电力场景下狭小空间微型仿生巡检机器人技术研究.pdf

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1、项目负责人：宋爱国东南大学仪器科学与工程学院机器人传感与控制技术研究所2023年6月29日研究背景朗驰轮式巡检机器人PIR-300 变电站巡检机器人PIR-TS210轮式巡检机器人新松智能巡检机器人鲁能智能轨道巡检机器人 近年来，我国提出了提高电网近年来，我国提出了提高电网自动化水平自动化水平，推动电网，推动电网智能化建设智能化建设的要求，促进了电力机器人发展。在巡检的要求，促进了电力机器人发展。在巡检领域，与人工巡检或安装固定监测设备等传统巡检方式相比，领域，与人工巡检或安装固定监测设备等传统巡检方式相比，移动移动巡检机器人巡检机器人实时性高、安全性和可靠性强，实时性高、安全性和可靠性强，可

2、以完成电站常规工作，具有巨大的价格优势和推广应用潜力，推动经济社会发展。可以完成电站常规工作，具有巨大的价格优势和推广应用潜力，推动经济社会发展。PIR-UP200 电力巡检机器人传统人工巡检面向狭小环境，尤其管道场景的适应能力洁净管道 有污染管道l管道巡检的必要性：管道锈蚀、沉积大量细菌、可吸入颗粒物等，影响空气质量，容易形成传染病源以及病毒传播的隐藏途径l管道环境的复杂性：狭窄、管道连接处形状多样，存在多分叉路口、L型、T型、十字、变径、台阶管道机器人管道机器人人工目测人工目测研究背景l管道机器人感知的局限性：环境挑战：弱光场景、管道的结构重复性低纹理、金属材质镜面反射、接触面摩擦系数低

3、传感器影响：视觉特征提取问题、激光雷达的误差问题、不同管道尺寸下的光晕问题、轮速记不准确 传感系统设计约束：空间限制、数据可靠性、多传感器融合的有效性l管道机器人控制的局限性：运动模型复杂：需要运动规划设计与可通过性判断 机动性需求：避障、越障、爬坡、过弯 操作者熟练度参差与误操作问题 控制模式单一、交互信息有限多源信息融合的感知定位技术操作者远程遥控机器人自主控制人机共享控制优势互补研究背景国内外研究现状仿蚯蚓蠕动机器人PIC-Ro,日本中央大学MRINSPECT VII,韩国成均馆大学多功能管道内检测机器人,韩国成均馆大学可重构轮式管道机器人,以色列本古里安大学AIRo-5.2,日本立命馆

4、大学蛇形管道机器人,中山大学履带管道作业机器人,湖南大学MAKRO 机器人,德国Fraunhofer 学院三轴差动式管道机器人,哈尔滨工业大学国外国内l管道机器人研究现状管道机器人研究现状国内外研究现状管道机器人按驱动方式的分类性能对比参考:管道适应能力（小口径管道）行进速度 过弯、爬坡、越障能力 负载能力 巡检效率 控制的复杂程度 通信方式 续航能力l管道机器人研究现状管道机器人研究现状需要研究研究面向面向狭小狭小空间的管道机器人机电系统设计空间的管道机器人机电系统设计目前存在的问题：本课题面向的属于中小型的管道，其截面多为矩形，管道网络环境较为复杂，存在多分叉路口、L型、T型和十字、变径、

5、台阶等，现有的管道机器人主要面向的是圆形管道，最为常用的壁压式和轮式无法适应管道的变径和台阶场景，常规的履带式也因为体积过大不具备在小口径管道的灵活运动能力。国内外研究现状l多源信息融合的感知技术研究现状多源信息融合的感知技术研究现状传感器优势劣势相机（单目/双目/RGBD）安装方便，价格便宜，视觉信息丰富对环境敏感，视场角限制、遮挡和运动模糊激光雷达（单线/多线）精度高，提供周围空间的几何信息，鲁棒性好在相似的几何环境中或者动态变化较大的场景中容易跟踪丢失导致状态估计失败惯性测量单元低成本、轻量化、高性能、高频率重力噪声、零漂和温漂问题轮速记成本低、实时性强精度有限、打滑、不平整路面多传感器

6、融合SLAM激光SLAM:Gmapping/Cartigrapher/LOAM/LeGO-LOAM视觉SLAM:LSD-SLAM/DSO/ORB-SLAM3多传感器融合的SLAM:VINS-Mono/FAST-LIO国内外研究现状在ORBSLAM基础上引入管道先验信息作为约束（远处阴影）,东京工业大学ORBSLAM引入管道圆柱型约束和管道直径一致约束,英国谢菲尔德大学管道图像去雾、去运动模糊,郑州大学深度相机阵列三维重建,美国内布拉斯加大学l多源信息融合的感知技术研究现状多源信息融合的感知技术研究现状（管道环境）（管道环境）国内外研究现状高精度点激光+IMU旋转定位(1mm误差),英国斯特拉斯