托卡馬克部件轉(zhuǎn)運(yùn)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(jī)器人學(xué)領(lǐng)域的主要研究方向之一?？煽康亩ㄎ粚?dǎo)航技術(shù)是移動(dòng)機(jī)器人能夠勝任諸如智能交通、室內(nèi)清潔、現(xiàn)場(chǎng)搜救甚至星球探索等任務(wù)的關(guān)鍵。特別是在危險(xiǎn)環(huán)境,比如核污染環(huán)境下,自主導(dǎo)航系統(tǒng)能夠讓機(jī)器人代替人類安全地完成工作。
　　托卡馬克部件轉(zhuǎn)運(yùn)車系統(tǒng)(Tokamak Transfer Cask System)是熱核聚變實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(jìn)行密封部件的運(yùn)輸和對(duì)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(shí)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(diǎn)如下:
　　1、分析對(duì)比了目前常用的各種定位導(dǎo)航方法,針對(duì)托卡馬克部件轉(zhuǎn)運(yùn)車的應(yīng)用需求,設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)運(yùn)車實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
　　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(diǎn)。在此基礎(chǔ)上,提出了一種人工路標(biāo)優(yōu)化布置方案,實(shí)現(xiàn)了基于路標(biāo)地圖的高精度定位導(dǎo)航。針對(duì)激光雷達(dá)傳感器存在檢測(cè)誤差的問題,提出了改進(jìn)的路標(biāo)地圖創(chuàng)建方法與

3、定位方法,實(shí)驗(yàn)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(duì)傳統(tǒng)的人工路標(biāo)建立地圖的復(fù)雜與耗費(fèi)時(shí)間的現(xiàn)狀,設(shè)計(jì)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(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行人工路標(biāo)的提取與匹配,實(shí)現(xiàn)了路標(biāo)地圖的自動(dòng)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(qiáng)度數(shù)據(jù)改進(jìn)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(qiáng)度數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)高效的環(huán)形閉合檢測(cè)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(qiáng)度分布,選取出關(guān)鍵幀用于后續(xù)的環(huán)形閉合檢測(cè)。改進(jìn)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(jì)開發(fā)了托卡馬克部件轉(zhuǎn)運(yùn)車實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的人機(jī)界面,進(jìn)行了室內(nèi)的定位導(dǎo)航實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表