【摘要】：托卡馬克部件轉(zhuǎn)運車系統(tǒng)是熱核聚變實驗中非常重要的組成部分。轉(zhuǎn)運車系統(tǒng)在有輻射、有毒性、高溫的環(huán)境下,代替人工進行托卡馬克建筑和熱室之間的部件運輸及輔助裝配等工作。托卡馬克部件轉(zhuǎn)運車是自主導引車的一種,屬于輪式移動機器人,它需要在室內(nèi)環(huán)境下實現(xiàn)可靠的、高精度的導航�；诘貓D的導航是一種室內(nèi)環(huán)境下移動機器人導航常用方法。本文針對托卡馬克部件轉(zhuǎn)運車特點及其工作環(huán)境,提出了兩種地圖創(chuàng)建方法,并在實驗平臺上進行了室內(nèi)環(huán)境下的導航實驗。首先,本文研究了各種環(huán)境地圖的表示方式,針對復(fù)雜路口環(huán)境中,部分環(huán)境信息易被遮擋而無法觀測,以及運動物體易干擾觀測的情況,提出了一種基于路標的異構(gòu)地圖創(chuàng)建方法。在創(chuàng)建地圖的過程中,使用基于路標地圖的定位結(jié)果輔助ICP-SLAM方法建立輪廓地圖,可以減小ICP(Iterative Closest Points)算法的計算量,并減少迭代結(jié)果陷入局部最小值的情況�；诋悩�(gòu)地圖的定位實驗結(jié)果表明,在環(huán)境中路標被遮擋導致使用路標地圖無法定位,及環(huán)境中有運動物體干擾,使得基于輪廓地圖的定位結(jié)果精度較差的情況下,使用異構(gòu)地圖仍能得到有效的定位結(jié)果。然后,在轉(zhuǎn)運車工作環(huán)境中,基于磁釘?shù)拇艑Ш绞且环N廣泛應(yīng)用的轉(zhuǎn)運車導航方法,因此本文針對基于磁釘?shù)拇艑Ш?研究了導航需要用到的磁釘?shù)貓D的創(chuàng)建方法。傳統(tǒng)方法使用高精度RTK-GPS直接測量磁釘?shù)淖鴺?但是這種方法精度不高,測量的工作量大,而且在室內(nèi)等環(huán)境下無法使用。由此本文提出了基于SLAM(Simultaneous Localization And Mapping)的磁釘?shù)貓D的創(chuàng)建方法,先分析了各種SLAM的方法,對比了各自的優(yōu)缺點及適用環(huán)境,之后提出了基于Graph-SLAM的磁釘?shù)貓D創(chuàng)建方法。一般的SLAM方法中,觀測和計算誤差的累積會造成SLAM最終結(jié)果不一致,Graph-SLAM通過提取環(huán)境中的觀測約束并對位姿進行優(yōu)化,解決了一般SLAM無法解決的環(huán)形閉合的問題。其中的重難點問題之一是對于觀測環(huán)境中閉合約束的提取,而本文所要獲取的結(jié)果——磁釘?shù)淖鴺?正好又為Graph-SLAM提供了高可靠、高精度的環(huán)形閉合約束。實驗結(jié)果驗證了本文方法的可行性。最后,針對核聚變實驗場景中的特殊環(huán)境,設(shè)計了轉(zhuǎn)運車導航方案,給出了實驗平臺上控制器、傳感器及驅(qū)動器的選型及其性能參數(shù),實現(xiàn)了基于異構(gòu)地圖的導航實驗和基于電磁導引線的導航實驗。實驗結(jié)果表明導航系統(tǒng)的導航精度較高,能夠滿足核聚變實驗環(huán)境中的可靠性和導航精度要求。
【圖文】：

之后第四個擁有同類大型核聚變實驗堆裝置的國家。HT-7 型托卡馬克裝置建成后對海內(nèi)外均全面開放，并且是國際上能進行穩(wěn)態(tài)高參數(shù)等離子物理的兩大實驗平臺之一。截止至 2013 年 5 月 7 日為止，已有超過十輪實驗托卡馬克裝置平臺上成功進行，此后中國科學院等離子體物理研究所宣退役，后續(xù)實驗將以 HT-7U（又稱 EAST）為主，這是基于 HT-7 型的改進屬于國家“九五”重大科學工程[8]。于托卡馬克裝置及其發(fā)生核聚變實驗的周圍環(huán)境中會有一些有毒物質(zhì)，比且在裝置發(fā)生核聚變反應(yīng)及等離子工藝過程中，會產(chǎn)生放射性射線，真空件會被放射線污染，，在這種環(huán)境下是不允許人員直接接觸并執(zhí)行操作的，要一種能夠遠程操控，具有較高安全性，并能夠?qū)崿F(xiàn)滿足一定精度的自主運車來輔助工作[4, 9-11]。真空室內(nèi)的部件需要被轉(zhuǎn)運車運送到“熱室”進行些部件的裝配工作也需要轉(zhuǎn)運車協(xié)助完成。轉(zhuǎn)運車及其運輸環(huán)境如圖 1-1

圖 1-2 國外 AGV 示例Fig.1-2 examples of AGV abroad.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀相對于國外 AGV 技術(shù)起步早，技術(shù)成熟，在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛運用，國內(nèi)V 研究起步較晚。1976 年，北京的起重機機械研究所運用了電磁導引技術(shù)，研國內(nèi)第一臺可以定點通信的 ADB 型 AGV，并且將其運用于滾珠作業(yè)，這在起了巨大轟動。之后在 1991 年，郵電部所屬北京郵政科技研究所第一次將無技術(shù)運用到了 AGV 上，并在上海投入使用。到 1997 年，我國成功將視覺導引應(yīng)用到了 AGV 上，這是新型導引技術(shù)首次出現(xiàn)在 AGV 上。另外國內(nèi)一些公引進國外先進的 AGV 技術(shù)進行消化改造，如昆明船舶設(shè)備研究所引進 DNC 公術(shù)，并在此技術(shù)上改造，打破了國外技術(shù)壟斷，為國內(nèi) AGV 技術(shù)發(fā)展做出了巨獻。另外，由于傳統(tǒng)觀念的束縛及高昂的價格，AGV 在國內(nèi)的普及率還很低
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP242;TL631.24

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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相關(guān)碩士學位論文 前3條

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本文編號：2626706