基于单目机器视觉的高压输电线路障碍物定位研究

高压输电线巡线机器人运行线路上的障碍物识别定位,是实现巡线机器人自主导航的关键技术之一。针对110k V高压输电线路地线结构的特点,提出了基于单目机器视觉的高压输电线路障碍物定位研究方法。通过在巡检机器人本体上安装单目摄像机,利用单目摄像机采集前方线路图像,对图像中的障碍物进行识别,利用识别出来的障碍物位置中心与摄像机的位置关系建立测距几何模型,来对巡线机器人前方障碍物进行定位。该方法可以较精确地对巡线机器人前方约(1-2)m内的障碍物进行定位并测距,且误差小、识别率高、响应快。最后,通过实验验证该方法有较高的可行性和有效性,能够极大提高巡线机器人自主导航能力。     

基于地线改造的巡检机器人机械结构设计

针对目前研究的巡检机器人巡检效率低的问题,提出一种将巡检机器人和架空地线结构作为一个整体系统的研究方法,即将架空地线上的阻挡型防震锤、悬垂线夹和耐张塔头等阻挡型结构改造为无阻挡型道路结构,使得巡检机器人只需穿越这些越障碍物而无需跨越障碍物,从而大大提高机器人巡检效率。在此基础上,提出了一种沿架空地线行驶的自主巡检机器人系统,并着重阐述了线路改造和移动机器人机构两大关键技术。通过现场典型作业环境的运行试验,表明了提出的自主巡检机器人系统的正确性和良好的应用前景。     

电力隧道巡检机器人关键技术研究

随着中国式现代化的不断推进,人民生活和城市现代化建设对电能的需求逐步增多,电力隧道的规模和数量也在同步增大,这就对电力线路和设备的安全运行提出了更高要求。而电力隧道巡检机器人的出现弥补了传统人工巡检的缺陷,能有效保障电力线路和设备的安全可靠运行。现围绕机器人导航和定位技术、环境感知技术、机器人运动控制技术、电力供应和能源管理技术、操作控制和通信技术、安全保护和故障处理技术等六个方面对现有电力隧道巡检机器人的技术研究和应用状况进行了综述与分析,以便全面理解电力隧道巡检机器人的运行规则。     

输电线路巡检机器人越障控制研究

介绍了超高压输电线路巡检机器人越障控制方法。根据巡检作业任务的要求，采用遥控与局部自主控制相结合的方法,实现了巡检机器人沿线行走及跨越障碍的功能。采用基于单目摄像头定位和视觉伺服的方法，实现了巡检机器人的自主越障控制。实验结果表明，该机器人可沿线行走并自主跨越障碍，从而验证了控制系统设计的有效性与合理性。     

高压输电线路除冰机器人障碍物识别方法研究

障碍物检测识别是高压输电线路自主除冰机器人的关键技术之一.针对220 kV输电线路特殊的机器人工作环境,提出一种基于视觉的障碍物识别方法.首先对拍摄的障碍物图像进行中值滤波、膨胀腐蚀等预处理,经OTSU阈值优化计算后,用小波模极大值算法提取图像边缘.然后计算障碍物边缘图像的联合不变矩特征,再把矩特征输入小波神经网络进行障碍物图像的分类识别.并选取防震锤、悬垂线夹、耐张线夹三类障碍物做识别试验,还把小波神经网络与普通BP神经网络识别性能进行了比较,实验表明:以联合不变矩作为障碍物识别特征具有良好的可靠性和稳定性;小波神经网络识别分类的性能良好,比普通BP神经网络具有更快的收敛速度和更高的识别精度.     

一种基于数据融合的巡检机器人里程计算方法

为克服传统巡检机器人里程计算方法易受行走轮打滑而产生误差的难题,提出了一种基于数据融合的里程计算方法,提高了巡检机器人里程记录的准确性。针对双悬臂对称布置的巡检机器人构型,对其驱动轮打滑机理进行了分析,揭示了驱动轮打滑原因及规律;设计了一组里程测量单元,结合行走轮的编码器计数,提出了一种基于信任度的数据融合里程计算方法。通过在模拟线路和实际线路上进行大量实验,里程计算误差保持在0.15m以内,结果表明该方法有效提高了机器人里程计算的准确性,能够满足机器人定位、巡检及自主运行要求。     

高压巡线机器人的设计与实现

针对110 kV输电线路具有防震锤、耐张线夹、悬垂线夹、跳线、转弯等诸多障碍,线路与障碍物的相对位姿和形态不是非常固定的特点,首先设计出了一种全新的巡线机器人的机械结构,并对该结构的各个组成部分进行了详细的说明;然后,对巡线机器人的控制系统进行了设计。本体控制系统采用两级分布式计算机控制结构,规划级用于机器人管理和路径规划,直接控制级用于机器人的姿态和运动控制。实验线路上的运行表明,机器人较好地实现了自主越障,能够完成规定的巡检任务。     

基于输电线路行走越障任务的巡检机器人机构设计

针对超高压输电线路巡检机器人在线路巡检中行走越障的任务需求,在分析超高压线路障碍类型的前提下,提出了一种新型的适用于线路障碍类型多且角度大的巡检机器人行走及越障机构。介绍了变距越障机构和恒力矩夹持机构的构型及结构特点,根据输电线路障碍物尺寸变化的情况,分析了双臂变距越障机构对障碍物长度尺寸变化的适应性,在分析了机器人爬坡能力的基础上设计的恒力矩夹持机构,提高了机器人的爬坡性能。最后,通过现场实验验证了该行走及越障机构设计的可行性和有效性。     

一种自主越障巡检机器人行走夹持机构

在机器人越障过程中，由于重力的影响使得机器人车体水平姿态发生变化，从而机器人自主越障变得十分困难。分析了超高压输电线路障碍物的类型，提出了一种新的双臂自主越障巡检机器人构型，该构型能够跨越输电线路上的障碍物。针对这种新构型，阐述了机器人行走夹持机构的工作原理和实现形式，着重分析研究了偏心夹持机构对保持车体水平姿态的机理。最后，通过越障实验验证了行走夹持机构的可行性。     

高压输电线路的视觉巡检方法研究

高压输电线路视觉巡检系统的研究对保障输电线路安全稳定运行具有重要意义,而障碍物的检测识别是高压输电线路视觉巡检系统实现的关键技术之一。现针对高压输电线路的结构特点,提出了一种基于计算机图片处理技术的障碍物检测识别方法,该方法利用图像的边缘信息,采用直线、圆、椭圆检测方法,提取图像中直线、圆等几何基元,检验几何基元之间或几何基元和相线之间的结构关系来判断是否为线路障碍。     

基于改进人工势场法的电力巡检机器人自动避障轨迹规划

为了使巡检机器人在电力系统中避开障碍物,顺利完成电力巡检工作,提出基于改进人工势场法的电力巡检机器人自动避障轨迹规划方法。构建了电力巡检机器人的被控对象模型,分析电力巡检机器人的避障运动学,根据分析结果采用栅格法获取环境参数,实现环境建模,获取电力巡检机器人工作环境信息;引入改进人工势场法,叠加斥力势场和引力势场获得合力势场,判断环境中的障碍物并规划避障路线,完成电力巡检机器人自动避障轨迹的规划。实验结果表明,所提方法的避障准确率高、规划效果好、规划效率高。     

变电站轮式巡检机器人机械臂避障路径规划方法

变电站工作环境特殊且复杂,为保证巡检机器人在执行巡检任务的同时,能更好、更安全地进行作业,提出面向轮式巡检机器人的机械臂避障路径规划方法。利用八叉树结构建模技术,架构巡检机器人工作环境的三维模型与环境更新模型。确定机械臂与环境关系,建立机械臂运动学模型,根据末端执行器位姿的已知与未知情况,完成运动学模型的正解与反解计算。基于关节位姿的三维坐标,设定机械臂连杆不碰撞障碍物为必要条件,依据六次多项函数式解得的关节角速度与角加速度连续轨迹,通过更改非固定参数值,调整机械臂的移动轨迹,最后,利用贝塞尔曲线平滑处理路径。仿真试验结果表明,所提方法路径精度更优越,避障效果更理想,符合变电站巡检的实时性需求。     

阶梯攀爬机器人结构及控制方案设计

针对阶梯攀爬机器人工作过程中的楼梯攀爬及避障问题,对阶梯攀爬机器人机械结构、机器人阶梯攀爬方式、差速驱动方式下机器人运动方程进行了分析,对阶梯攀爬机器人行驶过程中障碍物检测、避障控制策略进行了研究;基于模糊控制原理,建立了阶梯攀爬机器人模糊避障规则,提出了一种基于MC9S12XS128单片机以及超声波传感器的阶梯攀爬机器人障碍物检测、避障及楼梯攀爬控制系统,并利用所研制的阶梯攀爬机器人样机进行了机器人避障、楼梯攀爬测试。测试结果表明,基于变形轮与行星轮相结合的阶梯攀爬机器人机构可以实现阶梯攀爬机器人避障及攀爬楼梯的功能,控制系统可以准确、迅速判断障碍物以及楼梯所处位置,并依据所建立模糊避障规则完成避障及楼梯攀爬任务。     

基于视觉的室内移动机器人障碍物描述

为了提高室内机器人的动态障碍物识别能力,提出了一种基于立体视觉的实时障碍物识别方法。首先借助于人的辅助引导,利用多传感器信息融合技术生成室内局部环境的粗略地图:接着在前面得到障碍物信息的基础上,通过对其三维信息的恢复检测出室内障碍物,最后讨论了突发障碍物的处理方法。     

基于时间栅格法和最优搜索的电网巡检机器人避障路径规划方法

针对电网巡检机器人存在避障能力低下和路径规划不合理的问题,研究基于时间栅格法和最优搜索的电网巡检机器人避障路径规划方法.利用时间栅格法标识工作空间内障碍物,构建机器人电网巡检环境信息,通过最优搜索避障路径算法,全局规划机器人到达目标点的路径,结合改进势场法,通过调整斥力和引力势函数,计算合力实现机器人的局部避障及避障路径规划,形成全局和局部相结合的避障方法.试验结果表明,躲避静态障碍物和动态障碍物的平均躲避成功率分别为 ９８．３７％ 和 ９６． １２％ ,避障路径规划平均耗时为 １.５６ s ,具备快速、高效、精准的避障及路径规划能力,可提升机器人的动静态障碍物避障能力和路径规划效率.     

Special Wide Area Path Planning Method of an Autonomous Mobile Robot Using GPS

Using sensor and GPS to make a trajectory planning for the stationary obstacle,autonomous mobile robot can assume that it is placed at the center of the map,and from the distance information between autonomous mobile robot and obstacles.But in case of active moving obstacle,many components and information need to process since their moving trace should be considered in real time.This paper proposes mobile robot’s driving algorithm of unknown dynamic environment in order to drive intelligently to destination using ultrasonic and Global Positional System(GPS).Sensors adjusted the placement dependment on driving of robot,and the robot plans the evasion method according to obstacle which are detected by sensors.The robot saves GPS coordinate of complex obstacle.If there are many repeated driving,robot creates new obstacles to the location by itself.And then it drives to the destination resolving a large range of local minimum point.If it needs an intelligent circumstantial decision,a proposed algorithm is suited for effective obstacle avoidance and arrival at the destination by performing simulations.     

输电线巡检机器人行走动力特性与位姿分析

根据跨越超高压输电线路障碍物的类型,提出一种新的双臂自主越障巡检机器人机构。该机器人采用复合轮爪机构在架空地线上连续行走并跨越障碍。由于架空地线呈悬链线状,机器人在连续行走过程中会出现上坡和下坡,对行走动力特性的影响非常明显。在上坡时行走电动机提供驱动力矩,在下坡时行走电动机提供制动力矩,以保持匀速巡线。详细分析了机器人在架空地线上行走时所处的加速、匀速、减速和停止的各个状态,驱动机器人所需的驱动力矩以及它们与机构参数之间的关系,并应用优化方法给出各个状态电动机驱动力矩最小时,机器人机构参数对应的最优解,为巡检机器人的设计和控制系统方案的确定提供了理论依据。     

基于旋翼负压混合吸附的爬壁清洗机器人系统动力学性能研究

针对爬壁清洗机器人越障时,负压装置的吸附力下降导致吸附不稳定的问题,设计了一种旋翼负压混合吸附工作的多边形履带清洗机器人,并对爬行稳定性及越障性能进行了动力学分析。首先根据机器人爬壁的运动原理,建立机器人沿玻璃幕墙上的动力学模型,计算出电机理论驱动力矩;其次分析机器人在跨越障碍过程中的运动模型,结合与壁面接触的实际受力状态,对越障过程中关键阶段的本体倾翻、滑移两种失效形式进行运动学和动力学分析;然后根据玻璃幕墙实际的障碍高度,确定多边形履带的参数和理论驱动力矩的大小,并研制了实验样机进行爬行和越障试验,结果表明所设计的机器人具有良好的越障性能。     

A new approach to map building by sensor data fusion: sequential principal component-SPC method

This study proposes a new map building method for a mobile robot operating in an environment with obstacles by fusing sensor data. Required information for a map designing is supplied by fusion of different sensor data using the sequential principal component (SPC) method. We discuss mathematical and experimental issues of the method by comparing a Bayesian method that works efficiently in map building using sensor data fusion. Application of the method for grid based map building is introduced and compatibility in mobile robot navigation is demonstrated. Experimental studies are implemented on Nomad200 mobile robot successfully.