【摘要】：托卡馬克部件轉(zhuǎn)運(yùn)車系統(tǒng)是熱核聚變實(shí)驗(yàn)中非常重要的組成部分。轉(zhuǎn)運(yùn)車系統(tǒng)在有輻射、有毒性、高溫的環(huán)境下,代替人工進(jìn)行托卡馬克建筑和熱室之間的部件運(yùn)輸及輔助裝配等工作。托卡馬克部件轉(zhuǎn)運(yùn)車是自主導(dǎo)引車的一種,屬于輪式移動(dòng)機(jī)器人,它需要在室內(nèi)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)可靠的、高精度的導(dǎo)航。基于地圖的導(dǎo)航是一種室內(nèi)環(huán)境下移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航常用方法。本文針對托卡馬克部件轉(zhuǎn)運(yùn)車特點(diǎn)及其工作環(huán)境,提出了兩種地圖創(chuàng)建方法,并在實(shí)驗(yàn)平臺上進(jìn)行了室內(nèi)環(huán)境下的導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)。首先,本文研究了各種環(huán)境地圖的表示方式,針對復(fù)雜路口環(huán)境中,部分環(huán)境信息易被遮擋而無法觀測,以及運(yùn)動(dòng)物體易干擾觀測的情況,提出了一種基于路標(biāo)的異構(gòu)地圖創(chuàng)建方法。在創(chuàng)建地圖的過程中,使用基于路標(biāo)地圖的定位結(jié)果輔助ICP-SLAM方法建立輪廓地圖,可以減小ICP(Iterative Closest Points)算法的計(jì)算量,并減少迭代結(jié)果陷入局部最小值的情況�；诋悩�(gòu)地圖的定位實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在環(huán)境中路標(biāo)被遮擋導(dǎo)致使用路標(biāo)地圖無法定位,及環(huán)境中有運(yùn)動(dòng)物體干擾,使得基于輪廓地圖的定位結(jié)果精度較差的情況下,使用異構(gòu)地圖仍能得到有效的定位結(jié)果。然后,在轉(zhuǎn)運(yùn)車工作環(huán)境中,基于磁釘?shù)拇艑?dǎo)航是一種廣泛應(yīng)用的轉(zhuǎn)運(yùn)車導(dǎo)航方法,因此本文針對基于磁釘?shù)拇艑?dǎo)航,研究了導(dǎo)航需要用到的磁釘?shù)貓D的創(chuàng)建方法。傳統(tǒng)方法使用高精度RTK-GPS直接測量磁釘?shù)淖鴺?biāo),但是這種方法精度不高,測量的工作量大,而且在室內(nèi)等環(huán)境下無法使用。由此本文提出了基于SLAM(Simultaneous Localization And Mapping)的磁釘?shù)貓D的創(chuàng)建方法,先分析了各種SLAM的方法,對比了各自的優(yōu)缺點(diǎn)及適用環(huán)境,之后提出了基于Graph-SLAM的磁釘?shù)貓D創(chuàng)建方法。一般的SLAM方法中,觀測和計(jì)算誤差的累積會造成SLAM最終結(jié)果不一致,Graph-SLAM通過提取環(huán)境中的觀測約束并對位姿進(jìn)行優(yōu)化,解決了一般SLAM無法解決的環(huán)形閉合的問題。其中的重難點(diǎn)問題之一是對于觀測環(huán)境中閉合約束的提取,而本文所要獲取的結(jié)果——磁釘?shù)淖鴺?biāo),正好又為Graph-SLAM提供了高可靠、高精度的環(huán)形閉合約束。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本文方法的可行性。最后,針對核聚變實(shí)驗(yàn)場景中的特殊環(huán)境,設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)運(yùn)車導(dǎo)航方案,給出了實(shí)驗(yàn)平臺上控制器、傳感器及驅(qū)動(dòng)器的選型及其性能參數(shù),實(shí)現(xiàn)了基于異構(gòu)地圖的導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)和基于電磁導(dǎo)引線的導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航精度較高,能夠滿足核聚變實(shí)驗(yàn)環(huán)境中的可靠性和導(dǎo)航精度要求。
【圖文】：

之后第四個(gè)擁有同類大型核聚變實(shí)驗(yàn)堆裝置的國家。HT-7 型托卡馬克裝置建成后對海內(nèi)外均全面開放，并且是國際上能進(jìn)行穩(wěn)態(tài)高參數(shù)等離子物理的兩大實(shí)驗(yàn)平臺之一。截止至 2013 年 5 月 7 日為止，已有超過十輪實(shí)驗(yàn)托卡馬克裝置平臺上成功進(jìn)行，此后中國科學(xué)院等離子體物理研究所宣退役，后續(xù)實(shí)驗(yàn)將以 HT-7U（又稱 EAST）為主，這是基于 HT-7 型的改進(jìn)屬于國家“九五”重大科學(xué)工程[8]。于托卡馬克裝置及其發(fā)生核聚變實(shí)驗(yàn)的周圍環(huán)境中會有一些有毒物質(zhì)，比且在裝置發(fā)生核聚變反應(yīng)及等離子工藝過程中，會產(chǎn)生放射性射線，真空件會被放射線污染，，在這種環(huán)境下是不允許人員直接接觸并執(zhí)行操作的，要一種能夠遠(yuǎn)程操控，具有較高安全性，并能夠?qū)崿F(xiàn)滿足一定精度的自主運(yùn)車來輔助工作[4, 9-11]。真空室內(nèi)的部件需要被轉(zhuǎn)運(yùn)車運(yùn)送到“熱室”進(jìn)行些部件的裝配工作也需要轉(zhuǎn)運(yùn)車協(xié)助完成。轉(zhuǎn)運(yùn)車及其運(yùn)輸環(huán)境如圖 1-1

圖 1-2 國外 AGV 示例Fig.1-2 examples of AGV abroad.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀相對于國外 AGV 技術(shù)起步早，技術(shù)成熟，在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用，國內(nèi)V 研究起步較晚。1976 年，北京的起重機(jī)機(jī)械研究所運(yùn)用了電磁導(dǎo)引技術(shù)，研國內(nèi)第一臺可以定點(diǎn)通信的 ADB 型 AGV，并且將其運(yùn)用于滾珠作業(yè)，這在起了巨大轟動(dòng)。之后在 1991 年，郵電部所屬北京郵政科技研究所第一次將無技術(shù)運(yùn)用到了 AGV 上，并在上海投入使用。到 1997 年，我國成功將視覺導(dǎo)引應(yīng)用到了 AGV 上，這是新型導(dǎo)引技術(shù)首次出現(xiàn)在 AGV 上。另外國內(nèi)一些公引進(jìn)國外先進(jìn)的 AGV 技術(shù)進(jìn)行消化改造，如昆明船舶設(shè)備研究所引進(jìn) DNC 公術(shù)，并在此技術(shù)上改造，打破了國外技術(shù)壟斷，為國內(nèi) AGV 技術(shù)發(fā)展做出了巨獻(xiàn)。另外，由于傳統(tǒng)觀念的束縛及高昂的價(jià)格，AGV 在國內(nèi)的普及率還很低
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP242;TL631.24

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2626706