基于差分式高精度GPS的变电站移动机器人导航系统

论文摘要

变电站的巡检工作在保证变电站正常生产、安全运行方面占有极其重要的地位。传统的巡检任务需要运行巡检人员每天都要采集大量的运行数据,进行运行日常巡检工作。这样由于巡检人员素质、技术水平等因素,容易出现巡检不到位,巡检数据标准不统一等问题。但是随着自动化水平的提高和变电站无人化值守的开展,设备巡检的需求更加迫切,因此山东鲁能智能技术有限公司提出了变电站设备巡检机器人的方案。导航系统是机器人的眼睛,是机器人能够完成巡检任务的基础之一,该论文就是研究采用差分GPS的变电站巡检机器人导航系统。GPS的工作概念是基于卫星的距离修正。用户通过测量到太空各可视卫星的距离来计算他们的当前位置,卫星的位置相当于精确的已知参考点,通过解算差分GPS可以提供机器人厘米级的位置坐标和实时的航向。由于GPS设备在变电站环境下受到不定程度的电磁干扰,不能独立完成变电站移动机器人的导航任务,因此选取光纤陀螺仪辅助GPS设备完成机器人导航。应用平滑算法对GPS和陀螺仪数据进行预处理,然后通过卡尔曼滤波进行数据的融合,得到的位置和航向数据带入PD控制算法中,从而控制机器人自主运动。该项目设计完成后,借助广茂达的履带式机器人平台,在山东电力超高压公司的长清500kV变电站进行了测试,控制算法可以满足变电站设备巡检机器人的导航要求。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题的意义
• 1.2 移动机器人及其导航技术国内外的历史现状
• 1.3 GPS导航的应用历史现状和未来发展趋势
• 1.4 本课题的研究内容
• 1.5 论文各章节安排
• 1.6 本章小结
• 第二章 变电站移动机器人的GPS导航系统组成及工作原理
• 2.1 机器人平台系统组成
• 2.1.1 机械系统结构
• 2.1.2 电机特性
• 2.1.3 AS-RF的驱动控制方式
• 2.1.4 软件设计体系
• 2.2 GPS导航系统设计
• 2.2.1 系统组成
• 2.2.2 GPS导航定位原理
• 2.2.3 光纤陀螺仪原理
• 2.2.4 DR算法原理
• 2.2.5 组合导航原理
• 2.2.6 卡尔曼滤波原理
• 2.3 本章小结
• 第三章 GPS导航的设计要点及方法
• 3.1 导航数据融合算法设计
• 3.2 导航控制算法设计
• 3.3 软件设计实现
• 3.3.1 GPS/陀螺仪数据采集
• 3.3.2 GPS/陀螺仪数据预处理方案
• 3.3.3 导航及运动控制
• 3.4 本章小结
• 第四章 GPS导航系统的调试与性能检测
• 4.1 GPS设备性能调试
• 4.1.1 GPS静态定位测试
• 4.1.2 GPS动态定位测试
• 4.2 GPS导航系统调试及性能测试
• 4.3 组合导航系统调试及性能测试
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 5.1 论文的主要工作
• 5.2 主要结论
• 5.3 下一步工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 获得的专利
• 学位论文评阅及答辩情况表