【摘 要】
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随着科技水平的提高,新能源技术不断发展,社会对电能的需求也在不断增加。变电站是电网的重要组成部分,其运行和维护的智能化将对整个电网的发展产生重大的影响。我国变电站数量庞大,传统的人工巡检电气设备的方式劳动强度大,对异常情况的判断存在着误判或漏判的情况;目前的变电站巡检机器人存在导航方式单一、导航精度不够,甚至需要工作人员后台操控机器人行进等问题。因此设计出一款能为变电站巡检机器人规划工作路径并提供
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随着科技水平的提高,新能源技术不断发展,社会对电能的需求也在不断增加。变电站是电网的重要组成部分,其运行和维护的智能化将对整个电网的发展产生重大的影响。我国变电站数量庞大,传统的人工巡检电气设备的方式劳动强度大,对异常情况的判断存在着误判或漏判的情况;目前的变电站巡检机器人存在导航方式单一、导航精度不够,甚至需要工作人员后台操控机器人行进等问题。因此设计出一款能为变电站巡检机器人规划工作路径并提供精确导航的复合导航与路径规划系统是非常有必要的。本论文所设计的复合导航与路径规划系统是以四轮机器人为载体,搭配树莓派4B、RPLIDAR A3M1激光雷达和高清摄像头,实现了巡检机器人的路径规划与精确导航。在复合导航系统的激光导航模式中,使用激光雷达配合Hector算法为机器人构建工作环境地图,采用自适应蒙特卡洛算法对机器人精确定位,并计算机器人行进方向与期望路径的偏差,完成机器人的导航控制;在视觉导航模式中,使用机器人前方的导航相机拍摄地面的引导线图片,对图片的HSV模型各分量灰度图加权重组,再进行滤波处理,还提出一种局部自适应均值阈值方法提取引导线方法,最后将引导线简化为线性模型,进行最小二乘拟合,分析对机器人相对于引导线的位姿偏差。在路径规划系统中,针对智能水滴（IWD）算法在机器人路径规划中存在的求解能力不强、易受局部最优解干扰等问题,本文提出一种改进的智能水滴算法。改进后的算法在原算法的路径概率选择中引入节点与目标点的距离因素,使得算法的求解能力更强,加快了算法收敛速度;同时,算法在概率选择中引入轮盘赌法,避免在求解过程中陷入局部最优;最后,结合弗洛伊德算法（Floyd）对规划出的路径平滑处理,减少路径的拐点以契合巡检机器人的运动规律。分析机器人巡检过程中遇到障碍物的情况,设计机器人避障流程。该系统搭建完成后,首先针对机器人的基本速度控制进行了实验,从实验结果可以看出,机器人的基本行进速度稳定在速度区间;对机器人进行爬坡与避障实验,实验结果验证了系统的可靠性。最后对系统的路径规划能力与导航能力进行测试,从测试结果可以看出,系统规划的路径方向明确,导航系统引导机器人准确到达目标点;最后对系统的巡检功能进行实验,实验数据显示,机器人在巡检过程中准确定位工作点,表明本系统是切实可行的,能够满足变电站巡检机器人的需求。
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