托卡馬克部件轉(zhuǎn)運車的定位與導(dǎo)航方法研究.pdf

1、定位導(dǎo)航技術(shù)一直是機器人學(xué)領(lǐng)域的主要研究方向之一。可靠的定位導(dǎo)航技術(shù)是移動機器人能夠勝任諸如智能交通、室內(nèi)清潔、現(xiàn)場搜救甚至星球探索等任務(wù)的關(guān)鍵。特別是在危險環(huán)境,比如核污染環(huán)境下,自主導(dǎo)航系統(tǒng)能夠讓機器人代替人類安全地完成工作。
　　托卡馬克部件轉(zhuǎn)運車系統(tǒng)(Tokamak Transfer Cask System)是熱核聚變實驗項目中的關(guān)鍵系統(tǒng)之一,負(fù)責(zé)在托卡馬克建筑與熱室之間進行密封部件的運輸和對接的任務(wù)。以此作為研究背景,本

2、文研究了如何在室內(nèi)環(huán)境下實現(xiàn)高效而可靠的自主定位導(dǎo)航方法。主要工作與創(chuàng)新點如下:
　　1、分析對比了目前常用的各種定位導(dǎo)航方法,針對托卡馬克部件轉(zhuǎn)運車的應(yīng)用需求,設(shè)計了轉(zhuǎn)運車實驗平臺。
　　2、研究了基于人工路標(biāo)的激光雷達(dá)定位導(dǎo)航方法,分析了使用人工路標(biāo)定位的基本原理與主要特點。在此基礎(chǔ)上,提出了一種人工路標(biāo)優(yōu)化布置方案,實現(xiàn)了基于路標(biāo)地圖的高精度定位導(dǎo)航。針對激光雷達(dá)傳感器存在檢測誤差的問題,提出了改進的路標(biāo)地圖創(chuàng)建方法與

3、定位方法,實驗結(jié)果表明定位精度優(yōu)于現(xiàn)有方法。
　　3、從人工路標(biāo)的角度出發(fā),針對傳統(tǒng)的人工路標(biāo)建立地圖的復(fù)雜與耗費時間的現(xiàn)狀,設(shè)計了結(jié)合同步建圖與定位(Simultaneous Localization And Mapping, SLAM)與人工路標(biāo)的方法,利用輪廓數(shù)據(jù)中的強度檢測結(jié)果進行人工路標(biāo)的提取與匹配,實現(xiàn)了路標(biāo)地圖的自動建立,提升了執(zhí)行效率。
　　4、從SLAM的角度出發(fā),研究了SLAM中關(guān)鍵的數(shù)據(jù)融合問題,分析了

4、現(xiàn)有的環(huán)形閉合方法。首先提出利用人工路標(biāo)的強度數(shù)據(jù)改進傳統(tǒng)的掃描匹配方法,提高掃描匹配的準(zhǔn)確性。本文還提出了利用人工路標(biāo)的強度數(shù)據(jù)實現(xiàn)高效的環(huán)形閉合檢測方法,用布置在關(guān)鍵位置的人工路標(biāo)改變環(huán)境輪廓的反射強度分布,選取出關(guān)鍵幀用于后續(xù)的環(huán)形閉合檢測。改進后的SLAM方法僅僅依賴少量的人工路標(biāo),降低了數(shù)據(jù)融合的難度,得到較好的環(huán)形閉合效果。
　　最后,設(shè)計開發(fā)了托卡馬克部件轉(zhuǎn)運車實驗平臺的人機界面,進行了室內(nèi)的定位導(dǎo)航實驗,實驗結(jié)果表