基于ROS的变电站室内巡检机器人的研究与设计

为了解决变电站室内人工巡检方式效率低、人工成本高、巡检精度低等问题,更好的促进数字化、智能化电网的发展,本文设计了一套适用于变电站室内巡检作业的机器人系统,该机器人系统包含巡检机器人终端、巡检专网、数据库、远程管理终端四部分,同时对机器人室内定位算法进行了研究,设计了机器人硬件结构,开发了机器人的控制系统,并对机器人的定位准确性、可靠性、安全性进行了模拟仿真实验和现场运行实验。实验结果显示：本文设计的巡检机器人可以很好的适应变电站室内环境,并且该机器人可以实现精确的定位与导航,对变电站室内设备运行情况进行精确巡检与故障预警,满足变电站室内巡检作业要求。最后对本次研究工作进行了总结,提出了下一步研究计划。     

一种输电线路巡检机器人控制系统的设计与实现

介绍了一种超高压输电线路巡检机器人控制系统的设计与实现方法．根据巡检作业任务的要求，采用遥控与局部自主相结合的控制模式实现巡检机器人沿线行走及跨越障碍．设计了巡检机器人有限状态机模型，实现了机器人遥控与局部自主控制的有机结合．采用基于激光传感器定位的方法实现了巡检机器人的自主越障控制．实验结果表明，该机器人可实现沿线行走及自主跨越障碍，从而验证了控制系统设计的有效性与合理性．     

基于高斯投影的变电站巡检机器人定位建图技术

保障变电站的安全是电力供应的关键要素,因此变电站的巡检工作是不可或缺的。目前,采用机器人进行自动化巡检是变电站巡检领域的重要趋势。获得变电站的平面地图是实现变电站自动化巡检的关键。目前传统的定位建图方案,如同步定位与建图（Simultaneous Localization and Mapping,SLAM）、离线全球定位系统（Global Positioning System,GPS）定位等,往往存在特征识别困难、建图时间过长或者地图所需存储空间过大等缺点。基于此,提出了一种基于高斯投影的变电站巡检机器人定位建图技术。采集完工作区域内外边界和障碍区域的边界点后,通过高斯投影,将采集到的地理位置坐标转换为平面直角坐标,并通过射线法实现平面栅格地图的建立。再根据已有的栅格地图信息和实时接收的机器人当前位置信息实现定位功能。实验验证了该定位建图技术的可行性,该方法可极大地提升建图速度,减少地图所需的存储空间,建立的地图可用于巡检机器人后续的路径规划和导航。     

数据中心巡检机器人信息平台实时任务容错调度算法

为了实现数据中心巡检机器人信息平台实时任务容错性,提出一种基于自适应反馈均衡和码元调制技术的数据中心巡检机器人信息平台实时任务容错调度模型。首先构建路由冲突下的数据中心巡检机器人信息平台传输信道模型,优化数据中心巡检机器人信息传输协议。然后采用模糊C均值聚类的方法进行巡检机器人信息融合,结合自适应反馈均衡方法进行巡检机器人信息传输的信道均衡设计,采用码元调制方法进行信息平台的实时任务容错调度。最后进行仿真实验。结果表明,采用该方法进行数据中心巡检机器人信息平台实时任务调度的容错性较好,信息平台的信道均衡性较强,提高了数据中心巡检机器人信息平台的任务实时调度能力。     

基于无线通信网络技术的机器人巡检远程监控系统

该文提出一种基于无线通信网络技术的机器人巡检远程监控系统,监控输电线路故障。系统的硬件设计包括主控模块设计、无线通信网络设计、驱动器接口电路设计、远程监控模块设计;系统软件设计主要是在远程监控模块利用增量式PID控制算法控制机器人巡检驱动,实现机器人巡检远程监控。实验结果表明,该系统可控制巡检机器人巡检输电线路、监测输电线路故障状态,可监测不同风速下线路风偏角变化情况,且该系统具备较好的信息传输能力和运行可靠性。     

超高压输电线路巡检机器人越障控制问题的研究

给出了一种超高压输电线路巡检机器人控制系统的设计与实现方法．根据机器人的作业任务,提出了基于传感器信息、约束信息以及动作反馈信息作为输入,产生式系统作为动作输出的越障控制方式．仿真结果表明此方法对于机器人的越障过程是有效的．     

基于SLAM和虚拟现实的综采工作面巡检系统

针对综采工作面巡检机器人由于缺乏尺度信息导致可靠性较低的问题,将虚拟现实（VR）技术引入综采工作面巡检中,设计了基于即时定位与地图构建（SLAM）和VR的综采工作面巡检系统。该系统包括位于井下的巡检机器人子系统和位于地面的VR实时渲染子系统2个部分。巡检机器人子系统利用激光SLAM技术实现实时三维扫描,并建立三维地图,同时利用全景相机实时捕获综采工作面的场景,将实时获取的激光点云及全景视频传输到VR实时渲染子系统。VR实时渲染子系统采用GPU加速技术对激光点云进行着色,通过对Unreal三维引擎渲染部分进行定制化开发,实现对激光点云的实时渲染,并将激光点云投屏到VR眼镜上。远程操作人员通过VR眼镜实时获取现场三维场景,通过操作手柄远程控制巡检机器人动作,从而实现基于第一视角的综采工作面巡检。井下工业性试验结果表明,该系统可实现视角自由切换,并对场景进行放大,从而能够更好地观察到细节部分,精确性和可靠性更高;采用GPU加速技术进行点云着色,处理时间明显比CPU处理时间短,GPU实时性更高,整个系统的延时能满足巡检任务需求。     

变电站智能巡检机器人监控系统设计与实现

变电站巡检机器人可以帮助巡检人员完成大量的重复性工作,不仅仅节省人力成本,还可以避免由于人员懈怠所可能导致的安全隐患。而一套完整的巡检机器人监控与操作系统是变电站巡检机器人能否正常工作的关键。正是介绍如何系统地设计与实现变电站巡检机器人操控系统。包括协助巡检工作人员完成巡检任务的人机交互软件,以及为了实现无人巡检所采用的仪表设备图像处理算法。着重介绍了监控软件的设计,通过运用设计模式的方法,模块化、层次化的实现各个控制功能,处理室外无人作业的巡检机器人可能遇到的各种突发异常,让整个巡检系统可以安全平稳的运行。     

基于机器视觉技术的变电站巡检机器人自动导航系统

该文设计基于机器视觉技术的变电站巡检机器人自动导航系统,有效规划巡检机器人巡检路径,实现巡检机器人自动导航。该系统利用以PIC16F73为单片机的核心控制器,通过机器视觉采集模块采集变电站巡检设备和路线图像,经过图像处理模块分割、去噪处理后,由无线传输模块传输至巡检导航模块,结合栅格法和蚁群算法得出变电站巡检机器人路线规划最优路线;利用PID控制器控制巡检机器人按照规划路线行驶,实现变电站巡检机器人自动导航。实验结果表明,该系统无线通信性能好、覆盖范围广,可准确采集变电站巡检设备和路线图像并精准实现巡检机器人定位,能够有效规划巡检路线,实现巡检机器人自动导航。     

基于RFID及GIS的博物馆藏品管理系统

基于“物联网地理信息软件平台设计与实现”项目,针对博物馆藏品管理的业务流程,设计实现了一种基于射频识别及地理信息系统的博物馆藏品智能管理系统. 利用地理信息技术制作馆内电子地图及在文物入馆登记及巡检时记录文物存储位置从而实现文物信息在线地图可视化,采用射频识别技术实现对巡检员的实时定位及巡检工作考核. 结合两种技术实现藏品信息自动采集与实时传输及馆内藏品的统一高效管理. 相比于现有的博物管理系统,该系统提高了藏品信息采集的效率与便捷性,实现了对藏品的实时动态智慧化管理.     

A proposed ontology to support the hardware design of building inspection robot systems

Due to the growing number of architecturally complex buildings built in recent decades, mobile building inspection robot systems are required to operate in increasingly complex environments. This leads to higher requirements for their hardware design. The existing literature on the design of building inspection robots has implicitly mentioned the impact of building environments and building defects on defining robot hardware design requirements. However, the explicit representation of what information is required to define a specific hardware requirement is stimissing. To fill this gap, this paper presents an ontology that provides an overview of the building and inspection domain objects that affect the determination of robot hardware design requirements (RoboDesign). It also explores the relationship between specific robot hardware requirements and features of complex buildings and their defects. The RoboDesign ontology integrates two main domain ontology models including a Robot System Model and a Building and Defect Model. A content evaluation and an automated consistency checking are conducted for the internal evaluation of the ontology. Additionally, the proposed ontology is implemented in two wall-climbing inspection robot design cases to check if the investigation of the robot’s application environment is comprehensive. The validation results also demonstrate that the use of the proposed ontological model allows to efficiently retrieve information required to determine a particular hardware requirement.     

基于遗传算法的变电站巡检机器人任务路径规划方法研究

近年来,随着变电站巡检机器人在变电站中的广泛使用,巡检机器人路径规划问题越来越成为亟待解决的问题。巡检机器人在已知的拓扑地图中标记了待执行巡检任务的停靠点,不同任务需要从初始点出发经过不同的一系列停靠点再返回初始点,如何规划路径是机器人面临的问题。首先分析了路径规划面临的问题,然后通过分析拓扑地图的特征,对地图进行等价简化,再对问题进行建模使用遗传算法求解巡检任务路径规划的近似最优解。通过仿真实验证明,提出的基于遗传算法的路径规划方法是可行有效的,为变电站巡检机器人任务路径规划提供了一种有效方法。     

Holography map for home robot: an object-oriented approach

The environment map plays an important role in robot service, so it should contain not only appearance information about the whole service environment, but also their profoundness. The key contribution of the paper is the presentation of a novel semantic map, namely, a holography map composed of robot, family persons, operable items, local environments, as well as locations and path sections for home service robot cognizing its surroundings and providing services. Inspired by the object-oriented approach, the holography map is divided into three hierarchies of item-room-home and in detail 13 classes of objects. The design and storage of the object-oriented holography map are described comprehensively, and construction of the map is introduced. The execution of robot service based on the object-oriented holography map is discussed briefly. Experiments on real service robot demonstrate that the object-oriented holography map is nearer to human thinking and applicable to indoor robot service tasks.     

渗滤液导排管道检测机器人的研究

针对垃圾填埋场渗滤液导排管道检测的需要,研究了一种基于CCD摄像方法的管道检测机器人系统,该系统主要由机器人的驱动装置、预清洗装置、检测系统、控制系统和地面工作站等组成.详细介绍了管道检测机器人的系统总体设计和各组成部分的功能.经系统测试和现场实验表明,该系统能够在管道内平稳运行、传输出清晰地管道内壁图像、完成管道清洗的工作,实现管道机器人的远程信息的交换和控制.     

面向地下电缆沟智能巡检机器人的紧耦合SLAM系统

地下电缆沟的日常巡检劳动强度大,且存在危险隐患,是城市电力系统保持稳定工作亟需解决的问题,采用智能巡检机器人系统是解决这一问题的趋势。同步定位和实时地图的构建是地下电缆沟机器人自主巡检的前提。地下电缆沟等场景具有底纹理、结构化、路面平整度情况复杂、GPS信号差等场景特征,巡检机器人对该类结构化场景进行建图时,会出现地图退化和定位精度下降的现象。针对上述问题设计了一种基于多传感器的SLAM系统,融合了二维激光雷达、惯性测量单元、轮式里程计等多种传感器数据,通过自适应初始化对机器人里程计进行优化。针对不同路面平整度下的相邻激光关键帧匹配误差,设计了一种自适应帧间配准方法进行校正。现场试验表明,在路况复杂的地下电缆沟场景中,该方法比现有方法的地图退化率和定位误差平均分别降低了7.42%和8.73%,具有明显的工程应用价值。     

海底管道检测机器人自主缺陷定位的模糊控制研究

针对全自主管道检测机器人对超长距离海底油气管道内壁缺陷的精确定位的难题,提出了一种基于缺陷信息定位的模糊控制方法,并将其应用在海底管道检测机器人的智能控制器中．仿真实验和模拟样机的现场测试证明,该智能控制器定位准确,工作稳定可靠,满足了检测机器人在超长距离海底油气管道内全自主精确定位的技术要求．     

基于Geo—Union的数字校园系统的设计与实现

简要论述了数字化城市的发展和应用,针对数字城市建设的复杂性,从数字化校园系统建设着手,探讨了开发组件式数字化校园系统的关键技术和整体开发方案,对数字城市进行了有益的尝试和并提供了有益的借鉴。采用Geo-Union系统开发平台,构建了一个数字北大校园系统,对它的系统体系结构、数据库建设、功能设计以及基于WebGIS构件的实现进行了比较详细的探讨。数字北大校园系统集成了校园内各方面的服务信息,将成为北大师生及其他用户极为方便的一个信息渠道,也将成为展示北大形象的一个新的窗口。     

Fuzzy potential energy for a map approach to robot navigation

A fully autonomous robot needs a flexible map to solve frequent change of robot situations and/or tasks. In this paper, based on the second type of fuzzy modeling, fuzzy potential energy (FPE) is proposed to build a map that facilitates planning robot tasks for real paths. Three rules for making use of FPEs are derived to ground the basic ideas of building a map for task navigation. How the FPE performs robot navigation is explained by its gradient directions and shown by its gradient trajectories. To code qualitative information into quantity, the proposed FPE provides a way to quickly find a path for conducting the designated task or solving a robot under an embarrassing situation. This paper pioneers novel design and application of fuzzy modeling for a special map that exploits innovation usage of task navigation for real paths. Actually, visibility graphs based on the knowledge of human experts are employed to build FPE maps for navigation. To emphasize the idea of the created FPE, seven remarks direct the roadmap towards being a utility tool for robot navigation. Three illustrative examples, containing three spatial patterns, doors, corridors and cul-de-sacs, are also included. This paper paves the way to create ideas of intelligent navigation for further developments.     

Navigation integration of a mobile robot in dynamic environments

This article presents a design and experimental study of navigation integration of an intelligent mobile robot in dynamic environments. The proposed integration architecture is based on the virtual‐force concept, by which each navigation resource is assumed to exert a virtual force on the robot. The resultant force determines how the robot will move. Reactive behavior and proactive planning can both be handled in a simple and uniform manner using the proposed integration method. A real‐time motion predictor is employed to enable the mobile robot to deal in advance with moving obstacles. A grid map is maintained using on‐line sensory data for global path planning, and a bidirectional algorithm is proposed for planning the shortest path for the robot by using updated grid‐map information. Therefore, the mobile robot has the capacity to both learn and adapt to variations. To implement the whole navigation system efficiently, a blackboard model is used to coordinate the computation on board the vehicle. Simulation and experimental results are presented to verify the proposed design and demonstrate smooth navigation behavior of the intelligent mobile robot in dynamic environments. ©1999 John Wiley & Sons, Inc.