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基于深度强化学习的堤坝巡检机器人避障方法

计算机测量与控制 2025年

作者：张鹏程胡宁宁王宵左登勇袁冬莉上海勘测设计研究院有限公司勘察检测研究院西北工业大学自动化学院

为解决复杂动态环境下的堤坝巡检机器人的自主避障问题，提出一种基于改进深度确定性策略梯度算法的巡检路径避障方法。为提高算法的收敛速度和稳定性，引入优先经验回放机制处理训练样本，并加入随机噪声提高算法对环境的探索能力；为... 详细信息

为解决复杂动态环境下的堤坝巡检机器人的自主避障问题，提出一种基于改进深度确定性策略梯度算法的巡检路径避障方法。为提高算法的收敛速度和稳定性，引入优先经验回放机制处理训练样本，并加入随机噪声提高算法对环境的探索能力；为解决算法对环境缺乏先验知识，易于陷入局部迭代的问题，引入了人工势场法提高算法初始阶段的学习效率及快速收敛性；完成了改进算法的状态动作空间、奖励函数和避障训练流程设计。仿真结果表明，改进算法收敛速度快、规划的路径短，使巡检机器人具有更优越的避障能力；经实验验证算法实现了复杂环境下的自主动态避障。

关键词：巡检机器人深度强化学习动态避障堤坝巡检改进DDPG算法

巡检机器人对输电线断股实时在线检测与诊断的一种方法

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电工技术学报 2010年第6期25卷 185-191页

作者：周风余李贻斌冯国瑞山东大学控制科学与工程学院济南250061 山东政法学院信息科学技术系济南250014

根据输电线断股引起的辐射场的变化和巡检机器人运行环境状况,选用热释电远红外传感器对输电线断股信号进行检测。在数据处理时,针对断股信号的非平稳性质和小波基的时频特征,选用db4小波基对断股信号进行了6层小波分解。为解决单纯采... 详细信息

根据输电线断股引起的辐射场的变化和巡检机器人运行环境状况,选用热释电远红外传感器对输电线断股信号进行检测。在数据处理时,针对断股信号的非平稳性质和小波基的时频特征,选用db4小波基对断股信号进行了6层小波分解。为解决单纯采用小波变换带来的诸如分解信息量大,故障特征值数目多、提取需要人工干预,难以实现在线检测与诊断的问题,本文引入了小波能量熵的概念,从而使描述输电线断股故障的特征值数目大大减少,并且易于计算机自动提取,利用较小规模的BP网络就实现了巡检机器人对铝绞导线断股损伤的在线精确诊断。在线断股检测实验证明了该方案的正确性。

关键词：输电线巡检机器人小波分析熵断股检测

巡检机器人用漏泄通信线路在高压电缆隧道中的感性耦合影响

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高电压技术 2015年第8期41卷 2697-2705页

作者：吴华张晔杨国田柳长安华北电力大学控制与计算机工程学院北京102206

电缆隧道内的电力电缆会对巡检机器人用漏泄通信电缆产生电磁影响,然而国内外关于该领域的研究尚属于空白。根据电缆隧道的实际情况研究巡检机器人通信线路在高压电缆隧道中的感性耦合影响。从电磁场基本理论出发,研究了单线电力电缆线... 详细信息

电缆隧道内的电力电缆会对巡检机器人用漏泄通信电缆产生电磁影响,然而国内外关于该领域的研究尚属于空白。根据电缆隧道的实际情况研究巡检机器人通信线路在高压电缆隧道中的感性耦合影响。从电磁场基本理论出发,研究了单线电力电缆线路、三相电力电缆线路与通信线路间的感性耦合,并计算分析了单线电力电缆线路和典型布线方式下三相电力电缆线路对通信电缆线路的危险影响,最后以北京某地区一回二回地下电缆隧道为例,对通信线路感应纵电动势进行理论分析与现场测试,验证了该方法的正确性。结果表明:单线电力线路对通信线路的感性耦合影响较大,而三相电力线路对通信线路的感性耦合影响能够控制在国标规定的容许值范围内。通过分析两线路间的感性耦合,能够为电缆隧道通信线路的设计提供依据,对电缆隧道机器人巡检自动化的发展有着很重要的意义。

关键词：电缆隧道感性耦合巡检机器人通信线路电力电缆线路互感系数

巡检机器人获取柑橘树上果实完整表面信息方法研究

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农业机械学报 2020年第4期51卷 232-240页

作者：王毅何宇王恺熊龙烨王卓张艺谭重庆理工大学机械工程学院重庆400054

为监控柑橘的生长情况,提出了一种通过巡检机器人获取单个柑橘果实完整表面信息的方法。使用Label Me为标记工具,采用类圆形和类长方形分别对柑橘果实和分段枝干进行标记,再使用Mask R-CNN模型对其进行训练与识别,可从Kinect V2相机拍... 详细信息

为监控柑橘的生长情况,提出了一种通过巡检机器人获取单个柑橘果实完整表面信息的方法。使用Label Me为标记工具,采用类圆形和类长方形分别对柑橘果实和分段枝干进行标记,再使用Mask R-CNN模型对其进行训练与识别,可从Kinect V2相机拍摄的含有深度信息的图像中提取出柑橘果实及分段枝干的三维信息。根据柑橘果实生长情况及发生病虫害情况,对柑橘果实表面进行区域化划分,并采取积分制描述其表面信息获取率。通过机械臂末端连接的CCD相机对柑橘果实进行表面信息获取,提出了获取柑橘完整表面信息的3种机械臂拍摄方案。搭建了巡检机器人实验平台,在机器人操作系统(Robot operating system,ROS)下进行了仿真,提出实验室环境下柑橘表面信息的获取流程,并在实验室环境下对巡检机器人获取柑橘完整表面信息进行了实验验证。实验结果表明,柑橘果实的横纵径比越接近1,拍摄所获取的柑橘外表面信息越完整,当采用3个拍摄位姿的拍摄方案时,在保证获取柑橘表面完整率的同时可以获得较高的避障成功率和工作效率,柑橘表面信息获取率可达94. 21%,机械臂平均运动时间为86. 57 s。本研究为农业巡检机器人获取柑橘表面情况、监控柑橘生长及病虫害信息提供了方法。

关键词：柑橘表面信息三维重建巡检机器人

巡检机器人用漏泄通信线路在高压电缆隧道中的容性耦合影响

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高电压技术 2016年第2期42卷 504-512页

作者：卢嘉栋山西省机电设计研究院太原030009

电缆隧道内的电力电缆会对巡检机器人用漏泄通信电缆产生电磁影响,然而国内外关于该领域的研究尚属于空白,因此根据电缆隧道的实际情况研究了巡检机器人通信线路在高压电缆隧道中的容性耦合影响。从电磁场基本理论出发,基于镜像法建立了... 详细信息

电缆隧道内的电力电缆会对巡检机器人用漏泄通信电缆产生电磁影响,然而国内外关于该领域的研究尚属于空白,因此根据电缆隧道的实际情况研究了巡检机器人通信线路在高压电缆隧道中的容性耦合影响。从电磁场基本理论出发,基于镜像法建立了1种计算电缆隧道内电力电缆线路对通信电缆线路电场干扰的方法,研究了单线电力电缆线路、三相电力电缆线路与通信线路间的容性耦合,并计算分析了单线电力电缆线路和典型布线方式下三相电力电缆线路对通信电缆线路的危险影响,最后以北京某地区一回地下电缆隧道为例,对通信线路感应电流进行了理论分析与现场测试,验证了该方法的正确性。结果表明:单线电力线路对通信线路的容性耦合影响较大,三相电力线路对通信线路的容性耦合影响较单线电力线路有所降低,但均超过国标规定的容许值,因此有必要将通信电缆外皮层进行接地处理,起到静电屏蔽的作用。通过分析两线路间的容性耦合,能够为电缆隧道通信线路的设计提供依据,对电缆隧道机器人巡检自动化的发展提供指导。

关键词：电缆隧道容性耦合巡检机器人通信线路电力电缆线路电磁影响镜像法

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巡检机器人自主充电对接控制方法

哈尔滨工业大学学报 2016年第7期48卷 123-129页

作者：吴功平杨智勇王伟郭磊胡健周鹏武汉大学动力与机械学院武汉430072

为保证轮臂复合式巡检机器人与太阳能充电基站充电座能准确和可靠自主充电对接,提出一种基于位置关系粗定位、视觉伺服精定位、以及压力传感器接合反馈的自主充电对接控制方法.通过感知机器人所处地线坡度信息,将安装在机器人压紧机构... 详细信息

为保证轮臂复合式巡检机器人与太阳能充电基站充电座能准确和可靠自主充电对接,提出一种基于位置关系粗定位、视觉伺服精定位、以及压力传感器接合反馈的自主充电对接控制方法.通过感知机器人所处地线坡度信息,将安装在机器人压紧机构的充电插头运动至安装在悬垂C型挂板底端中心部位的充电座附近;根据图像空间充电座中心棱边与成像区域中心线距离来表征图像特征的变化,设计充电精定位伺服控制律,采用变论域模糊控制方法进行精确定位控制;依据贴合在正负电极片下压力应变片传感器信号变化反馈对接状态.模拟线路和实际线路的试验运行结果表明,该方法具有准确、可靠、效率高的特点,能够满足自主充电对接的任务要求.

关键词：视觉伺服自主对接巡检机器人架空输电线路模糊控制

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巡检机器人系统的软硬件协同设计

中国石油大学学报（自然科学版） 2024年第3期48卷 180-187页

作者：毕逢东周淦张晨光姬少英彭良瑞闫睿劼中国石油天然气销售分公司北京100101 北京眸视科技有限公司北京100085 清华大学电子工程系北京100084 北京信息科学与技术国家研究中心北京100084

针对移动定位和目标感知两大问题,研究软件与硬件协同的巡检机器人系统设计方案。在移动定位方面,设计一种结合激光雷达、单目摄像头、惯性测量单元、GPS等多种传感器的即时定位与地图构建的技术方案,并采用在巡检环境中设置二维码路标... 详细信息

针对移动定位和目标感知两大问题,研究软件与硬件协同的巡检机器人系统设计方案。在移动定位方面,设计一种结合激光雷达、单目摄像头、惯性测量单元、GPS等多种传感器的即时定位与地图构建的技术方案,并采用在巡检环境中设置二维码路标辅助视觉定位的方法;在目标感知方面,以表计信息提取任务为例,设计一种基于深度学习的表计检测、定位与文本识别方法。结果表明,通过引入基于5G移动通信及Wi-Fi的网络通信功能实现了具有网络管理平台的巡检机器人系统,系统达到实际应用要求,有效提升了巡检的自动化和智能化水平。

关键词：巡检机器人移动定位目标感知深度学习文本识别

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综采巡检机器人关键技术研究

煤炭科学技术 2022年第1期50卷 247-255页

作者：张守祥张学亮张磊杨士军刘帅南柄飞张代祥山东工商学院信息与电子工程学院山东烟台264005 北京天玛智控科技股份有限公司北京101399 中煤华晋集团有限公司山西河津043300 兖矿能源集团股份有限公司设备管理中心山东邹城273500

智能化综采工作面安装了大量固定传感器,但依然存在监控盲区和监控滞后的问题。引入巡检机器人技术,对综采工作面的全覆盖和实时监控,是智能化开采的必要技术手段。从国家宏观政策和智能开采技术2个层面,分析了智能开采对综采巡检机器... 详细信息

智能化综采工作面安装了大量固定传感器,但依然存在监控盲区和监控滞后的问题。引入巡检机器人技术,对综采工作面的全覆盖和实时监控,是智能化开采的必要技术手段。从国家宏观政策和智能开采技术2个层面,分析了智能开采对综采巡检机器人的迫切需求,根据综采工作面巡检机器人的发展现状,总结了综采工作面应用机器人需要解决的柔性轨道、移动通信无缝漫游、远程控制和自主操作等技术难题。通过研究用于综采巡检机器人的跨式柔性轨道、行走控制、移动通信、移动精确定位、惯性导航、动态图像采集和控制采煤机调高等7项关键技术,提出了建立巡检机器人的感知理论技术装备体系、研究井下机器人动力供应技术、建立高性能的无缝漫游移动通信系统、开发超高清热成像和毫米波对综采生产时的三维实景呈现技术、研制集成视觉雷达和煤层探测的超前探测机载装置等5个重点研究方向。在薄煤层综采工作面进行了工业试验,研制的巡检机器人搭载三维激光雷达和惯性导航系统,沿采煤机电缆槽上铺设的轨道边行走边检测,达到了60 m/min的最大巡检速度,实现了双频WiFi零切换的无缝漫游高速通信,根据机载激光雷达扫描和惯性导航系统建立了综采工作面三维截割地质模型,进行了巡检模式下的智能割煤工艺试验,工作面直线度检测和找直偏差不超过150 mm,验证了巡检机器人能够为智能开采提供安全、高效的技术保障。

关键词：综采工作面巡检机器人智能开采柔性轨道移动控制

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基于激光雷达的巡检机器人导航系统研究

农业机械学报 2018年第2期49卷 14-21页

作者：季宇寒李寒张漫王琪贾稼王库中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 北京兴汇同维电力科技有限公司北京100083

智能巡检机器人能够高效、可靠地完成巡检任务,降低工作人员的劳动强度,准确、稳定的导航定位是巡检机器人执行巡检任务的基础。本文研究了基于激光雷达的巡检机器人导航系统,可实现机器人在室内外环境下的地图建立、路径规划和导航定... 详细信息

智能巡检机器人能够高效、可靠地完成巡检任务,降低工作人员的劳动强度,准确、稳定的导航定位是巡检机器人执行巡检任务的基础。本文研究了基于激光雷达的巡检机器人导航系统,可实现机器人在室内外环境下的地图建立、路径规划和导航定位。导航系统由远程监控平台与巡检机器人组成,远程监控平台发布巡检任务、监控机器人状态、查询与存储检测数据,巡检机器人可实现自主导航定位、遍历检测点、执行数据采集等巡检任务,二者通过无线网络实现远程数据交互。融合激光雷达与编码器信息,使用高鲁棒性Gmapping算法建立二维环境地图。根据地图与检测点信息,采用分支界定算法搜索最优巡检路线,以减少巡检时间和能源消耗。使用自适应蒙特卡罗定位(AMCL)算法估计机器人位置和姿态,结合巡检路线,进行导航定位。根据横向偏差与航向偏差,通过经典的PID算法完成机器人驱动控制。机器人搭载可见光相机与红外相机,可对目标进行可见光通道与红外通道的融合图像检测。对巡检机器人进行了室内导航定位试验,试验结果表明,在1 m/s的速度下,位置与航向偏差的平均绝对误差(MAE)分别小于5 cm和1.1°,标准差(SD)分别小于5 cm和1.5°,能够满足巡检导航定位的要求。

关键词：巡检机器人导航激光雷达