[发明专利]一种管道位姿测量装置及方法

说明书

本发明公开一种管道位姿测量装置及方法。装置包括导向动力组件、三个变径支架组件、周向旋转组件、检测组件和控制器。方法是：激光位移传感器在周向旋转组件的带动下周向旋转任意角度后，在管道内壁投射若干激光点，在算法中对这些激光点进行坐标转换和椭圆拟合，以此确定椭圆的轴线向量，最后在控制器计算出两管道轴线的相对位姿关系，以实现对大型管道的位姿估计。与传统机械检测相比，本发明提高了测量精度，实现了非接触式自动化操作，结构紧凑，实用性强。

技术领域

本发明涉及视觉传感测量技术领域，特别是涉及一种管道位姿测量装置及方法。

背景技术

在管道应用领域中实现管道间精密对接十分困难。对于不同直径的大型管道，在安装时，测量其位姿尤为重要。但在管道的安装场景中，由于恶劣的工作环境和庞大的工作量以及安装精度的要求，采用人工对接管道的精度不是十分理想。在人工智能技术快速发展的今天，也有采用管道机器人来对管道进行精密对接的应用，但是出于对不同的管径以及不理想的工作环境和应用成本的考虑，管道机器人也不适合普遍应用。因此，对于操作简单以及自动化程度高的管道对接技术要求越来越迫切。

在管道位姿检测方面，国内外研究者已经研究出了很多基于不同原理的检测机构。但现有的检测机构或多或少存在一些不足，比如体积较大或通用性不高，对于不同管径的管道不能普遍适用等。对现有专利检索发现，存在一种变径直管道自适应机器人，包括控制导向组件、四个自适应调整支架组件、方腔组件、动力驱动组件和激光测距组件。该专利利用动力伺服电机和滚珠丝杠来进行动力传递，以此使支撑杆和定向轮做上下升降运动，采用激光测距仪来对管道的直径进行实时监测来作为变径依据。该专利的变径支撑杆一侧只用了两个连杆交叉连接，这会使得在升降过程中运行不会十分平稳，并且该专利使用两个定向轮来与管道接触，没有采取锁死机构，容易打滑，同时其检测管道的位姿精度差，无法实现精准检测。

发明内容

本发明提供一种管道位姿测量装置及方法，本发明可以适用于不同管径，实现对管道的位姿进行检测，同时能实现平稳变径，以此来保证整个装置在固定时有一个平稳的状态来使检测组件能够更好的检测管道之间的相对位姿。

本发明的技术方案如下：

一种管道位姿测量装置，包括导向动力组件、变径支架组件、周向旋转组件、检测组件和控制器；

三个所述变径支架组件分布在所述导向动力组件的周侧，且由所述导向动力组件驱动进行同步变径，所述周向旋转组件设于所述导向动力组件的端部，且与所述导向动力组件同轴设置，所述检测组件设于所述周向旋转组件上，由所述周向旋转组件驱动进行周向旋转；

所述导向动力组件、周向旋转组件、检测组件均与所述控制器电性连接。

进一步，所述导向动力组件包括电机、丝杠光轴、滚珠螺母、第一固定座、第二固定座、滑动件；

所述电机安装在所述第一固定座上，所述电机的输出轴与所述丝杠光轴的一端连接，所述丝杠光轴的另一端依次穿过所述第一固定座、滑动件和第二固定座的中心孔，所述滚珠螺母套接在所述丝杠光轴上，且设于所述第一固定座与所述滑动件之间，所述滚珠螺母的端面与所述滑动件固定连接。

在传递动力时，驱动电机，动力由电机经过联轴器传出到丝杠光轴，丝杠光轴的转动带动滚珠螺母沿着轴向移动，进而推动滑动件进行直线往复运动，使其在导杆上沿轴向移动传递动力，为变径支架组件提供变径的动力。本发明的导向动力组件结构紧凑，动力传递简洁方便。

进一步，所述变径支架组件包括折叠连杆机构和贴合板；

所述折叠连杆机构由主连杆组和副连杆组交叉联接形成，所述贴合板的底部滑动连接有滑块，所述折叠连杆机构的主连杆组的一端与所述滑块铰接，另一端均与所述滑动件的边沿铰接，所述折叠连杆机构的副连杆组的一端与所述贴合板的底部铰接，另一端与所述第二固定座的边沿铰接。