一种管道裂纹检测机器人及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种管道裂纹检测机器人及其控制方法，机器人包括透明的球形外壳；外壳内设置有两侧带轮子的移动平台；移动平台上设置有开关，开关与电源电性连接；电源分别与电机、控制器、微处理器电性连接；控制器与电机电性连接；控制器与微处理器双向连接，微处理器与摄像头双向连接，且微处理器与物联网云平台OneNET通信连接，物联网云平台OneNET与移动终端通信连接；控制器与加速度传感器双向连接；电机的输出轴与轮子的中心轴固接。机器人结构简单、体积较小、易于操作。

A Pipeline Crack Detection Robot and Its Control Method

The invention discloses a pipeline crack detection robot and its control method, which comprises a transparent spherical shell; a mobile platform with two wheels is arranged in the shell; a switch is arranged on the mobile platform, and the switch is electrically connected with the power supply; the power supply is electrically connected with the motor, the controller and the microprocessor respectively; the controller is electrically connected with the motor; and the controller and the microprocessor are both. To connect, microprocessor and camera are connected bidirectionally, and microprocessor is connected with Internet of Things cloud platform OneNET, Internet of Things cloud platform OneNET is connected with mobile terminal, controller and acceleration sensor are connected bidirectionally, and the output axis of motor is fixed with the central axis of wheel. The robot is simple in structure, small in size and easy to operate.

【技术实现步骤摘要】
一种管道裂纹检测机器人及其控制方法
本专利技术属于管道裂纹检测
，具体涉及一种管道裂纹检测机器人，还涉及一种管道裂纹检测机器人的控制方法。
技术介绍
石油作为我国主要的能源产业之一，能源的运输离不开管道，输油管道在能源运输中起着决定性的作用。管道的安全性影响着能源运输效率。石油的泄露是最为常见的安全事故，对周围环境造成严重影响以及严重的经济损失。因此，管道在使用过程中定期进行安全检测是必不可少的环节，管道内壁裂纹检测有利于避免安全事故的发生。石油在运输过程中，管道内会存在气压。如果流速较快时，气压会发生膨胀，会对管道内壁产生压力，运行多年后管道内壁裂纹处会易形成破裂。此外，土壤对管道壁的作用力，会在管道壁裂纹处产生应力集中，导致裂纹扩展，致使管道发生疲劳断裂，造成石油的泄露。目前，管道检测一般使用电磁声换能器检测技术，由处于磁场中靠近管道内表面的线圈构成。当线圈通交流电是时，管壁中会产生感应电流，从而引起洛伦兹力的产生，进而产生超声波。电磁声换能器在干耦合条件下使用，因而可以用于检测输油管道内壁裂纹。但是，这种技术有一定缺陷，即电磁声换能器不能完全做到无人值守，且结构复杂、体积较大，超声波传递效能低等。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是提供一种管道裂纹检测机器人，解决了现有技术中存在的管道检测设备检测效率低的问题。本专利技术的第二个目的是提供一种管道裂纹检测机器人的控制方法，解决了现有技术中存在的自动化水平低、功耗大的问题。本专利技术采用的第一个技术方案是，一种管道裂纹检测机器人，包括透明的球形外壳；外壳内设置有两侧带轮子的移动平台；移动平台上设置有开关，开关与电源电性连接；电源分别与电机、控制器、微处理器电性连接；控制器与电机电性连接；控制器与微处理器双向连接，微处理器与摄像头双向连接，且微处理器与物联网云平台OneNET通信连接，物联网云平台OneNET与移动终端通信连接；控制器与加速度传感器双向连接；电机的输出轴与轮子的中心轴固接。本专利技术的特点还在于：还包括分别与移动平台固接的前部牛眼轮及尾部牛眼轮；前部牛眼轮及尾部牛眼轮对称设置，且前部牛眼轮、尾部牛眼轮均不接触外壳。轮子外侧呈半球形，且轮子外侧与外壳内壁接触。加速度传感器采用ADXL34三轴加速度计；控制器采用微型电脑主机RaspberryPi3B；移动终端为手机；微处理器由stm32f103单片机和GPRS通信模块构成。本专利技术采用的第二个技术方案为，一种控制管道裂纹检测机器人的方法，具体按照以下步骤实施：步骤1：以中国移动物联网云平台OneNET作为第三方介质，先将机器人连接到网络，再使用EDP协议和自定义鉴权信息接入到OneNET设备云，最后通过手机APP登录OneNET；步骤2：操控机器人在管道内移动并使其保持平稳；同时，通过360°全景摄像头实时采集管道内壁图像数据；步骤3：对步骤2采集的图像进行预处理、分析；判断管道内壁当下位置是否存在裂纹，若存在，记录机器人此时的移动数据；存至缓存并发送至步骤1中的物联网云平台OneNET。本专利技术的特点还在于：操控机器人移动的具体过程为：手机APP通过物联网云平台OneNET发送前进函数、后退函数、转向函数或停止函数指令至微处理器，微处理器将指令发送至控制器，控制器控制电机转动从而带动轮子进行相应动作。步骤2中，保持机器人平稳的具体过程为：加速度传感器实时反馈机器人角度位姿数据至控制器，即加速度传感器输出移动平台绕x、y、z轴方向旋转角度Pitch、Yaw、Roll至控制器；手机APP发送调姿函数至控制器，控制器调整电机的转速和转向进而改变移动平台的位姿，保持机器人平稳；其中，加速度传感器以移动平台中心为原点，前部牛眼轮与尾部牛眼轮的中心连线为x轴，且指向前部牛眼轮的方向为正向，两个轮子的中心连线为y轴，垂直方向为z轴。调姿函数的控制目标是使Pitch、Yaw、Roll的值保持在－5°～5°之间；调姿函数的具体控制过程为：首先判断移动平台是否满足－5°﹤Pitch﹤5°，若否，Pitch﹤0时，左轮制动，右轮正转K1×∣Pitch∣毫秒，Pitch﹥0时，右轮制动，左轮倒转K1×Pitch毫秒；若是，然后判断移动平台是否满足－5°﹤Yaw﹤5°，若否，Yaw﹤0时，左、右轮同时正转K2×∣Yaw∣毫秒，Yaw﹥0时，左、右轮同时倒转K2×Yaw毫秒；若是，再判断移动平台是否满足－5°﹤Roll﹤5°，若否，Roll﹤0时，左轮倒转K3×∣Roll∣，右轮正转K3×∣Roll∣毫秒，若Roll﹥0时，左轮正转，右轮倒转K3×Roll毫秒；若是，结束；其中，K1、K2、K3为实验所得经验值，K1取值为0.4～0.6，K2取值为0.7～0.8，K3取值为0.8～1；步骤3中，对步骤2采集的图像进行预处理、分析的具体过程为：首先，控制器对图像基于暗通道先验法去除雾尘等噪点，对图像进行MSR增强；然后利用机器视觉的测量方法截取图像中管道内壁的像素点，并对这些像素点进行二值化；再使用OpenCV中DistanceTransform()函数检测并提取图像中不规则的线形，即“骨架”；再使用OpenCV中fitline()函数对“骨架”像素点进行直线拟合，计算拟合直线的长度，将拟合直线长度大于0.5mm的像素点判定为裂纹；最后反馈结果至微处理器，即裂纹处图像及裂纹处位置信息。机器人与手机APP之间还可进行视频的传输，具体过程为：请求播放端，即手机APP发起视频播放请求，物联网云平台OneNET收到请求下发推流指令给机器人；机器人接收指令后进行解析，获取对应视频源通道的数据，并使用rtmp接口推流到物联网云平台OneNET；物联网云平台OneNET将推流分发至请求播放端，即手机APP。本专利技术的有益效果是：本专利技术管道裂纹检测机器人及其控制方法，机器人结构简单、体积较小、易于操作，通过360°全景摄像头和微处理器技术手段，能够快速得到检测结果，精确找到管道内壁裂纹位置，大幅提高了工作效率；控制方法中采用图像处理技术寻找裂纹，相对于传统电磁声换能器检测技术更加简便，功耗更小；本专利技术还可以通过物联网云平台将管道内壁视频画面实时传输到手机，方便检修人员的巡视与维修工作。附图说明图1是本专利技术管道裂纹检测机器人及其控制方法中机器人的结构示意图；图2是本专利技术管道裂纹检测机器人及其控制方法中机器人的结构示意图；图3是本专利技术管道裂纹检测机器人及其控制方法中机器人的移动平台、减速电机、轮子的连接结构示意图；图4是本专利技术管道裂纹检测机器人及其控制方法中机器人的电性连接关系；图5是本专利技术管道裂纹检测机器人及其控制方法中机器人控制流程图；图6是本专利技术管道裂纹检测机器人及其控制方法中机器人保持稳定时所依据的坐标系；图7是本专利技术管道裂纹检测机器人及其控制方法中机器人保持稳定的流程图；图8是本专利技术管道裂纹检测机器人及其控制方法中对机器人采集的管道内壁图像的分析流程图。图中，1.外壳，2.轮子，3.移动平台，4.开关，5.电源，6.电机，7.加速度传感器，8.控制器，9.摄像头，10.微处理器，11.移动终端，12.前部牛眼轮，13.尾部牛眼轮。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。如图1、图2所示，本专利技术管道裂纹检测机器人本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种管道裂纹检测机器人，其特征在于，包括透明的球形外壳(1)；外壳(1)内设置有两侧带轮子(2)的移动平台(3)；移动平台(3)上设置有开关(4)，开关(4)与电源(5)电性连接；电源(5)分别与电机(6)、控制器(8)、微处理器(10)电性连接；控制器(8)与电机(6)电性连接；控制器(8)与微处理器(10)双向连接，微处理器(10)与摄像头(9)双向连接，且微处理器(10)与物联网云平台OneNET通信连接，物联网云平台OneNET与移动终端(11)通信连接；控制器(8)与加速度传感器(7)双向连接；电机(6)的输出轴与轮子(2)的中心轴固接。

【技术特征摘要】
1.一种管道裂纹检测机器人，其特征在于，包括透明的球形外壳(1)；外壳(1)内设置有两侧带轮子(2)的移动平台(3)；移动平台(3)上设置有开关(4)，开关(4)与电源(5)电性连接；电源(5)分别与电机(6)、控制器(8)、微处理器(10)电性连接；控制器(8)与电机(6)电性连接；控制器(8)与微处理器(10)双向连接，微处理器(10)与摄像头(9)双向连接，且微处理器(10)与物联网云平台OneNET通信连接，物联网云平台OneNET与移动终端(11)通信连接；控制器(8)与加速度传感器(7)双向连接；电机(6)的输出轴与轮子(2)的中心轴固接。2.如权利要求1所述的管道裂纹检测机器人，其特征在于，还包括分别与移动平台(3)固接的前部牛眼轮(12)及尾部牛眼轮(13)；前部牛眼轮(12)及尾部牛眼轮(13)对称设置，且前部牛眼轮(12)、尾部牛眼轮(13)均不接触外壳(1)。3.如权利要求1所述的管道裂纹检测机器人，其特征在于，所述轮子(2)外侧呈半球形，且轮子(2)外侧与外壳(1)内壁接触。4.如权利要求1所述的管道裂纹检测机器人，其特征在于，所述加速度传感器(7)采用ADXL34三轴加速度计；所述控制器(8)采用微型电脑主机RaspberryPi3B；所述移动终端(11)为手机；所述微处理器(10)由stm32f103单片机和GPRS通信模块构成。5.一种控制如权利要求1-4任一项所述的管道裂纹检测机器人的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1：以中国移动物联网云平台OneNET作为第三方介质，先将机器人连接到网络，再使用EDP协议和自定义鉴权信息接入到OneNET设备云，最后通过手机APP登录OneNET；步骤2：操控机器人在管道内移动并使其保持平稳；同时，通过360°全景摄像头实时采集管道内壁图像数据；步骤3：对步骤2采集的图像进行预处理、分析；判断管道内壁当下位置是否存在裂纹，若存在，记录机器人此时的移动数据；存至缓存并发送至步骤1中的物联网云平台OneNET。6.如权利要求5所述的控制管道裂纹检测机器人的方法，其特征在于，所述步骤2中，操控机器人移动的具体过程为：手机APP通过物联网云平台OneNET发送前进函数、后退函数、转向函数或停止函数指令至微处理器(10)，微处理器(10)将指令发送至控制器(8)，控制器(8)控制电机(6)转动从而带动轮子(2)进行相应动作。7.如权利要求5所述的控制管道裂纹检测机器人的方法，其特征在于，所述步骤2中，保持机器人平稳的具体过程为：加速度传感器(7)实时反馈机器人角度位姿数据至控制器(8)，即加速度传感器(7)输...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆安乐，赵轩，聂磊，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61