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基于激光雷达的无人机自主环境探索与地图构建方法研究

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基于激光雷达的无人机自主环境探索与地图构建方法研究

作者：邹冰倩南京航空航天大学

学位级别：硕士

环境地图的及时获取是机器人实现自主化与智能化的关键之一,其任务的快速进行需要环境信息作为参考,而人为进行地图构建将耗费巨大的成本与时间。旋翼无人机体积小、机动性强、自主性高,因此使用无人机实现对环境的自主探索与地图构建... 详细信息

环境地图的及时获取是机器人实现自主化与智能化的关键之一,其任务的快速进行需要环境信息作为参考,而人为进行地图构建将耗费巨大的成本与时间。旋翼无人机体积小、机动性强、自主性高,因此使用无人机实现对环境的自主探索与地图构建是其技术发展的重要方向之一。无人机自主探索任务是在没有人为干预的情况下,利用无人机在指定的未知环境中自主生成目标点并进行运动决策与规划,最终构建完整精确的环境地图。为实现对未知环境的自主探索与地图构建,无人机需要搭载能够实时感知环境的传感器,如摄像头或激光雷达。相比于摄像头,激光雷达受环境影响小,测量范围广、精度高,更加符合无人机探索任务的需求。目前自主探索算法大多基于RRT(Rapidly-Exploring Random Tree,快速扩展随机树)路径规划算法,以寻找地图内的边界点(已知环境与未知环境交接处的点)为目标,而后形成路径。该方案在探索后期由于未知区域小而分散,导致探索效率大幅降低。针对上述问题,本文基于激光雷达传感器,对无人机导航定位、自主探索、路径规划、飞行控制方法进行研究,提升无人机对未知环境探索的效率。本文首先对无人机环境自主探索的应用现状进行了分析,设计了基于激光雷达的无人机环境自主探索与地图构建方案。针对GNSS(Global Navigation Satellite System,全球卫星导航系统)拒止环境下,无人机缺少导航定位与地图信息的问题,本文采用激光雷达作为感知传感器,对基于全局概率配准的激光雷达SLAM(simultaneous localization and mapping,同步定位与构图)技术进行研究,并将其解算结果与惯性数据通过EKF(Extended Kalman Filter,扩展卡尔曼滤波)进行信息融合,丰富导航状态量的输出,并提高输出频率,解决了无人机在GNSS拒止环境下自主导航定位问题,同时构建并更新实时的环境地图,为后续的路径规划及无人机自主飞行控制奠定基础。随后,针对传统探索算法在后期边界点搜索效率低的问题,本文提出了多RRT搜索边界点的方法,利用全局RRT不断寻找环境内的边界点,局部RRT在向外扩展搜索边界点的同时,将全局RRT搜索到的边界点作为引导,驱动局部RRT向已知边界点靠近,加速边界点搜索速度。对局部RRT搜索到的边界点建立评估模型,考虑导航代价、信息增益与定位精度,筛选最优的边界点作为目标点,并对局部RRT形成的路径进行优化,提高了探索效率。为保证构建环境地图的完整性,本文基于数字图像处理领域的边缘检测方法,将实时构建的栅格地图转化为灰度图像,使用Canny算子对其进行边缘检测,提取地图中的有效边界,建立地图完整性评估模型。若地图构建不完整,在检测得到的有效边界上提取边界点,使用基于多RRT边界搜索与路径规划方法继续探索任务,直至地图构建完整。无人机探索任务的目的为构建环境地图,相对于传统算法将RRT搜索不到边界点作为探索任务的终止条件,本文算法保证了完整地图的构建,有效降低了地图构建不完整而探索提前终止的可能性。最后,论文设计了一款小型共轴的四轴八旋翼无人机,并基于此搭建了环境自主探索算法验证试验平台,设计并实现了包括无人机外环飞行控制、路径跟踪、导航定位在内的一系列算法。基于搭建的无人机平台,本文进行了实际飞行试验,对本文提出的环境自主探索算法进行了验证,表明了该无人机系统与本文算法的可行性。

关键词：无人机激光雷达环境自主探索路径规划 RRT

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汽车涂装车间能耗分析与节能技术研究及应用

汽车涂装车间能耗分析与节能技术研究及应用

作者：邹冰倩重庆理工大学

学位级别：硕士

随着社会的发展和科技的进步,节能问题日益受到世界各国的高度关注。我国汽车产销量已连续7年位居世界第一,但能耗也远远高于世界汽车行业平均能耗水平,因此开展汽车行业的节能技术推广具有重要意义。汽车涂装车间的能耗占据了汽车生产... 详细信息

随着社会的发展和科技的进步,节能问题日益受到世界各国的高度关注。我国汽车产销量已连续7年位居世界第一,但能耗也远远高于世界汽车行业平均能耗水平,因此开展汽车行业的节能技术推广具有重要意义。汽车涂装车间的能耗占据了汽车生产能耗的约70%,是汽车制造企业的节能重点。论文针对汽车涂装车间的工艺环节及主要能耗系统的耗能情况,进行能耗分析及节能技术研究。论文首先阐述了汽车涂装车间节能研究的背景及意义,然后分析了国内外汽车涂装车间节能问题研究现状,总结了目前汽车涂装车间节能问题的国内外研究特点与不足。从汽车涂装车间工艺环节和耗能系统两方面对涂装车间能耗状况进行了分析,并对各工艺系统耗能状况进行定量的占比分析,通过“80/20”原则确定了涂装车间内主要的三大耗能系统,同时也对三大主要耗能系统的主要能耗问题及节能技术进行了分析。其次,论文对三大耗能系统主要节能技术之一的汽车涂装车间预热设备自动化启动控制技术进行了深入研究,利用PLC设备和STEP7编程软件为车间内需要预热的设备建立了自动化启动控制模型,并通过仿真模拟检验了自动化启动程序的可靠性和可行性。最后,将预热设备自动化启动控制技术应用于力帆集团乘用车事业部涂装车间生产过程中,通过对预热设备的自动化控制,为车间每年节约能源费用约66.75万元。实际应用结果表明,预热设备自动控制节能技术有效可行,且成本低廉又不影响生产。论文研究内容为汽车涂装车间低成本、短周期改善能耗提供了可行的技术;所建立的预热设备自动化启动控制模型对其他制造企业的节能具有借鉴意义。

关键词：涂装车间耗能系统能耗分析节能技术

高职院校《生产现场管理》课程案例库建设的必要性探讨

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时代金融 2018年第30期 291-292页

作者：邹冰倩重庆电子工程职业学院机电学院重庆401331

高职院校工业工程技术专业《生产现场管理》课程案例库的建设,能够使学生在理论教学的同时,更多的接触实际生产中的案例,从而弥补理论教学中所不能实现的提高学生实践逻辑分析能力和实践管理能力的效果。案例教学方式相比于传统理论教... 详细信息

高职院校工业工程技术专业《生产现场管理》课程案例库的建设,能够使学生在理论教学的同时,更多的接触实际生产中的案例,从而弥补理论教学中所不能实现的提高学生实践逻辑分析能力和实践管理能力的效果。案例教学方式相比于传统理论教学有其突出的优势,并且对传统的理论教学的模式、内容、手段及方法等方面都能够起到良好的补充和完善作用,更好的使同学在《生产现场管理》的课程学习中接触实际案例,更加贴近生产实际,提高学生的实践认识和实践分析及应用能力。

关键词：工业工程技术生产现场管理案例库

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关于智能钻井钻头打捞机器人的研究与设计

高职院校工业工程技术专业虚拟仿真实训中心建设的必要性

科学与信息化 2021年第6期 69-70页

作者：邹冰倩重庆电子工程职业学院智能制造与汽车学院重庆 401331

本文针对高楼、桥梁以及路面等大型建筑工程的钻头打捞工作,研究与设计一种智能钻井钻头打捞机器人替代目前人工打捞钻头工作.本文介绍了智能钻井钻头打捞机器人的结构原理、工作方式及特点.通过智能钻井钻头打捞机器人来替代人工完成... 详细信息

本文针对高楼、桥梁以及路面等大型建筑工程的钻头打捞工作,研究与设计一种智能钻井钻头打捞机器人替代目前人工打捞钻头工作.本文介绍了智能钻井钻头打捞机器人的结构原理、工作方式及特点.通过智能钻井钻头打捞机器人来替代人工完成一系列的钻头打捞工作,可以更精确、更低成本的打捞钻头,实现高效率作业.同时,充分利用智能科技创新减少打捞钻头作业中的人员伤亡,降低工作的危险性.

关键词：智能机器人钻头打捞

来源：评论

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重庆电力高等专科学校学报 2018年第1期23卷 23-24,52页

作者：邹冰倩重庆电子工程职业学院机电学院重庆401331

对高职院校工业工程技术专业实训教学的特殊性及其面临的问题进行了详细的梳理。在研究高职院校工业工程技术专业虚拟仿真实验教学中心建设的背景与意义的基础上,系统阐述了虚拟仿真教学中心建设的必要性。

关键词：工业工程技术虚拟仿真实验教学

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一种高效净鞋装置的设计

电子技术（上海） 2021年第3期50卷 132-133页

作者：邹冰倩重庆电子工程职业学院智能制造与汽车学院重庆401331

针对解决大型公共场所在雨雪天气导致的地面湿滑和清洁问题,设计一种高效净鞋装置。阐述了高效净鞋装置的构成、材料、特点。

关键词：净鞋装置公共场所地面湿滑

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茉莉花开，畅享江苏

中国公路 2020年第4期 40-42页

作者：徐学邹冰倩江苏扬子江高速通道管理有限公司

下一步,扬子江高速公司将发挥"融志、融智、融制"力量,继续深入开展"苏高速·茉莉花"品牌创建活动,以更高站位、更深认识、更强担当,为公众提供集获得感、幸福感、安全感于一体的"行苏高速,品茉莉香"优质出行体验。为进一步推进企业改... 详细信息

下一步,扬子江高速公司将发挥"融志、融智、融制"力量,继续深入开展"苏高速·茉莉花"品牌创建活动,以更高站位、更深认识、更强担当,为公众提供集获得感、幸福感、安全感于一体的"行苏高速,品茉莉香"优质出行体验。为进一步推进企业改革创新,着力提升江苏交通控股有限公司(以下简称"江苏交控")整体投资能力和路桥资产的经营质效,2019年6月28日,扬子大桥与广靖锡澄公司合并重组的江苏扬子江高速通道管理有限公司(以下简称"扬子江高速公司")正式挂牌成立。自成立以来,扬子江高速公司以文化融合为契机,充分发挥资源整合优势,整体采用"1+N"模式统一管理"2桥8路"。

关键词：收费站清障救援指挥调度系统江阴大桥收费窗口品牌创建便民服务

专业与思政融合的“五联动、三课堂、全贯穿”教育模式

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电脑知识与技术 2021年第22期17卷 262-264页

作者：邹冰倩叶勇重庆电子工程职业学院重庆401331

针对高职院校专业课中思想政治育人过程中普遍存在的教师思政能力不强、思政育人环节不立体、课程思政育人措施落地难三大突出问题,以及专业课教师对专业课“思政”功能认识的不足、“思政”会冲淡专业教学的思想顾虑和误解、专业课教... 详细信息

针对高职院校专业课中思想政治育人过程中普遍存在的教师思政能力不强、思政育人环节不立体、课程思政育人措施落地难三大突出问题,以及专业课教师对专业课“思政”功能认识的不足、“思政”会冲淡专业教学的思想顾虑和误解、专业课教师“思政”本领不强、专业课教育与思想政治教育严重脱节等主要问题,本文提出了以“全员”为“主体”“课堂”为“路径”“过程”为“抓手”的专业课教学中融入思政教育的“五联动·三课堂·全贯穿”教育创新模式,并应用到教学实践。

关键词：思政教育五联动三课堂全贯穿

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基于4+3+N一体化育人体系的分析

电子技术（上海） 2021年第3期50卷 126-127页

作者：邹冰倩叶勇重庆电子工程职业学院重庆401331

提出构建"4+3+N"一体化育人体系,它既是"三全育人"在高职院校的一种具体体现,又是围绕培养高素质卓越人才的体制机制保障,从而为高职院校全面开展一体化育人工作,提供了坚实的理论基础和实践指导意义。

关键词： 4+3+N 一体化育人教育体系