本文關(guān)鍵詞：基于安全區(qū)域模型的飛行機(jī)器人電塔巡檢路徑規(guī)劃

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【摘要】：旋翼飛行機(jī)器人對電力桿塔巡檢具有巡檢效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn),且由于其定點(diǎn)懸停、垂直起降、易于控制的飛行特性,已經(jīng)越來越多得應(yīng)用于電力設(shè)備的巡檢當(dāng)中。在飛行機(jī)器人對電塔進(jìn)行巡檢的過程中,圖像數(shù)據(jù)采集的效果決定了整個巡檢任務(wù)的完成質(zhì)量。然而使用旋翼飛行機(jī)器人對電塔進(jìn)行巡檢時存在著安全距離約束、空間障礙物干擾、飛行時間有限、圖像數(shù)據(jù)可用性差等問題。針對這些問題,本文提出了一種飛行機(jī)器人電塔巡檢路徑規(guī)劃方法。本文研究了旋翼飛行機(jī)器人電塔巡檢系統(tǒng),通過分析電力桿塔結(jié)構(gòu)特征建立了安全巡檢區(qū)域,保障巡檢過程中飛行機(jī)器人的安全,并針對巡檢內(nèi)容將飛行機(jī)器人巡檢分為了線路走廊通道巡檢和桿塔巡檢。首先,提出了一種在三維環(huán)境中基于改進(jìn)RRT算法的電塔巡檢飛行機(jī)器人路徑規(guī)劃方法,根據(jù)巡檢任務(wù)需求,將路徑規(guī)劃分為二維平面路徑規(guī)劃和三維空間路徑規(guī)劃兩種情形,并在考慮飛行機(jī)器人機(jī)動性能約束的條件下,通過引入貪婪引導(dǎo)策略和路徑裁剪算法,利用RRT算法生成了一條平滑可跟蹤的路徑,該方法主要用于對線路走廊和電塔進(jìn)行快速巡檢；其次,根據(jù)電力桿塔模型建立了安全巡檢區(qū)域和目標(biāo)視點(diǎn)區(qū)域,在考慮隨機(jī)因素干擾的情況下通過強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法對目標(biāo)視點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的路徑進(jìn)行局部規(guī)劃,由改進(jìn)后的遺傳算法規(guī)劃出目標(biāo)視點(diǎn)區(qū)域的最優(yōu)巡檢序列,確定了飛行機(jī)器人的最佳巡檢軌跡,該方法主要用于對電塔進(jìn)行精細(xì)化巡檢；最后,構(gòu)建了基于OGRE的電塔巡檢飛行機(jī)器人視景仿真系統(tǒng),用于飛行機(jī)器人巡檢電力桿塔時視景顯示和運(yùn)動控制,驗(yàn)證所提方法的正確性和有效性。
【關(guān)鍵詞】：電力桿塔巡檢 路徑規(guī)劃 安全區(qū)域模型 RRT算法 強(qiáng)化學(xué)習(xí)
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM754;TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 課題的研究背景及意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-16
• 1.2.1 飛行機(jī)器人電塔巡檢研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.2 移動機(jī)器人路徑規(guī)劃研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 本文的主要研究工作16-18
• 第2章 電塔巡檢問題分析及環(huán)境建模18-26
• 2.1 引言18
• 2.2 飛行機(jī)器人電力桿塔巡檢系統(tǒng)18-19
• 2.3 巡檢環(huán)境建模19-23
• 2.3.1 基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的八叉樹模型20-22
• 2.3.2 安全巡檢區(qū)域建模22-23
• 2.4 確定巡檢目標(biāo)23-25
• 2.5 確定目標(biāo)視點(diǎn)區(qū)域25
• 2.6 本章小結(jié)25-26
• 第3章 基于改進(jìn)RRT的電塔巡檢飛行機(jī)器人三維路徑規(guī)劃26-37
• 3.1 引言26
• 3.2 電塔巡檢路徑規(guī)劃流程26-29
• 3.3 二維平面的路徑規(guī)劃29-33
• 3.3.1 基于貪婪引導(dǎo)策略的RRT算法29-30
• 3.3.2 航跡約束條件30-31
• 3.3.3 路徑裁剪31-32
• 3.3.4 軌跡平滑32-33
• 3.4 三維空間的路徑規(guī)劃33-34
• 3.5 仿真實(shí)驗(yàn)及分析34-36
• 3.5.1 二維平面路徑規(guī)劃仿真實(shí)驗(yàn)34-35
• 3.5.2 三維空間路徑規(guī)劃仿真實(shí)驗(yàn)35-36
• 3.6 本章小結(jié)36-37
• 第4章 基于安全區(qū)域模型的電塔巡檢飛行機(jī)器人路徑規(guī)劃37-47
• 4.1 引言37
• 4.2 問題建模37-39
• 4.2.1 電力桿塔巡檢模型37-38
• 4.2.2 分層巡檢模型38-39
• 4.3 基于安全區(qū)域模型的路徑規(guī)劃39-43
• 4.3.1 基于Q學(xué)習(xí)的局部路徑規(guī)劃40-42
• 4.3.2 基于遺傳算法的目標(biāo)視點(diǎn)區(qū)域巡檢序列42-43
• 4.4 仿真實(shí)驗(yàn)與分析43-46
• 4.4.1 目標(biāo)視點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的局部規(guī)劃43-45
• 4.4.2 目標(biāo)視點(diǎn)區(qū)域巡檢次序45-46
• 4.5 本章小結(jié)46-47
• 第5章 基于OGRE的電塔巡檢飛行機(jī)器人仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)47-56
• 5.1 引言47
• 5.2 系統(tǒng)架構(gòu)47-49
• 5.3 仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)49-53
• 5.3.1 基于OGRE的圖形渲染模塊執(zhí)行流程49-50
• 5.3.2 基于VC++圖形界面模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)50-52
• 5.3.3 巡檢任務(wù)的實(shí)現(xiàn)52-53
• 5.4 仿真實(shí)驗(yàn)53-55
• 5.5 本章小結(jié)55-56
• 第6章 總結(jié)與展望56-58
• 參考文獻(xiàn)58-63
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果63-64
• 攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研工作64-65
• 致謝65

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本文編號：627726