一种水下故障设备的定位方法及其系统与流程

本发明属于一种定位方法和系统，具体涉及一种水下故障设备的定位方法及其系统。

背景技术：

随着航海事业的不断发展，故障设备的检测与维修作为在整个水下系统中不可或缺的一部分的设备管理。由于水下工程结构物的检测是一项十分复杂的系统工程其特殊的工作环境复杂的检测对象以及较高的检测要求使一些常用的无损检测方法难于实施。因此如何管理海量的设备成为当下面临的一个重大难题。

水下机器人(ur)在海洋开发和军事应用方面有着极为广阔的应用前景，基金成为完成多种水下任务的重要工具。由于故障设备的巡查范围分布广泛，种类冗杂且数量繁多，造成工作人员很难准确到位，获取完整的故障信息。如果巡视人员没有准确填写水下故障设备的发生原因，势必会提高工业安全危险系数。

可见光摄像机、红外热像仪等机器人搭载任务载荷系统用于对变电站设备外观异常检测、温度异常识别和仪表异常的识别。然而由于机器人自身定位误差、航向误差、云台转动误差等因素影响，导致任务载荷系统定位不准，引起检测目标不在图像视野或偏离图像中心，很难获取高分辨率、高清晰度的图像，直接影响变电站设备检测结果的准确性及准确率。

由于水下环境特殊，依靠人力去探测设备的故障和异常工作强极大，对于工作人员自身的人身安全存在威胁，并且其精度和准确度都存在一定缺陷。无法铺设磁条，这给机器人的正常工作带来严重干扰。由于机器人环境适应性差，对无法铺设磁条的区域机器人无法定位。由于水下能见度低，尤其是水质浑浊的情况下传统的由潜水员完成的水下目视检测一般难以实施；水下成像作为一种重要的水下无损检测和识别手段越来越受到人们的重视。

技术实现要素：

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本发明提供了一种水下故障设备的定位方法及其系统，使水下机器人在不依赖于磁条等环境设施的情况下，快速锁定检测目标，获取高质量图像，实现了任务载荷系统定位，提高了机器人环境适应性，且节约了成本；解放了大量人力劳动，使工作效率也得到大大提升。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种水下故障设备的定位方法，其改进之处在于：所述方法包括：

当水下设备发生故障无法正常工作时，水下机器人通过目标搜索装置搜索故障设备；

根据前端多功能摄像机和红外探测器探测信号生成的采样图像，调整水下机器人运行轨迹；

根据目标搜索装置搜索到故障设备，计算偏移量，并根据所述偏移量及摄像机焦距微调水下机器人运行轨迹实现故障设备定位。

优选的，水下机器人通过目标搜索装置搜索故障设备包括：

水下机器人通过智能控制传感器运行自主导航系统，结合前端目标搜索装置定位水下机器人位置及航向，根据目标搜索装置的搜索数据进行定位；

所述目标搜索装置的数据包括，以目标搜索装置的重心为极坐标原点建立极坐标系，探测前方10m且角度在-45°～225°以内的物体与极坐标原点之间弧长和角度值。

优选的，所述调整水下机器人运行轨迹包括：根据前端多功能摄像机采集到的可见光图像和/或红外探测器探索到周围红外图像呈现的未知设备信号读取，调整水下机器人运行路线。

优选的，所述偏移量及摄像机焦距微调水下机器人运行轨迹包括：利用目标搜索装置提取故障设备的水下位置和设备；根据故障设备在采样图像中的偏移量，微调水下机器人的水平转动角度，垂直转动角度以及摄像机焦距。

进一步的，当故障设备的实际大小小于采样图像中的故障设备大小时，将采样图像中的故障设备放大，根据故障设备偏移量和摄像机放大倍数微调水下机器人运行轨迹，将识别的故障设备移动到采样图像中心，以达到准确的定位位置。

本发明基于另一目的提供的一种水下故障设备的定位系统，系统包括

水下机器人，用于搜索水下故障设备；

智能控制传感器，用于控制水下机器人运行自主导航系统；

水下机器人运行模块，根据前端多功能摄像机采样图像和红外探测器探测信号，调整水下机器人运行轨迹；

目标搜索装置，用于搜索获取故障设备及其周围环境信息；

所述智能控制传感器、水下机器人运行模块和目标搜索装置安装于水下机器人上。

优选的，所述水下机器人为耐压性防水材质，内设有容纳电子设备的电子舱及为水下机器人提供能源的动力舱，包括多个旋转轮轴、电机、驱动齿轮、从动齿轮、滑环和编码器，电机与编码器连接并固定在水下机器人壳体内，滑环固定在转轮轴内，转轮轴外部固定从动齿轮，电机带动从动齿轮、转轮轴、滑环转动，外部设置前端多功能摄像机和红外探测器；每个轮轴至少包括一个电机；其中，所述电机用于产生臂和/或腕的运动；所述红外探测器为安装在水下机器人前方的单线红外探测器，用于探测故障设备与机器人之间的距离。

优选的，

所述自主导航系统根据所述目标搜索装置的搜索数据，引导水下机器人进行定位；

所述目标搜索装置用于定位水下机器人的位置及航向；

所述水下机器人运行模块用于根据前端多功能摄像机采集到的可见光图像和/或红外探测器探索到周围红外图像呈现的未知设备信号读取，调整水下机器人运行轨迹。

优选的，所述前端多功能摄像机包括可见光摄像机，所述可见光摄像机用于检测故障设备外观异常和仪表识别；

所述红外探测器包括红外热像仪，用于检测故障设备的温度；

所述可见光摄像机和红外热像仪获得的图像信息相结合的数据库，以及用于自动进行参数设置的调节器。

优选的，所述红外探测器通过网线与智能控制传感器连接；红外探测器的数据通过以太网传至所述智能控制传感器；所述水下机器人根据所述红外探测器的数据进行定位。

为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的优异效果是：

本发明通过获取可见光图像和红外图像，以目标点在可见光图像和红外图像中的位置及大小作为闭环反馈，微调水下机器人运行轨迹，实现了任务载荷系统的定位，获取高质量图像。

该方法无需事先在水下环境中铺设大量的磁条，节省了开支；水下机器人在定位获取故障图像的过程中避免了环境的制约，由此大大提高了水下机器人的适应性。

为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是本发明提供的一种水下故障设备的定位方法流程示意图；

图2是本发明提供的一种水下故障设备的定位系统示意图；

图中：1、水下机器人；2、红外探测器；3、水下机器人运行模块；4、智能控制传感器；5、目标搜索装置；6、前端多功能摄像机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

如图1所示，本发明提供了一种水下故障设备的定位方法，所述方法包括：

当水下设备发生故障无法正常工作时，水下机器人通过目标搜索装置搜索故障设备所在范围及其周围环境信息，对故障设备和其周围景物辐射敏感进行搜索扫描，从背景中识别故障设备的装置，当搜索到大概范围，发出的信号作出响应，并继续跟踪扫描；

水下机器人通过智能控制传感器运行自主导航系统，结合前端目标搜索装置定位水下机器人位置及航向，根据目标搜索装置的搜索数据进行定位；

目标搜索装置的数据包括，以目标搜索装置的重心为极坐标原点建立极坐标系，探测前方10m且角度在-45°～225°以内的物体与极坐标原点之间弧长和角度值。

根据目标搜索装置搜索故障设备所在范围，通过水下机器人前端多功能摄像机和红外探测器探测信号生成的采样图像，调整水下机器人运行轨迹；具体为：前端多功能摄像机采集到的可见光图像和/或红外探测器探索到周围红外图像呈现的未知设备信号读取生成的采样图像，智能控制传感器读取采样图像后调整水下机器人运行路线。

再根据目标搜索装置搜索到故障设备，计算其偏移量，并根据偏移量及摄像机焦距微调水下机器人运行轨迹实现故障设备定位；

偏移量及摄像机焦距微调水下机器人运行轨迹包括：利用目标搜索装置提取故障设备的水下位置和设备(为通过生成的采样图像成像出来的大小判断故障设备与水下机器人的实际距离)；根据故障设备在采样图像中的偏移量，微调水下机器人的水平转动角度，垂直转动角度以及摄像机焦距，用于更好的调整水下机器人运行方向，采用最短距离接近故障设备；

当故障设备的实际大小小于采样图像中的故障设备大小时，将采样图像中的故障设备放大，根据故障设备偏移量和摄像机放大倍数微调水下机器人运行轨迹，将识别的故障设备移动到采样图像中心，以达到准确的定位位置。

本发明一种水下故障设备的定位系统，系统包括水下机器人、智能控制传感器、水下机器人运行模块和目标搜索装置；水下机器人，用于搜索水下故障设备；智能控制传感器，用于控制水下机器人运行自主导航系统；水下机器人运行模块，根据前端多功能摄像机采样图像和红外探测器探测信号，调整水下机器人运行轨迹；目标搜索装置，用于搜索获取故障设备及其周围环境信息；智能控制传感器、水下机器人运行模块和目标搜索装置安装于水下机器人上。

水下机器人为耐压性防水材质，内设有容纳电子设备的电子舱及为水下机器人提供能源的动力舱，包括多个旋转轮轴、电机、驱动齿轮、从动齿轮、滑环和编码器，电机与编码器连接并固定在水下机器人壳体内，滑环固定在转轮轴内，转轮轴外部固定从动齿轮，电机带动从动齿轮、转轮轴、滑环转动，外部设置前端多功能摄像机和红外探测器；每个轮轴至少包括一个电机；其中，所述电机用于产生臂和/或腕的运动；所述红外探测器为安装在水下机器人前方的单线红外探测器，用于探测故障设备与机器人之间的距离。

自主导航系统根据所述目标搜索装置的搜索数据，引导水下机器人进行定位；

目标搜索装置用于定位水下机器人的位置及航向；

水下机器人运行模块用于根据前端多功能摄像机采集到的可见光图像和/或红外探测器探索到周围红外图像呈现的未知设备信号读取，调整水下机器人运行轨迹；

前端多功能摄像机包括可见光摄像机，所述可见光摄像机用于检测故障设备外观异常和仪表识别；

红外探测器包括红外热像仪，用于检测故障设备的温度；

可见光摄像机和红外热像仪获得的图像信息相结合的数据库，以及用于自动进行参数设置的调节器。

红外探测器通过网线与智能控制传感器连接；红外探测器的数据通过以太网传至所述智能控制传感器；所述水下机器人根据所述红外探测器的数据进行定位。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。