。首先提出利用人工路标的强度数据改进传统的扫描匹配方法，提高扫描匹配的准确性。本文还提出了利用人工路标的强度数据实现高效的环形闭合检测方法，用布置在关键位置的人工路标改变环境轮廓的反射强度分布，选取出关键帧用于后续的环形闭合检测。改进后的SLAM方法仅仅依赖少量的人工路标，降低了数据融合的难度，得到较好的环形闭合效果。最后，设计开发了托卡马克部件转运车实验平台的人机界面，进行了室内的定位导航实验，实验结果表明本文所提的方法具有较高的定位精度，满足托卡马克部件转运车的设计需求。此外还进行了大型室内环境下的SLAM以及环形闭合实验，证明本文所提的融合人工路标与轮廓数据的方法的可行性和鲁棒性。
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搬运车

3GRID 公司设计开发了基于视觉的 AGV 拖车、叉车产品，如图 1V 的使用是使用了视觉传感器以及 3D 的栅格地图，公司名称也于使用价格高昂的激光雷达传感器，使用视觉传感器大大降低，该公司坚持只使用视觉传感器，不使用任何导引线、磁轨等等致力于实现简单可行、调整灵活的 AGV 方案。年亚马逊公司收购的 Kiva 仓储机器人公司设计了的一整套大型决方案，使用了如图 1-3 所示的移动机器人。Kiva 的产品通常放承载这些货架的 kiva 机器人可以实现两指定点之间的多条路径的原理是事先在地板上贴上大量的条形码，kiva 机器人可以在这之间进行移动，，每次移动都以这些分布点作为目的地，遇到障碍图 1-2 SEEGRIDGP8 搬运车Fig.1-2 SEEGRID GP8 Pallet Truck

搬运车

图 1-2 SEEGRIDGP8 搬运车图 1-1 MAXAGV 的 FX 系列（左）与 CX 系列（右）Fig.1-1 MAXAGV FX (left) and CX (right) AGV
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP242;TL631.24

【参考文献】