[发明专利]一种管道内机器人定位方法及系统

说明书

本发明公开了一种管道内机器人定位方法及系统，属于管道机器人技术领域。首先根据待测管道的直径以及长度，建立机器人的定位坐标系，确定定位坐标系的坐标范围和原点位置，并给定机器人的初始位置和初始姿态；然后将机器人在预设采样频率下的运动近似为直线运动，采用坐标变换计算机器人在建立的定位坐标系上的位移，得到机器人的运动坐标点，将运动坐标点对应的坐标数值进行记录和累加，将运动坐标点之间进行直线段连接，得到机器人的行进轨迹曲线；最后采集机器人行进过程中的视频图像，对得到的机器人行进轨迹曲线进行校准，实现管道内机器人的定位。本发明的自动化程度高，能够准确实现管道内机器人的定位，为管道内自动化检测提供有利条件。

技术领域

本发明属于管道机器人技术领域，具体涉及一种管道内机器人定位方法及系统。

背景技术

电厂、化工厂的主要管道通常工作于高温、高压状态，管道内壁有可能被腐蚀或者焊缝出现裂纹等。这些重要管道通常为带包覆层保温管道，其布置以高空悬吊或埋地铺设为主。对其内部的检测，特别是内焊缝的检测，存在工作量大，需要搭架子高空作业或者开挖地面等。

利用机器人进行检测可以较好的解决这一问题，但是由于管道通常较长，机器人在管道内检测时无法直观地确定机器人所处的位置，而检测得到的数据能否与机器人的位置精确匹配，成为了顺利完成管道内焊缝检测的关键因素之一。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种管道内机器人定位方法及系统，自动化程度高，能够准确实现管道内机器人的定位，为管道内自动化检测提供有利条件。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种管道内机器人定位方法，包括：

S1：根据待测管道的直径以及长度，建立机器人的定位坐标系，确定定位坐标系的坐标范围和原点位置，并给定机器人的初始位置和初始姿态；

S2：将机器人在预设采样频率下的运动近似为直线运动，采用坐标变换计算机器人在S1建立的定位坐标系上的位移，得到机器人的运动坐标点，将运动坐标点对应的坐标数值进行记录和累加，将所述运动坐标点之间进行直线段连接，得到机器人的行进轨迹曲线；

S3：采集机器人行进过程中的视频图像，对S2得到的机器人行进轨迹曲线进行校准，实现管道内机器人的定位。

优选地，S2中，所述预设采样频率等于管道机器人当前运动速度除以单位位移。

优选地，S2中，机器人在S1建立的定位坐标系上的位移通过以下方法求得：

将机器人任意时刻的坐标记为(x,y,z)_old，下一采样时刻的坐标记为(x,y,z)_new，进行坐标变换后得到：

其中Δx、Δy、Δz分别表示在定位坐标系x、y、z方向上的位移，R为坐标旋转矩阵，k为尺度缩放因子，取k＝1。

进一步优选地，当机器人前进或后退时，利用陀螺仪三轴的旋转角度α、β、γ，将两侧主动轮的移动位移向x、y、z投影，通过三角函数计算得到Δx、Δy、Δz的值；当机器人转向时，根据两侧主动轮的位移差和宽度计算得到转向的角度并与陀螺仪三轴的旋转角度α、β、γ求差，再将两侧主动轮的移动位移向x、y、z投影，通过三角函数计算得到Δx、Δy、Δz的值。

优选地，S3中，对S2得到的机器人行进轨迹曲线进行校准，具体为：

根据管道焊接工艺中确定的待测管道内环焊缝位置并投射在S1建立的定位坐标系上，采集的机器人行进过程中的视频图像中出现待测管道内环焊缝时，将S2得到机器人的位移与管道焊接工艺中确定的待测管道内环焊缝位置进行比较，进行校准。

优选地，S3中，对S2得到的机器人行进轨迹曲线进行校准，具体包括：