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《山东大学》 2019年
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变电站中的室内巡检机器人研究与设计

卢宁  
【摘要】:电力系统的稳固是左右一个国家经济和军事发展的关键,也是人们正常生产生活的必要条件。变电站是电力系统中与人们关系最为直接的基础设置,为其服务区域输送电力,保证人们日常生活和社会生产所需电力的供应。近年来变电站事故时有发生,给社会造成了较大损失,所以变电站能否正常运转是直接影响人们正常生产生活的重要因素。对变电站进行定时巡检可以及时发现存在的安全隐患,保障变电站正常运行。然而,目前室内变电站的巡检工作主要由人力完成。这种方式存在很多问题,例如人力成本较高、巡检效率较为低下、数据采集处理难以数字化、维护工作量大及存在人身安全隐患等。为解决以上问题,本文结合当前机器人技术与室内定位技术,设计了一种变电站室内巡检机器人,代替人力完成巡检工作,该机器人采用视觉定位方式并结合可视标志完成自身的定位与引导,搭载多种传感器进行现场环境参数的采集与处理,结合运行在远程访问计算机上的管理软件实现巡检机器人参数设置、远程控制与数据采集处理。结合目前室内变电站采用人力巡检存在的问题与研究得到的结论,进行需求分析并制定系统整体设计方案,明确设计要求和实施步骤。首先对比目前各种室内定位方案特点及适用场合,确定采用视觉方式进行巡检机器人的定位与引导;通过研究视觉定位的基本原理,进行图像采集设备和可视标志的选型,采用OpenMV Cam结合AprilTag标定系统构建室内定位方案的模型和引导地图;设计巡检机器人引导与循迹控制算法。其次,搭建巡检机器人硬件平台,划分控制器硬件系统的各功能模块并设计原理图和PCB,从而完成巡检机器人硬件系统的设计。再次,编写巡检机器人下位机程序,构建软件架构并实现巡检机器人所需的功能;编写巡检机器人图形化管理程序,实现网络通讯、远程控制、数据处理与存储等功能;编写OpenMV Cam图像处理程序,实现AprilTag的识别与位置信息的获取;结合室内定位模型与机器人循迹控制模型设计机器人定位引导算法和循迹控制算法。最后,搭建实验测试环境,进行系统通信可靠性、AprilTag识别率、定位精度、转向精度和动态运行性能的测试。通过分析测试结果可以确定系统软硬件各项性能满足实际应用的要求。采用基于嵌入式硬件平台的图像处理定位技术可以将本室内定位方案灵活应用到现有的室内变电站,具有巡检效率高、可靠性好、维护成本低等优点,具有可观的社会效益和良好的应用价值,符合国家对科技发展领域的布局。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TM63

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