基于差分GPS的变电站巡检机器人定位导航系统的研究

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1、硕士学位论文基于差分GPS的变电站巡检机器人定位导航系统的研究(工程型)THELOCATIONANDNAVIGATIONSYSTEMOFSUBSTATIONINSPECTINGROBOTBASEDONRTKGPS魏苇哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TP242.6学校代码：10213国际图书分类号：681.5密级：公开工程硕士学位论文基于差分GPS的变电站巡检机器人定位导航系统的研究（工程型）硕士研究生：魏苇导师：高云峰副教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP

2、242.6U.D.C:681.5DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHELOCATIONANDNAVIGATIONSYSTEMOFSUBSTATIONINSPECTINGROBOTBASEDONRTKGPS（Engineering）Candidate：WeiWeiSupervisor：A.Prof.YunfengGaoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechatron

3、icsEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要本文研究了基于差分GPS的变电站巡检机器人的定位与导航技术，目的在于为国家电网公司设计一款可以自主定位与导航的巡检机器人系统，降低工作人员的检测危险，并提高巡检质量。在研究的过程中，本文研究重点主要有巡检机器人的自定位、全局电子地图的构建、路径规划方法的选定与导航控制算法的设计。首先确定了适合变电站实际环境的巡检机器人运动平台，针对巡检机器人自定位问题，采用

4、差分GPS与里程计的组合定位方式，解决了差分GPS在电站内间歇性的无差分信号问题；并构建了基于卡尔曼增量模型的数据融合方法，提高了巡检机器人实时定位信息的稳定可靠性。研究了变电站全局电子地图的构建问题。基于现有的GPS和全站仪设备提出三种子地图融合方法，通过测试对比实验，确定最优融合方法为基于差分GPS与全站仪之间坐标转换法。使用全站仪建立变电站各区域子地图，应用最优融合方法完成变电站2.5维全局电子地图的构建。针对于导航问题进行了全局路径规划算法的研究。对建立的2.5维电子地图进行栅格抽象化，分别对A*算法中不同估计函数的选取方式做了研究分析。基于简化的动力学模型，根据巡检

5、机器人实际工作情况建立能量耗费最优模型，通过不同环境模型中的仿真实验，选定了基于能量耗费最优模型的A*算法。设计了导航控制算法。基于巡检机器人当前位置相对于运行路径的位置偏差和航向偏差，建立二者与左右轮速度增量之间关系。通过仿真实验与实际测试实验确定了最优控制量参数，可以使巡检机器人沿着预定路线无偏行驶。最后为本文所做的仿真实验与实地测试实验。包括GPS定位精度的测试实验、路径规划仿真实验、数据融合测试实验、导航控制算法测试实验与变电站全局巡检测试实验。通过变电站全局测试实验表明，本巡检机器人系统在变电站实际环境中可以实现自主定位与导航的巡检功能。关键词：差分GPS；数据融合

6、；地图构建；路径规划；导航算法-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractThispaperhasstudiedtheSubstationInspectionRobot’slocationandnavigationsystembasedonRTK(Real-timekinematic)GPS,theaimistodesignanautonomouslocalizationandnavigationsystemfortheStateGridCorporationofChina,reducethedetectionriskandenhancethepatrollingqu

7、ality.Theemphasisofthispaperliesontherobot’sautonomouslocalization,therealizationofglobalelectronicmaps,theselectionofpathplanningalgorithmsandnavigationcontrolalgorithms’design.Accordingtothesubstation’senvironment,weselectedarobotplatformandestablished