CN115355394B 一种基于螺旋扫描的管道检测机器人及其检测方法 （东北大学）

一种基于螺旋扫描的管道检测机器人及其本发明设计一种基于螺旋扫描的管道检测节检测臂升降平台的高度并带动交叉型检测臂感知机构的信息采集和控制机构的反馈控制检器密布式的PIG型管道机器人的检测方式造成的及其信号反演算法可以实现对管道的无遗漏全2螺旋检测系统包括检测臂升降平台和交叉型检测机构两部分，所述检测臂升降平台，基于螺旋扫描的管道检测机器人基于以下方法实电机转速的比值K为检测探头最大有效检测范围所决定的常值，螺旋检测系统偏心阈值TH为检测臂微小弹性变径适应的变径范围所决定的常值，采样宽度h为检测探头的采样原理步骤2：感知机构红外测距模块获取交叉型检测机构中心连接环在管道轴向的位置信制机构将霍尔测速模块获取的履带式车体的驱动电机和所述螺旋检测系统的旋转电机转速与机器人的驱动电机初始转速n0及旋转电机转速与驱动电机转速比值K进行对比，并进3动轮分别与两个锥齿轮组的主齿轮相连，两个锥齿轮组的副齿轮分别与两个驱动电机相分别与第一从动变径杆和第二从动变径杆连接并通过第一从动变径杆和第二从动变径杆位于滚珠丝杠上方的位置再安装一条主动变径杆，主动变径杆顶端安装里程轮固定3.根据权利要求1所述的一种基于螺旋扫描的;螺旋状检测轨迹将展开为笛卡尔坐标系上倾斜的直线，所述直线与矩形的长的夹角;4;两条检测轨迹之间的距离与采样宽度之差，应小于检测最;;综上，为确保检测臂对管道内壁的全面扫描，需通过控制算法保持;理想状态下，当检测最大允许采样宽度误差e为0时，利用如下公式计算出。4.根据权利要求1所述的一种基于螺旋扫描的管道检测机器人步骤2.1：检测臂升降平台顶端的红外测距模块将采集到的距管道内壁的距离信息实步骤2.2：控制机构根据实时获取的距离信息计算出交叉型检测机构中心在管道截面5.根据权利要求1所述的一种基于螺旋扫描的步骤4.1：利用Matlab从数据储存设备中读取检测探头的采样数据和车体运行情况数5螺旋信号反演算法中通过时钟驱动转化为里程驱动步骤4.4.2：读取霍尔测速模块测得的单位时钟编码器脉冲数，计算得到6.根据权利要求1所述的一种基于螺旋扫描的管道检步骤5.5：基于缺陷特征信息处理算法确定缺陷的特征信息包括几何特征信息和方位67[0003]但管道在制造及投入运行等过程中都可能存在缺陷，其性和传感器排列间隙变化可能导致数据采集[0006]美国卡内基梅隆大学SchempfH等研发了Explorer系列城市天然气管道检测机8和第二履带固定片分别与第一从动变径杆和第二从动变径杆连接并通过第一从动变径杆号传输模块相连、直流降压模块和电机驱动模块均通过导线与驱动电机和旋转电机连接，驱动电机转速的比值K为检测探头最大有效检测范围所决定的常值，螺旋检测系统偏心阈值TH为检测臂微小弹性变径适应的变径范围所决定的常值，采样宽度h为检测探头的采样原理所决定的常值，检测最大允许采样宽度误差e为对检测探头的扫描精度要求所决定的9[0028]两条检测轨迹之间的距离与采样宽度之差，应小于检测[0038]步骤2：感知机构红外测距模块获取交叉型检测机构中心连接环在管道轴向的位[0039]步骤2.1：检测臂升降平台顶端的[0040]步骤2.2：控制机构根据实时获取的速模块获取履带式车体的驱动电机和所述螺旋检测系统的旋转电机转速，传递给控制机机转速与机器人的驱动电机初始转速n0及旋转电机转速与驱动电机转速的比值K进行对[0046]步骤4.1：利用Matlab从数据储存设备[0056]步骤5：为了对缺陷的类型以及缺陷在管道内壁展开图中具体位置的进一步的判[0072]步骤5.4.4：将步骤5.4.3过程得到的固定大小候选框的特征图送入后续的[0073]步骤5.5：基于缺陷特征信息处理算[0082]本发明针对传感器密布式的PIG型管道检测机器人缺陷信号漏检的问题，设计了轮1-3均通过轴承1-16与履带内挡板和履带外挡板1-15连接，履带内挡板和履带外挡板1-15通过第一履带固定片和第二履带固定片1-14分别与第一从动变径杆和第二从动变径杆珠丝杠1-7上并可以沿其前后移动，三个主动变径杆1-11与多连接丝杠螺母1-8侧面连接，位于下方的两个主动变径杆1-11与第二履带固定片1-14连接，当多连接丝杠螺母1-8沿滚[0099]螺旋检测系统2包括检测臂升降平台和交叉型检测机构两部分，所述检测臂升降升降平台底座2-1固定在车体骨架1-1上表面，伸缩直尺条2-4与升降平台底座连接并可相在检测臂升降平台中的旋转电机支架2-5上，所述霍尔测速模块与履带式车体的驱动电机驱动电机转速的比值K为检测探头最大有效检测范围所决定的常值，螺旋检测系统偏心阈值TH为检测臂微小弹性变径适应的变径范围所决定的常值，采样宽度h为检测探头的采样原理所决定的常值，检测最大允许采样宽度误差e为对检测探头的扫描精度要求所决定的和在OXY平面的周向圆周运动的合运动，对于某条检测臂的检测探头在管道内壁上的投影的任一初始位置(xoy,z0)，其运动轨迹方程为：[0115]两条检测轨迹之间的距离与采样宽度之差，应小于检测旋转电机转速与驱动电机转速的比值K满足以[0125]步骤2：感知机构红外测距模块获取交叉型检测机构中心连接环在管道轴向的位[0126]步骤2.1：检测臂升降平台顶端的[0127]步骤2.2：控制机构根据实时获取的速模块获取履带式车体的驱动电机和所述螺旋检测系统的旋转电机转速，传递给控制机机转速与机器人的驱动电机初始转速n0及旋转电机转速与驱动电机转速的比值K进行对[0132]本实施例中，选定测试环境为直径为219mm的金属管道，机器人主动轮半径约为使旋转臂旋转角速度(rad/s)与小车前进速度(v/s)的数值比值约为1.568。进而根据实际[0133]步骤4.1：利用Matlab从数据储存设备[0137]螺旋信号反演算法中通过时钟驱动转化为里程驱动算法流程图如附图7，具体步[0143]步骤5：为了对缺陷的类型以及缺陷在管道内壁展开图中具体位置的进一步的判[0159]步骤5.4.4：将步骤5.4.3过程得到的固定大小候选框的特征图送入后续的[0160]步骤5.5：基于缺陷特征信息处理算