用于仪表位置寻找的自主导航机器人研究

【摘要】：随着工业自动化与智能化技术的发展,机器人技术在工业领域得到越来越广泛的应用。以往工业现场指示仪表主要采用人工读数的方式获取信息,近年来,逐步发展为利用机器视觉的仪表读数方法,提高了工作效率。然而对于仪表的数量和种类均较多的场合,如化工厂、炼油厂车间,以往的读数方式已不能满足需求。为此,本文研究并设计了一种搭载摄像头的自主导航机器人,进行仪表位置的巡航工作。本文分析了坐标系统、环境地图模型与机器人运动模型。在此基础上,采用“ROS主机+ROS从机+机器人底座”分布式结构。设计了由USB摄像头、机械丝杆结构、里程计、无线通信模块等硬件组成的机器人总体系统。研究了室内环境栅格地图构建算法,对粒子滤波算法原理进行研究并进行MATLAB仿真,选用了基于粒子滤波原理的自适应蒙特卡洛定位方法。对传统的基于粒子滤波的RBPF-SLAM建图算法原理进行研究,为了解决传统算法中粒子频繁重采样导致粒子多样性减少的问题,通过将传感器最近的观测模型与运动模型相结合作为建议分布,并且使用自适应重采样方法减少粒子耗散,改进了 RBPF-SLAM算法。在不同的Gazebo仿真环境中进行建图实验,验证了建图算法的可行性。研究了移动机器人路径规划算法。设计了基于A*全局路径规划方法、DWA局部路径规划方法以及目标点发布算法为基础的仪表位置的导航算法。在Gazebo仿真环境中进行仪表目标点导航及动态避障实验,验证了多目标点巡航算法的有效性。设计了仪表表盘辅助定位模块,通过二维码定位及解码算法实现对目标点仪表高度等信息的获取。利用机械丝杆结构,无线传输模块和驱动电路,设计了动态调节机器人摄像头高度的方案,使其能够对准不同高度的仪表表盘。最后完成了机器人系统的搭建,并配置了 ROS系统环境。在实际环境中完成了对建图算法、仪表位置巡航算法和仪表表盘辅助定位模块的实验验证。