基于激光雷达的巡检机器人控制与定位

王鹏程， 徐世许， 耿延龙， 张志勇

(1.青岛大学 自动化学院，山东 青岛 266071； 2.青岛卷烟厂，山东 青岛 266101)

0 引 言

某工厂电缆沟线路承担整个工厂的供电任务,需要定期检查线路温度,以防发生危险,影响工厂工业生产。为解决这一问题,研发自动巡检系统,能够定时定点检查设备运行情况,保证设备线路安全,及时发现设备故障。在工业复杂环境中,人工巡检费事费力,存在危险和空间局限等问题。应用巡检机器人能够将人解放出来,并且能高效可靠地执行巡检任务。机器人高精度导航定位是完成巡检任务的关键,直接影响机器人运动的准确性与巡检工作效率[1,2]。

目前,巡检机器人定位导航方式大多采用有轨方式或全球定位系统(global positioning system,GPS)定位方式。有轨方式需要铺设预设轨道,对工厂环境破坏较大，成本较高,GPS定位方式精度较低,不能满足在室内狭小空间的精准定位。因此,以激光雷达为核心的定位导航方式是一种高精度、高实时性、成本低廉的解决方案。

本文设计了一种激光雷达巡检机器人导航系统，建立了环境地图模型，并运用扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filtering，EKF)算法实时定位和预测走向。

1 系统构成

巡检系统主要由巡检机器人、工厂局域网、无线路由器和中控远程计算机组成。机器人用激光雷达采集周边信息透传到WiFi模块,点云数据通过无线路由器寻找中控计算机IP,将点云数据发送到上位机软件中,待上位机后期处理。系统结构如图1(a)所示。

巡检机器人作为系统的执行机构,部署在现场完成日常巡检、网络通信和数据处理等功能,搭载海康威视网络摄像机、思岚激光雷达、12 V直流电动机、STM32F103控制板、里程计等巡检所需传感器[3,4]。……