基于机器视觉的变电站巡检机器人导航定位技术

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所属分类:AGV设计资料
摘要

变电站是电力网中的重要组成部分,是输、配电之间的集结点。定期对变电站的电力设备进行巡视,是其安全稳定运行的重要保证。随着变电站自动化水平的不断提高,传统的人工巡检作业方式正在逐步地被移动机器人巡检作业方式所取代。变电站巡检机器人完成任务的重要前提是其必须具备在复杂环境下自主移动的功能,而巡检机器人的导航定位技术正是实现这一功能的关键技术。所以,本文在机器视觉的基础上对变电站巡检机器人如何实现导航、定位功能进行了相应研究,研究主要内容如下:根据变电站巡检的实际情况,本文分析了巡检机器人的功能需求,设计了变电站巡检机器人的系统结构,采用了一种基于机器视觉的导航定位方案,包括循线导航和“二进制圆环码路标标识+单目视觉测距法”组合定位。通过循线导航模拟实验、圆环码读取仿真实验和单目视觉测距实验,验证了本文所提出的视觉导航定位方案的可行性。巡检机器人视觉循线导航的实现过程由以下三个部分组成:1、图像预处理部分,介绍了图像色彩分割、图像二值化处理、图像降噪滤波等技术,通过实验分析,制定了符合本文要求的图像预处理流程。2、引导轨线检测部分,利用边缘检测算子检测出引导轨线的两边缘线,结合改进的行列联合扫描算法提取出引导轨线中心线的离散特征点,再通过最小二乘法对中心线的离散特征点进行拟合,得到引导轨线中心线。通过引导轨线检测试验,验证了算法的有效性。3、引导轨线跟踪控制部分,采用了一种基于虚拟定标线的模糊控制算法,利用虚拟定标线计算出模糊输入量,再结合模糊控制策略表,推算出输出控制量,实现对巡检机器人的循线导航控制。“二进制圆环码路标标识+单目视觉测距”组合定位的实现过程如下:在预先铺设的引导轨线上,按照一定的顺序,设置若干个节点坐标,并且在每个节点坐标上铺设各不相同的二进制圆环码。当巡检机器人沿着引导轨线行驶至每个节点坐标,读取该节点坐标上的圆环码编号,实现初步定位。再通过单目视觉测距法,测量巡检机器人距离路标标识的距离,实现进一步定位,保证巡检机器人能够准确无误地停靠在设备待测点。

论文目录

摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题的研究背景与意义
1.2 课题的研究现状
1.2.1 变电站巡检技术研究现状
1.2.2 变电站巡检机器人研究现状
1.2.3 巡检机器人导航定位技术的研究现状
1.3 本文的主要研究内容
2 变电站巡检机器人系统结构及导航定位方案
2.1 巡检机器人功能需求分析
2.2 巡检机器人系统结构组成
2.3 变电站巡检机器人导航定位方案设计
2.4 本章小结
3 变电站巡检机器人视觉导航定位技术相关基本理论
3.1 机器视觉相关理论
3.1.1 摄像机成像模型
3.1.2 摄像机常用坐标系
3.1.3 摄像机标定方法简述
3.2 移动机器人运动特性分析
3.3 数字图像预处理
3.3.1 图像色彩分割
3.3.2 图像二值化处理
3.3.3 图像降噪滤波处理
3.4 本章小结
4 基于机器视觉的导航定位方案的实现
4.1 视觉循线导航的实现
4.1.1 循线导航流程图
4.1.2 引导轨线图像预处理
4.1.3 引导轨线的检测
4.1.4 基于虚拟定标线的模糊运动控制
4.2 组合定位的实现
4.2.1 组合定位流程图
4.2.2 二进制圆环码路标标识
4.2.3 单目视觉测距法
4.3 实验结果分析
4.3.1 循线导航模拟实验
4.3.2 二进制圆环码的读取
4.3.3 单目视觉测距结果
4.4 本章小结
5 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
作者简介及读研期间主要科研成果

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