[发明专利]一种基于红外热成像的海底管道巡线机器人及其控制方法

权利要求书

1.一种基于红外热成像的海底管道巡线机器人，用于海底管道巡线检测，其特征在于：包括红外热成像摄像头、低频电磁波检测模块、GPS/北斗双模定位模块、LED光电模块、姿态位置控制模块、超低频电磁波发射模块、中央处理模块、图像存储模块和机器人本体；

红外热成像摄像头倾斜安装在机器人本体外部的前端，低频电磁波检测模块安装在机器人本体下部，LED光电模块安装在机器人本体上方，图像存储模块、姿态位置控制模块、超低频电磁波发射模块、中央处理模块和GPS/北斗双模定位模块均安装在机器人本体内部；

红外热成像摄像头的输出端、GPS/北斗双模定位模块的输出端、低频电磁波检测模块的输出端分别连接中央处理模块的不同输入端，中央处理模块的不同输出端分别连接图像存储模块的输入端、超低频电磁波发射模块的输入端、姿态位置控制模块的输入端和LED光电模块的输入端。

2.根据权利要求1所述的基于红外热成像的海底管道巡线机器人，其特征在于：所述机器人本体采用潜水器航空模型。

3.根据权利要求1所述的基于红外热成像的海底管道巡线机器人，其特征在于：所述红外热成像摄像头用于通过热成像方式实时拍摄海底管道轮廓，并将拍摄到的海底管道轮廓热红外图像传输至中央处理模块。

4.根据权利要求1所述的基于红外热成像的海底管道巡线机器人，其特征在于：所述低频电磁波检测模块用于实时采集海底管道内检测器的低频电磁波装置所产生的低频电磁波，并将采集到的低频电磁波传输至中央处理模块。

5.根据权利要求1所述的基于红外热成像的海底管道巡线机器人，其特征在于：所述GPS/北斗双模定位模块用于在海底管道巡线机器人无法识别海底管道线路时获得自身位置，并与指定返航位置坐标进行比较后实现自主返航。

6.根据权利要求1所述的基于红外热成像的海底管道巡线机器人，其特征在于：所述LED光电模块用于海底管道内检测器堵塞在海底管道内时，通过光信号和超低频电磁波模块发射的超低频电磁波信号，辅助潜水员准确找到海底管道巡线机器人位置，进而准确定位海底管道内检测器在海底管道内的堵塞位置。

7.根据权利要求1所述的基于红外热成像的海底管道巡线机器人，其特征在于：所述姿态位置控制模块用于控制海底管道巡线机器人沿海底管道走向前进。

8.根据权利要求1所述的基于红外热成像的海底管道巡线机器人，其特征在于：所述超低频电磁波发射模块用于向水面船只发射超低频电磁波，通过水面船只的超低频电磁波接收装置和定位装置获得海底管道巡线机器人的位置，并结合LED光电模块的闪烁信号辅助潜水员准确找到海底管道巡线机器人位置。

9.根据权利要求1所述的基于红外热成像的海底管道巡线机器人，其特征在于：所述中央处理模块用于接收拍摄到的海底管道轮廓图像数据、采集到的低频电磁波和GPS/北斗双模定位模块获得的位置数据，并根据这些数据得到姿态位置控制模块所需的控制信息、LED光电模块的控制信号和超低频电磁波发射模块的控制信号。

10.根据权利要求1所述的基于红外热成像的海底管道巡线机器人的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：在海上平台管线开端投放基于红外热成像的海底管道巡线机器人；

步骤2：实时判断海底管道巡线机器人能否正确识别出管线：通过热成像方式能拍摄到海底管道轮廓，则海底管道巡线机器人能正确识别出管线，执行步骤4；否则海底管道巡线机器人不能正确识别出管线，此时，调整机器人本体的姿态，执行步骤3；

步骤3：若调整机器人本体的姿态后，海底管道巡线机器人能正确识别出管线，则执行步骤4；否则海底管道巡线机器人上浮至水面，开启GPS/北斗双模定位模块获取当前地理坐标，将当前地理坐标与中央处理模块存储的指定返航位置坐标进行比较，得到姿态位置控制模块所需的控制信息，控制海底管道巡线机器人向指定返航位置坐标返航并对海底管道巡线机器人进行回收；

步骤4：通过热成像方式实时拍摄海底管道轮廓，并将拍摄到的海底管道轮廓的热红外图像传输至中央处理模块，中央处理模块将热红外图像存储至图像存储模块；

步骤5：中央处理模块根据海底管道轮廓的热红外图像，控制海底管道巡线机器人沿海底管道巡航；

步骤5.1：对海底管道轮廓的热红外图像进行伪彩色模式转换，得到海底管道轮廓的伪彩色图像；

步骤5.2：利用小波去噪方法对海底管道轮廓的伪彩色图像进行小波去噪处理；

步骤5.3：利用小波边缘提取方式对小波去噪后的图像进行边缘提取；

步骤5.4：对提取的边缘点进行直线拟合和坐标提取，得到各边缘点的坐标信息；

步骤5.5：计算各边缘点的坐标信息相对于预设的各边缘点的坐标位置的偏移量；

步骤5.6：根据步骤5.5计算出的偏移量，对海底管道巡线机器人的巡线运动进行调整，控制其按照预设的各边缘点的坐标位置沿海底管道巡航；

步骤6：实时采集海底管道内检测器的低频电磁波装置所产生的低频电磁波，并将采集到的低频电磁波传输至中央处理模块；

步骤7：当采集到的低频电磁波的信号强度大于给定阈值时，海底管道巡线机器人维持当前姿态和位置，执行步骤8；否则，海底管道巡线机器人继续沿海底管道巡航；

步骤8：超低频电磁波发射模块向水面船只发射超低频电磁波同时LED光电模块闪烁，通过水面船只的超低频电磁波接收装置和定位装置获得海底管道巡线机器人的当前位置；

步骤9：若海底管道巡线机器人维持当前姿态和位置达到24小时，海底管道巡线机器人上浮至水面，开启GPS/北斗双模定位模块获取当前地理坐标，将当前地理坐标与中央处理模块存储的指定返航坐标进行比较，得到姿态位置控制模块所需的控制信息，控制海底管道巡线机器人向指定返航位置坐标返航；否则，返回步骤5，海底管道巡线机器人继续沿海底管道巡航；

步骤10：海底管道巡线机器人到达管线终端并被回收。