一种智能管道检测机器人、控制系统及控制方法与流程

本发明属于机器人控制
技术领域：
，尤其涉及一种智能管道检测机器人、控制系统及控制方法。
背景技术：
：目前，最接近的现有技术：在一些发达国家,管道内检测主要是通过智能清管器进行在线检测,根据功能不同,这些智能清管器大致可分为6种类型:检测仪、惯性仪器、泄露检测、深埋及涂成检测、裂纹检测、腐蚀检测。相对而言,国内管道检测技术的研究水平及应用水平都较低,处在起步险段,尚未制定统一的标准。大部分的管道内检测设备还只是单纯的漏磁腐蚀检测器，且对于所需检测的管道有一定的环境要求。例如当管道内有一定的积水时，工作人员需先要把积水排干净之后才能进行全面的管道检测。随着管道使用年限的增加,由于一些物理因素或化学因素使管道的不安全性增加,这就需要对管道进行检测维护修理。而现在常用的检测是通过电位、电流、超声波、漏磁、量泥斗、潜望镜及人为探测检查。但随着现代检测技术的发展，逐渐有了可以在管道内自由运动的检测机器人。再加上防水处理，便足以实现对跨江湖海的架空管道全方面的检测，及任何管道的内部检测。现代排水管道检测技术可分为管外检查和管内检查两种。管外检测技术是对管道裂缝和周边环境进行检测。管道裂缝引起的渗漏会使四周土壤流失，或对周边环境造成污染。管道逐渐失去土壤的支撑，最终将导致管道的坍陷或断裂，或导致运输管道内的物质流失，造成损失。而管道裂缝大小、接口尺寸、地下水位、土壤性质、水底压强等，都会影响土壤的流失量和环境的污染度。因此，检测管道的裂缝和周边的环境非常重要。管内检查是对管道变形、壁厚和腐蚀情况进行智能化检测和监控，用数据或图像的形式再现管道的详细情况，并对计算机处理结果进行综合分析，将管道运行状况分为不同等级。这样就可以在开挖和修理之前，准确而经济地确定管道损坏的位置和程度，为制定管道维修计划提供参考。综上所述，现有技术存在的问题是：(1)现有技术中，智能管道检测机器人的管道内窥声呐检测系统仅限于以水为介质对管道进行扫描，而不能检测管道一般的结构性问题。(2)在机械方面最主要的就是渗水问题，电子仓为有端盖的封密装置，但是由于封密技术不成熟，仓内会渗入水进去。(3)由于移动式管道机器人所在的管道内的工作环境比较特殊，可能含有水、泥沙、油污以及腐蚀性气体、液体等对机器人有腐蚀破坏性影响的物质存在。(4)当管道机器人进入管道后，透明玻璃罩避免不了沾染到水沫或泥浆，这样就影响了机器人对管道检测的精准度。本控制系统是采用上下位机的控制形式，所以使用的是pc--单片机控制系统。在此系统中，是很难把一些计算量比较大的工作例如图像处理交给下位机机体来完成的。解决上述技术问题的难度：为了更加全方位进检测管道内壁的情况，它除了装配有声呐系统外还在玻璃罩内部装配有摄像头，摄像头后方还安装有360度旋转舵机。当机器人进入管道之后摄像头会行全程录像，在遇到裂痕或漏洞时会进行拍摄。并将获得的画面传达给上位机，投放在显示屏上。为了改良仓体的密封性，本发明将电子仓口加一层橡胶圈，密封时与密封盖内槽紧紧贴住。为了效果，我们将封密盖内槽加长，并在内槽外围加上几层橡胶圈，密封时内槽外围的橡胶圈紧紧贴住电子仓内壁。以达到良好的防水效果。为了避免透明玻璃罩有水沫、泥浆的沾染，会配置与所述玻璃罩相匹配的的玻璃刷。当玻璃罩上有附着物时，可以随时清理。因此要求机器人具有耐腐蚀、耐碰撞等特性，除了在形状结构上予以考虑解决以外，还要从本体材料的选择上着手，在综合考虑上述问题的情况下，选择超硬铝合金作为本体的材料，它可以满足这种工作要求。在图像处理这方面需要下位机机体有一定的计算和存储能力，往往可以由单片机+dsp构成双机控制系统，其中单片机负责控制部分，dsp负责对数据的运算和处理。这种控制系统可以完成更为复杂的工作。解决上述技术问题的意义：为了更加稳定的控制管道检测机器人对管道的检测，首先就要确保机体的状态良好完整性，再者就是有良好的控制操作才能将管道检测机器人的功能完好的发挥出来。技术实现要素：针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种智能管道检测机器人、控制系统及控制方法。本发明是这样实现的，一种智能管道检测机器人控制方法，所述智能管道检测机器人控制方法包括：通过声纳设备以水为介质对管道进行扫描，将扫描结果通过上位机进行处理得出管道内壁的水量状况；所述自动定位与跟踪探伤技术通过声纳设备以水为介质在管道内定向发射一定频率的声波，声波传播出去，遇到障碍物射回来，再通过记录往返的时间及声波在水中的速度，便得到了管道内部纵断面的过水面积，检测管道功能性异常信息。获取管道内部纵断面的过水面积，检测出管道实时运行信息后，传输给上位机，上位机接到指令后通过电脑显示器对采集得到的数据进行保存、展示以及回播；同时对智能管道检测机器人的运行状态进行操控。本发明另一目的在于提供一种实施所述智能管道检测机器人控制方法的智能管道检测机器人控制系统，所述智能管道检测机器人控制系统包括：图像处理终端，将视频，图像数据传递到上位机上，再通过上位机与管道检测系统信号连接，用于接到管道检测系统接到指令后直接控制智能管道检测机器人的运行，并将控制指令反馈传递给管道检测系统，并对采集得到的数据进行保存、展示以及回播；管道检测系统，通过声纳设备以水为介质在管道内定向发射一定频率的声波，声波传播出去，遇到障碍物射回来，再通过记录往返的时间及声波在水中的速度，得到管道内部纵断面的过水面积，检测管道功能性异常信息；以气体为介质时，通过全方位摄像机对管道内壁进行检测。从控制系统，用于控制对气体及液体管道内和少数管道外目标的探测与识别，图像的传送，操作管道检测机器人的运动状态，使管道检测机器人对海洋输油管道、跨江跨河管道进行内外检测和排水管道的内部检测。进一步，管道检测系统包括：多方位摄像机，对管道内变形、壁厚和腐蚀情况进行智能化检测和监控，用数据或图像的形式再现管道的详细情况，并对计算机处理结果进行综合分析，将管道运行状况分为不同等级；摄像识别探测系统，将所拍到的画面直接传达到上位机显示屏上；电子仓内飞控的gps定位系统和机体主控系统，用于上位机通过缆线给机体传达命令。进一步，管道检测系统包括管道内窥声呐检测系统，集成有在声纳探头位置镂空的悬浮器。本发明的另一目的在于提供一种实施所述管道智能检测机器人控制方法的管道智能检测机器人，所述管道智能检测机器人设置有电子仓，驱动底盘；电子仓最前方有一个和仓口密封的透明半圆的玻璃罩；所述玻璃罩内部安装有摄像头，所述摄像头通过连接树莓派再通过网线将图像投放到上位机上；飞控通过所述树莓派将机体的平衡状态传达给上位机；所述飞控分为数据储存模块，外部通讯模块、驱动程序模块、平衡控制模块、信息接收和传递模块；所述飞控连接水下机器人机体的六个推进器，对所述六个推进器进行通道编排，再通过所述树莓派将信号传达给上位机；电子仓后部的密封盖上安装旋钮式防水开关；网线穿过所述密封盖，一端连接树莓派，另一端连接上位机；所述电池仓安装有控制驱动底盘电机驱动轮的电调，为所有电器提供电流的电源；所述驱动底盘由四个驱动轮支撑，所述驱动轮均与驱动底盘连接有防震装置。进一步，上位机采用工控机，装在操纵箱中，设制玩具手柄式操控杆，通过操控手柄分别控制机器人的前后、转向运动和左右、上下运动，并控制运动速度和角速度；短基线定位系统定位图、摄像头所拍到的画面和声纳探测到的图像及实时地反馈在上位机的显示屏上。进一步，驱动底盘与驱动底盘上部分的甘字型底部进行固定；控制驱动轮运转的中心板和电源都安置于电子仓内。进一步，机器人的透明玻璃罩配置有相匹配的玻璃刷，用于洗摄像头。本发明的另一目的在于提供一种搭载所述的管道智能检测机器人的海洋输油管道检测设备。本发明的另一目的在于提供种搭载所述的管道智能检测机器人的跨江跨河管道进行内外排水检测设备。综上所述，本发明的优点及积极效果为：在一些发达国家,管道内检测主要是通过智能清管器进行在线检测,根据功能不同,这些智能清管器大致可分为6种类型:检测仪、惯性仪器、泄露检测、深埋及涂成检测、裂纹检测、腐蚀检测。相对而言,国内管道检测技术的研究水平及应用水平都较低,处在起步险段,尚未制定统一的标准。大部分的管道内检测设备还只是单纯的漏磁腐蚀检测器，且对于所需检测的管道有一定的环境要求。例如当管道内有一定的积水时，工作人员需先要把积水排干净之后才能进行全面的管道检测。管道检测机器人技术的优越性主要体现在机器人的移动技术、自动操作技术、自动定位与跟踪探伤技术、数据处理、信号识别与自动评估技术。机器人的移动技术有靠驱动轮的驱动技术，有靠推进器的推动技术。机器人的整体操作都由上位机进行控制。机器人内的飞控安装有gps系统，可以随时定位，并显示与上位机屏幕上。管道内窥声呐检测系统就是一种跟踪探伤技术，它主要是通过声纳设备以水为介质在管道内发射超声波信号，然后从不同表面反射回来，声呐头接收反射的信号，形成管内表面的完整的360°外形图，可分别表示出管壁上的坑、穴和裂缝、淤泥、植物和砖块等。这类检测用于了解管道内部纵断面的过水面积，从而检测管道功能性病态。为了更加全方位进检测管道内壁的情况，它除了装配有声呐系统外还在玻璃罩内部装配有摄像头，摄像头后方还安装有360度旋转舵机。当机器人进入管道之后摄像头会行全程录像，在遇到裂痕或漏洞时会进行拍摄。并将获得的画面传达给上位机，投放在显示屏上。为了改良仓体的密封性，本发明将电子仓口加一层橡胶圈，密封时与密封盖内槽紧紧贴住。为了效果，本发明将封密盖内槽加长，并在内槽外围加上几层橡胶圈，密封时内槽外围的橡胶圈紧紧贴住电子仓内壁。以达到良好的防水效果。为了避免透明玻璃罩有水沫、泥浆的沾染，会配置与所述玻璃罩相匹配的的玻璃刷。当玻璃罩上有附着物时，可以随时清理。本发明可使管道检测机器人可以对海洋输油管道、跨江跨河管道进行内外检测和排水管道的内部检测。附图说明图1是本发明实施例提供的管道智能检测机器人控制系统图。图2是本发明实施例提供的管道智能检测机器人示意图。图中，1、电子仓；2、驱动底盘；3、玻璃罩；4、摄像头；5、上位机；6、机体；7、数据储存模块；8、外部通讯模块；9、驱动程序模块；10、平衡控制模块；11、信息接收和传递模块；12、推进器；13、密封盖；14、防水开关；15、防震装置；16、飞控；17、玻璃刷。图3是本发明实施例提供的驱动底盘示意图。图4是本发明实施例提供的电子仓示意图。图5是本发明实施例提供玻璃刷示意图。图6是本发明实施例提供推进器示意图。图7是本发明实施例提供的飞控示意图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。现有技术中，智能管道检测机器人的管道内窥声呐检测系统仅限于以水为介质对管道进行扫描，而不能检测管道一般的结构性问题。在机械方面最主要的就是渗水问题，电子仓为有端盖的封密装置，但是由于封密技术不成熟，仓内会渗入水进去。当管道机器人进入管道后，透明玻璃罩避免不了沾染到水沫或泥浆，这样就影响了机器人对管道检测的精准度。为解决上述问题，下面结合具体方案对本发明作详细描述。本发明实施例提供的智能管道检测机器人控制方法包括：通过声纳设备以水为介质对管道进行扫描，将扫描结果通过上位机进行处理得出管道内壁的水量状况。获取管道内部纵断面的过水面积，检测出管道实时运行信息后，传输给上位机，上位机接到指令后通过电脑显示器对采集得到的数据进行保存、展示以及回播；同时对智能管道检测机器人的运行状态进行操控。如图1所示，本发明实施例提供的智能管道检测机器人控制系统包括：图像处理终端，将视频，图像数据传递到上位机上，再通过上位机与管道检测系统信号连接，用于接到管道检测系统接到指令后直接控制智能管道检测机器人的运行，并将控制指令反馈传递给管道检测系统，并对采集得到的数据进行保存、展示以及回播；管道检测系统，通过声纳设备以水为介质在管道内定向发射一定频率的声波，声波传播出去，遇到障碍物射回来，再通过记录往返的时间及声波在水中的速度，得到管道内部纵断面的过水面积，检测管道功能性异常信息；以气体为介质时，通过全方位摄像机对管道内壁进行检测。从控制系统，用于控制对气体及液体管道内和少数管道外目标的探测与识别，图像的传送，操作管道检测机器人的运动状态，使管道检测机器人对海洋输油管道、跨江跨河管道进行内外检测和排水管道的内部检测。在本发明实施例中，管道检测系统包括：多方位摄像机，对管道内变形、壁厚和腐蚀情况进行智能化检测和监控，用数据或图像的形式再现管道的详细情况，并对计算机处理结果进行综合分析，将管道运行状况分为不同等级；摄像识别探测系统，将所拍到的画面直接传达到上位机显示屏上；电子仓内飞控的gps定位系统和机体主控系统，用于上位机通过缆线给机体传达命令。在本发明实施例中，管道检测系统包括管道内窥声呐检测系统，集成有在声纳探头位置镂空的悬浮器。在本发明实施例中，管道内窥声呐检测系统就是一种跟踪探伤技术，它主要是通过声纳设备以水为介质对管道进行扫描，扫描结果通过上位机进行处理得出管道内壁的水量状况。这类检测用于了解管道内部纵断面的过水面积，从而检测管道功能性病态。上位机在接到指令后可通过电脑显示器对采集得到的数据进行保存、展示以及回播。如图2-图7所示，本发明实施例提供的管道智能检测机器人设置有电子仓1，驱动底盘2。电子仓1最前方有一个和仓口密封的透明半圆的玻璃罩3；所述玻璃罩3内部安装有摄像头4，所述摄像头4通过连接树莓派再通过网线将图像投放到上位机5上。飞控通过所述树莓派将机体6的平衡状态传达给上位机5。所述飞控分为数据储存模块7，外部通讯模块8、驱动程序模块9、平衡控制模块10、信息接收和传递模块11五大部分。所述飞控17连接水下机器人机体6的六个推进器12，对所述六个推进器进行通道编排，再通过所述树莓派将信号传达给上位机5。电子仓1后部的密封盖13上安装旋钮式防水开关14。网线穿过所述密封盖13，一端连接树莓派，另一端连接上位机5；所述电池仓1安装有控制驱动底盘电机驱动轮的电调，可以为所有电器提供电流的电源。所述驱动底盘2由四个驱动轮支撑，所述驱动轮均与驱动底盘2连接有防震装置15。在本发明实施例中，上位机5采用工控机，装在操纵箱中，设计玩具手柄式操控杆，通过操控手柄分别控制机器人的前后、转向运动和左右、上下运动，并可以控制运动速度和角速度。操控手柄由操控人员握在手中，管道检测机器人的一切活动都由操控手柄控制。短基线定位系统定位图、智能管道检测机器人摄像所拍到的画面和声纳探测到的图像及实时地反馈在上位机的显示屏上。在本发明实施例中，驱动底盘2与上部分的甘字型底部进行固定。驱动底盘由四个电机驱动轮支撑，控制驱动轮运转的中心板和电源都安置于电子仓1内。所述底盘还安装有与驱动轮连接的防震装置，以保持机体在陆地上的稳定性。在本发明实施例中，所述机器人的透明玻璃罩3配置有相匹配的玻璃刷17，当镜头沾有水沫、泥浆时，可以及时清洗。在本发明实施例中，所述机器人的驱动底盘2亦适用于固体平面，所述防震装置15，可使机体6保持在固态平面上的平稳，有助于减少画面成像的模糊度。在本发明实施例中，所述机器人可原地360度旋转，当内管侧壁有缺陷时，可更加准确的进行检测。下面结合检测系统对本发明作进一步描述。本发明实施例提供的检测系统，用于实时进行智能管道检测机器人的检测控制；当是以液体为介质的环境下时，内窥声呐会在管道内发射超声波信号，然后从不同表面反射回来，声呐头接收反射的信号，形成管内表面的完整的360°外形图，可分别表示出管壁上的坑、穴和裂缝、淤泥、植物和砖块等。当管内介质为气体时，机器人会通过前置摄像头，将所收集的视频图像传输给图像处理终端，通过缆线将图像传送置上位机显示屏上，也通过缆线将上位机遥控装置与机体检测系统连接起来。用于接到系统指令后直接控制智能管道机器人的运行，并将控制指令反馈传递给检测系统，并对采集得到的数据进行保存、展示以及回播。在本发明实施例中，声纳检测时，在距管段起始、终止检查井处应进行2m～3m长度的重复检测。承载工具宜采用在在声纳探头位置镂空的悬浮器；此悬浮器连接机器人的底盘艏部。声呐探头是声呐设备的声波发射和接收点。管径范围(mm)脉冲宽度(μs)300～5004500～100081000～1500121500～2000162000～300020脉冲宽度选择标准。在本发明实施例中，探头行进速度不宜超过0.1m/s。在检测过程中应根据被检测管道的规格，在规定采样间隔和管道变异处探头应停止行进、定点采集数据，停顿时间应大于一个扫描周期。在本发明实施例中，资料采集过程中解释人员进行现场解释，发现如洼地、障碍物为特殊地貌地物时，现场分析判断，做出是否进一步探测的决定，并做好记录。采用discover软件回放现场采集的地貌数据，提取平台桩腿、管线和钻井平台遗留洼地实际坐标以及海底可疑物坐标和尺寸，并对的声纳数据进行偏移量改正、倾斜改正、tvg调节等必要的处理。在本发明实施例中，结合工程实践，调查某区域内管道，是否有影响机体就位的管道障碍物主要装置有acousticaldotector声波探测器、crackdetector裂纹探测器、hy1600型精密回声测深仪利用hypack__max软件，依据测深记录模拟打印卷，对数字化采集的水深值进行检查比对。在比对水深时，对因受管内流速影响测深回波信号呈波浪状时的水深值从距波峰1/3波峰波谷之差处量取，水深摘录精确至0.1m水深摘录完毕后，进行主测线与检查测线的水深比对，两测线相交处水深差值为0～0.1m符合规范要求。100％的检查完毕确定无误后进行承应改正。在进行水下管道内的检查。在本发明实施例中，但由于其仅能检测液面以下的管道状况，而不能检测管道一般的结构性问题。为了更加全方位进检测管道内壁的情况，它除了装配有声呐系统外还在玻璃罩内部装配有摄像头，摄像头后方还安装有360度旋转舵机。当机器人进入管道之后摄像头会行全程录像，在遇到裂痕或漏洞时会进行拍摄。并将获得的画面传达给上位机，投放在显示屏上。并通过zysppsver2.0地下管线处理系统对截得的图像进行数据分析。项目技术指标图像传感器≥1/4”灵敏度(最低光感度)1.4v/lux-sec@550nm视角≥45°分辨率≥640×480照度≥0.5lux图像变形≤+-5％网线抗压力≥2kn储存micro-sd/mjpeg摄像头检测技术测试指标。通过对漏磁检测数据采集系统进行a/d零偏校准,获得数据采集系统每个通道的实际动态范围,动态范围计算公式为20×lg(信号电压/噪声电压)。获得各通道实际动态范围如表所示。从表中可看出,漏磁检测数据采集系统各通道范围都接近a/d转换器12位采样精度的理想动态范围71db。测试结果表明,设计的采集系统具有动态范围大、采集精度高的特点。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12