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复杂环境下的感知定位虚拟仿真实验教学建设与实践

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计算机教育 2021年第4期 111-115页

作者：赵菊敏李灯熬刘琪太原理工大学信息与计算机学院山西晋中030600 太原理工大学大数据学院山西晋中030600 山西省空间信息网络工程技术研究中心山西晋中030600

针对传统实验教学成本高昂且难以实现复杂环境的问题,提出构建复杂环境下的感知定位虚拟仿真实验教学模式,具体阐述该教学模式下的教学体系、教学方法、考核方式及实验中心的系统架构,介绍该仿真实验在具体教学中的实际应用并说明教学... 详细信息

针对传统实验教学成本高昂且难以实现复杂环境的问题,提出构建复杂环境下的感知定位虚拟仿真实验教学模式,具体阐述该教学模式下的教学体系、教学方法、考核方式及实验中心的系统架构,介绍该仿真实验在具体教学中的实际应用并说明教学效果。

关键词：虚实互补教学模式感知定位虚拟仿真实验教学无源感知

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智能综采工作面人员感知定位控制系统研究

机电工程技术 2021年第5期50卷 160-162页

作者：和志伟山西长治王庄煤业有限责任公司山西长治047102

为更好地保障智能采煤工作面巡检人员的人身安全,设计了一种可感知与定位采煤工作面巡检人员的智能化系统。具体介绍了该系统的主要构架,应重点控制的采煤工作面区域,人员定位系统与采煤控制系统的对接。提出了该系统的主要闭锁策略与... 详细信息

为更好地保障智能采煤工作面巡检人员的人身安全,设计了一种可感知与定位采煤工作面巡检人员的智能化系统。具体介绍了该系统的主要构架,应重点控制的采煤工作面区域,人员定位系统与采煤控制系统的对接。提出了该系统的主要闭锁策略与解锁策略,以及人员定位与系统的匹配策略,通过此研究有助于进一步提高智能化综采工作面人员安全保障水平,更好地保障矿井安全生产。

关键词：综采工作面智能化感知定位控制策略

基于视觉—惯性系统的多机联合SLAM技术研究

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基于视觉—惯性系统的多机联合SLAM技术研究

作者：李佳鹏哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着自动驾驶、AR(Augmented Reality)等领域的不断发展,感知定位技术作为其中至关重要的一环,成为学术研究与工程落地的热点,多机联合SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)技术更因其在民用、军事等领域的重要性而成为热门话... 详细信息

随着自动驾驶、AR(Augmented Reality)等领域的不断发展,感知定位技术作为其中至关重要的一环,成为学术研究与工程落地的热点,多机联合SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)技术更因其在民用、军事等领域的重要性而成为热门话题。应用于SLAM系统的传感器往往存在各自的优点与局限性,但不同传感器之间往往具有互补性,因此多传感器融合SLAM技术逐渐成为主流。在多种不同的组合方式中,惯性传感单元(Inertial Measurement Unit,IMU)与相机所组成的视觉-惯性SLAM系统(Visual-Inertial System,VINS)因其高度的互补性与较小的落地成本而成为研究热点,并在移动机器人、UAV(Unmanned Aerial Vehicles)、VR(Virtual Reality)、AR等领域中得到广泛应用。然而,现有的VINS对于硬件的计算能力有较高的要求,难以在微小型设备上实现部署。此外,在其后端优化过程中,主流的舒尔补方法求解器的可并行执行空间较小,不易适应具备较强并行计算能力的嵌入式计算机。并且,若采用单精度浮点型,其在后端优化与边缘化中,因采用舒尔补(Schur Complement,SC)而不可避免的求逆过程易出现较大误差。本文提出并设计了一种基于零空间消元方法的多机联合SLAM系统,旨在解决并行计算能力利用率低、采用单精度浮点型不稳定、多机坐标系对齐困难等问题。首先,本文利用零空间消元的方法代替舒尔补操作,使得BA(Bundle Adjustment)问题中的减规模相机问题的构造高度可并行化,提高了嵌入式计算机的并行计算能力利用率。其次,零空间消元法可在后端优化与边缘化过程中避免对不定海森矩阵的求逆操作,在采用单精度浮点型时依旧能够保持稳定。最后,基于RGB-D深度点云与视觉-惯性系统构造的局部点云地图,本文通过三维点云配准实现坐标系对齐。同时,运用特征点检测、基于描述子的匹配与基于ICP模型的RANSAC方法为配准过程提供了可靠的初值。本文基于ROS环境在Euroc、modelnet40和KITTI数据集上对所提出的多机联合SLAM系统进行了测试,证明了其有效性与可靠性。

关键词：感知定位 SLAM VINS 零空间消元

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果园智能车辆自动导航系统关键技术研究

果园智能车辆自动导航系统关键技术研究

作者：郭成洋西北农林科技大学

学位级别：硕士

自动导航控制系统作为精准农业技术的重要组成部分,对于解决劳动力不足,提高农业机械智能化水平和农业生产效率具有重要意义。近年来,随着我国产业结构的不断优化,创新驱动发展战略的大力实施,为农业车辆自动导航控制技术注入了许多新动... 详细信息

自动导航控制系统作为精准农业技术的重要组成部分,对于解决劳动力不足,提高农业机械智能化水平和农业生产效率具有重要意义。近年来,随着我国产业结构的不断优化,创新驱动发展战略的大力实施,为农业车辆自动导航控制技术注入了许多新动能,并逐步成为精准农业领域的研究热点。中国是世界上水果种植面积最大、产量最高的国家,同时人口老龄化问题严重,因此为了满足现代果园作业绿色可持续发展要求,缓解农业劳动力短缺现象,利用自动导航控制技术开发设计先进果园作业装备势在必行。本文以标准化栽培模式的苹果果园为研究环境,将农用电动车进行改装作为研究平台,考虑到农业生产成本的问题,选用2D激光作为主要感知元件,针对果园智能车辆自动导航系统中的环境感知定位、导航路径跟踪和障碍物检测三项关键性技术进行研究。主要工作和结论如下:（1）通过查阅国内外大量参考文献和实地调研,了解了目前智能车辆常用的导航定位方式、路径跟踪技术以及障碍物检测方法,通过对比分析出应用于果园环境下存在的主要问题,并针对上述问题确定了本文的研究内容、研究方案和技术路线。（2）在SH-GL型农用电动车的基础上,加装2D激光传感器和前轮转角检测系统,并对其启动系统和自动转向系统进行改装,完成了果园智能导航车辆的硬件平台的搭建。通过设计不同试验测试了激光传感器、前轮转角检测系统和自动转向系统的性能,试验结果表明所设计的硬件系统均能较好的完成相应工作,且具有良好的可靠性与稳定性,为后续研究奠定了必要基础。（3）针对环境感知定位中激光数据易受跨行果树或行间小型障碍物等因素影响,造成定位精度变差的问题,提出了一种将距离阈值法和统计滤波法相组合的数据预处理方法。为了减少导航系统的运算量,提出了一种利用欧式聚类后同棵果树上最短ρ值点、激光发射点和果树树干中心点几何三点共线原理来获取树干特征中心点的方法。试验结果表明与实际位置相比在X轴方向最大偏差为8.0 cm,平均偏差为3.2 cm,标准差为2.7 cm;在Y轴方向最大偏差为9.9 cm,平均偏差为6.5 cm,标准差为2.3 cm,精度可以满足实际需要。同时采用最小二乘法完成了对导航直线路径的拟合,并将航向偏差和横向偏差作为导航控制参数进行获取,与实际值相比航向角最大绝对误差为0.95°,平均绝对误差为0.682°,均方根误差为0.237°;横向偏差最大绝对误差为4.66cm,平均绝对值差为2.119 cm,均方根误差为1.010 cm,试验结果表明导航参数获取精度可以满足试验平台在果园自主作业要求。（4）根据果园车辆路径跟踪的特点,以二轮车模型为基础构建了直线跟踪条件下纯追踪控制模型。针对纯追踪控制模型前视距离无法实时调节的问题,设计了以横向偏差和航向偏差为输入,用于实时调节前视距离大小的模糊控制器,通过Matlab软件制作了前视距离模糊控制查询表。在Matlab/Simulink环境下搭建了总体仿真模型,并对恒定速度工况下直线和曲线两种路径进行了仿真跟踪试验,试验结果表明系统具有响应速度快、跟踪精度较高、稳定性好的优势。同时以人工搭建的模拟果园为试验环境进行了实地试验,试验结果表明车辆最大跟踪偏差为0.13 m,平均跟踪偏差为0.048 m,且果树缺失对所设计的控制系统影响不显著,控制精度基本满足果园实际作业要求。（5）为更好的实现车辆路径导航规划,提高驾驶安全性,针对目前果园障碍物检测存在的问题,提出了一种采用2D激光获取障碍物距离信息、采用单目CCD相机来获取障碍物类别信息的障碍物目标检测方法。搭建和训练了SSD深度学习目标障碍物检测模型,并通过单一障碍物识别精度试验完成了性能评价。制作完成了用于果园试验的安装台架,并针对三种不同位置下的果园行内多目标障碍物进行了距离和类别组合检测试验,验证了该方法的合理性和有效性并且类别检测置信度均在90%以上。

关键词：果园感知定位直线路径跟踪障碍物检测

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基于多传感器的果园运输机器人导航系统研究

基于多传感器的果园运输机器人导航系统研究

作者：王永苏州大学

学位级别：硕士

果园自动导航是当前果园农业智能设备的重要组成部分,针对果园的种植特点,本文以自主研制的差动轮式果园运输机器人试验平台,开发出一套自动导航系统,从以下三个方面研究:果园环境感知定位,导航路径规划、决策控制,具体内容如下:(1)设... 详细信息

果园自动导航是当前果园农业智能设备的重要组成部分,针对果园的种植特点,本文以自主研制的差动轮式果园运输机器人试验平台,开发出一套自动导航系统,从以下三个方面研究:果园环境感知定位,导航路径规划、决策控制,具体内容如下:(1)设计并搭建了本文采用的果园运输机器人试验平台。根据实际的果园环境,确定了所需的控制硬件:GNSS传感器、2D激光雷达、工控机,对GNSS传感器和2D激光雷达的精度和稳定性进行分析。经过试验分析,2D激光雷达每帧数据平均在1997个点,与左右侧墙壁的距离平均值分别为1422.948mm和1472.038mm,标准差分别为0.985 mm和0.949 mm,说明采用的2D激光雷达具有稳定且满足定位精度。通过对GNSS传感器进行单点静置采样,获取了 X轴、Y轴和航向角的最大偏差分别为0.075 m、0.046 m和0.188°,说明采用的GNSS传感器具有准确性和稳定性。最终完成了实物搭建,为后面研究做基础。(2)针对果园复杂的环境,研究了果园环境感知方法。首先提出了基于2D-ICP的果树信息采集方法,通过2D激光雷达获取两侧果树点云数据进行迭代配准后,得到了果园中每个果树的点云数据。然后提出了基于LAPO-DBSCAN的果树检测算法获取每棵果树的聚类中心,实现对果树的感知。经过模拟数据试验分析,LAPO-DBSCAN算法比LAPO算法的正检率高2.42%,误检率低2.42%,耗时上减少82.92%。与前人改进的DBSCAN算法对比,该算法的正检率提高3.92%,因此LAPO-DBSCAN算法要比LAPO算法和DBSCAN算法具有优越性。经过实际果树数据试验分析,LAPO-DBSCAN算法的正检率可达96.69%,误检率低到3.31%,耗时1.14 s,说明该算法可以用于果树检测获取果树位置。(3)针对果园定位问题,研究了运输机器人的定位方法。采用了 GNSS传感器、2D激光雷达两种传感器进行定位。GNSS传感器用于运输机器人在果园中的定位,经过试验分析,测量运输机器人每行驶1米的误差的平均值的最大值和最小值分别为0.052m和0.036m,可以满足运输机器人在果园中的定位需求。2D激光雷达用于果树的定位,通过对比实际测量的果树坐标与算法得到的坐标求偏差得到X轴的平均偏差为0.176 m,Y轴的平均偏差为0.146 m,满足果树定位精度要求。(4)考虑果园实际的环境情况,研究了果园导航路径拟合算法。提出了一种基于内点的最小二乘法拟合导航路径算法,并与RANSAC、最小二乘法两种拟合路径算法对比,得到基于内点的最小二乘法拟合导航路径算法在平均弧度上分别相差-0.269和-0.032,说明基于内点的最小二乘法拟合导航路径算法要比RANSAC和最小二乘法优越,故该算法更适用于果园导航线的拟合。(5)针对果园装备的控制问题,研究了果园控制决策算法。在得到运输机器人与导航线间的横向偏差和航向偏差后,根据运输机器人的尺寸以及果树行宽,提出了基于模糊控制的运输机器人控制方法。实现运输机器人的导航控制决策。针对所设计的运输机器人以0.25 m/s、0.50m/s、0.75m/s的速度进行实地试验,得到导航系统的最大偏差为0.414 m,平均偏差为0.039 m,标准偏差为0.150 m,验证了运输机器人的导航效果,表明该导航系统具有实际意义。

关键词：果园自主导航运输机器人感知定位导航线提取模糊控制

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深海遥控重型作业机器人发展现状与展望

控制与信息技术 2023年第6期 1-8页

作者：张定华刘可安上海中车艾森迪海洋装备有限公司上海201306 株洲中车时代电气股份有限公司湖南株洲412001

深海重型作业机器人是海洋资源开发的必要装备之一,遥控作业是当前面对多样化深海作业任务的主要方式。文章在介绍深海遥控作业机器人的分类、性能及功能结构的基础上,结合海底挖沟铺设作业工况,对以自行走的挖沟机、拖曳式铺设犁、悬... 详细信息

深海重型作业机器人是海洋资源开发的必要装备之一,遥控作业是当前面对多样化深海作业任务的主要方式。文章在介绍深海遥控作业机器人的分类、性能及功能结构的基础上,结合海底挖沟铺设作业工况,对以自行走的挖沟机、拖曳式铺设犁、悬浮喷射作业机器人为代表的深海遥控作业机器人产品性能进行了对比分析,为不同应用场合的设备选用提供了依据;并在分析现有传感通信和控制、供能和整机集成技术的基础上,对其未来智能化分布式控制、高效用能及安全供电、轻量化多功能集成设计的发展趋势进行了展望。最后,结合我国深海遥控作业机器人技术体系的现状,对其未来的发展提出了相应的建议。

关键词：深海作业遥控机器人感知定位高效供能轻量化多功能集成

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推耙机全自动智能控制关键技术的研究

电气传动自动化 2021年第6期43卷 33-36页

作者：王帆王君伟周琦浙江浙能嘉华发电有限公司燃料部浙江杭州310009

本文利用现有推耙机,针对其作业工况与作业工艺进行智能化改造,就其中涉及的关键技术进行深入研究,以实现推耙机在封闭船舱内的无人驾驶自动清舱功能。其中涉及多种仿真分析与算法应用,研究多种关键技术,主要包括:感知定位技术、环境建... 详细信息

本文利用现有推耙机,针对其作业工况与作业工艺进行智能化改造,就其中涉及的关键技术进行深入研究,以实现推耙机在封闭船舱内的无人驾驶自动清舱功能。其中涉及多种仿真分析与算法应用,研究多种关键技术,主要包括:感知定位技术、环境建图技术、煤量识别技术、路径规划技术、安全限制技术等,从而提高我国企业经济及作业效率。

关键词：全自动感知定位环境建图煤量识别扫描仪 IMU