非规则管道内壁移动测量机器人及三维重建方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种非规则管道内壁移动测量机器人及三维重建方法和系统，属于管道内部三维重建技术领域，包括：移动机器人、电机驱动器、驱动器过度板、横向移动装置、纵向移动装置、旋转电机、光标装置、激光传感器、前相机、相机连接片、相机座和后相机，利用外部相机对移动机器人装置进行定位，将移动机器人在不同位置时所获取的管道信息能够在高精度的条件下进行数据拼接并在显示器上输出结果。通过横向移动装置、纵向移动装置来移动光标装置与旋转电机，能够灵活地测量到不规则管道内壁各处的点云信息，具有较高精度与效率的特性。

【技术实现步骤摘要】
非规则管道内壁移动测量机器人及三维重建方法和系统
本专利技术涉及三维重建
，特别涉及一种非规则管道内壁移动测量机器人及三维重建方法和系统。
技术介绍
随着计算器视觉应用技术的发展，使得计算器视觉能够广泛地应用于各个行业，管道的测量与定位便是其中一种应用例，该技术能够通过视觉检测系统测量被测物体形貌信息，得到二维或三维空间中的坐标信息，以此来还原被测物体的三维形貌。现有的检测技术多采用高精度距离传感器来进行移动机器人的定位，但此类传感器成本高、不易维修，且针对数米或数十米的较长管道来说其误差会逐渐累积导致精度随着时间下降，不符合现有的需求；现有的检测技术也有少部分像本申请一样，利用计算器视觉技术来辅助移动机器人定位的例子，例如申请公布号CN107063119A的装置和方法，但其中使用了三个激光器对称放置在靶面、导致定位时需要计算全部的欧拉角，当中包含了大量的三角函数运算，导致效率不高且测量结果存在较大误差。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种非规则管道内壁移动测量机器人，该机器人成本低、维修方便且提高了测量精度。本专利技术的另一个目的在于提出一种利用非规则管道内壁移动测量机器人进行管道三维重建的方法。本专利技术的再一个目的在于提出一种利用非规则管道内壁移动测量机器人进行管道三维重建的系统，为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种非规则管道内壁移动测量机器人，包括：移动机器人(1)、电机驱动器(2)、驱动器过度板(3)、横向移动装置(4)、纵向移动装置(5)、旋转电机(6)、光标装置(7)、激光传感器(8)、前相机(9)、相机连接片(10)、相机座(11)、后相机(12)；所述驱动器过度板(3)与所述移动机器人(1)连接，所述电机驱动器(2)与所述驱动器过度板(3)连接；所述横向移动装置(4)与所述移动机器人(1)连接，由导轨(41)、导轨过渡板(42)、导轨端盖(43)、拖链(44)、锁紧滑块(45)组成；所述导轨(41)通过所述导轨过渡板(42)与所述移动机器人(1)连接，所述导轨端盖(43)与所述导轨(41)连接，所述锁紧滑块(45)安装于所述导轨(41)与拖链(44)上表面；所述纵向移动装置(5)与所述横向移动装置(4)连接，所述纵向移动装置(5)能够在所述横向移动装置(4)上移动，由调整板(51)、加强筋板(52)、旋转固定板(53)、支撑旋转板(54)、支撑筋板(55)、垂直支撑立板(56)、竖直升降导轨(57)、纵锁紧滑块(58)、电机固定板(59)组成；所述加强筋板(52)与所述调整板(51)螺纹连接，所述旋转固定板(53)与所述加强筋板(52)螺纹连接，所述垂直支撑立板(56)通过所述支撑筋板(55)与所述支撑旋转板(54)连接，所述竖直升降导轨(57)与所述垂直支撑立板(56)连接，所述纵锁紧滑块(58)与所述竖直升降导轨(57)连接，所述电机固定板(59)分别与所述纵锁紧滑块(58)和所述旋转电机(6)相连接；所述旋转电机(6)与所述光标装置(7)连接；所述光标装置(7)由前定标板(71)、后定标板(72)、激光固定板(73)、固定架(74)、扫描镜头过渡板(75)组成，所述扫描镜头过渡板(75)与所述旋转电机(6)螺纹连接，所述固定架(74)连接所述前定标板(71)与后所述定标板(72)，所述激光固定板(73)分别与所述固定架(74)和所述扫描镜头过渡板(75)相连接；所述激光传感器与所述激光固定板(73)连接；所述前相机(9)和所述后相机(12)通过所述相机连接片(10)固定在相机座(11)上。为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了一种利用非规则管道内壁移动测量机器人进行管道三维重建的方法，包括以下步骤：S1，将移动测量机器人移动到管道内部，通过位姿测量模块对所述移动测量机器人进行定位，得到所述移动测量机器人在基坐标系的坐标以及基坐标系与激光坐标系的齐次变换关系；S2，通过旋转电机带动激光传感器进行旋转扫描，完成一个圆周内其回转中心到管道内壁之间的测量，得到激光坐标系下管道内壁的点云数据；S3，在管道内部移动所述移动测量机器人，重复步骤S1-S2，得到管道不同位置的激光坐标系下管道内壁的点云数据；S4，通过所述基坐标系与激光坐标系的齐次变换关系，将得到的所述激光坐标系下管道内壁的点云数据转换至基坐标系下并进行数据拼接；S5，通过上位机将拼接后的数据进行显示，得到管道的三维重建结果。为达到上述目的，本专利技术再一方面实施例提出了一种利用非规则管道内壁移动测量机器人进行管道三维重建的系统，包括：位姿测量模块、点云测量模块、驱动模块、上位机、下位机和显示模块；所述驱动模块包括驱动电机，通过所述下位机对所述驱动模块进行驱动；所述位姿测量模块包括前相机、后相机、前标定板和后标定板，用于对移动测量机器人进行定位，得到所述移动测量机器人在基坐标系的坐标以及基坐标系与激光坐标系的齐次变换关系；所述点云测量模块包括激光传感器，用于通过所述旋转电机带动所述激光传感器进行旋转扫描，得到管道内壁的点云数据；所述下位机用于将所述旋转电机的角度信息发送给上位机；所述上位机用于通过接口对所述位姿控制模块、所述点云测量模块、所述下位机和所述显示模块进行控制，并获取所述位姿控制模块、所述点云测量模块、所述下位机得到的数据，对获取的数据进行处理得到管道的三维模型；所述显示模块用于显示所述管道的三维模型。本专利技术的有益效果是：结构上设有横向与纵向移动装置，与光标装置相连接，从而可以根据实际测量情况调整激光传感器的位置以补足数据，并透过外部相机对移动机器人进行定位与数据拼接，减少其他三维重建方法上拼接误差较大的问题，成本低、维修方便且提高了测量精度，符合现有的需求。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术一个实施例的非规则管道内壁移动测量机器人整体结构示意图；图2为根据本专利技术又一个实施例的非规则管道内壁移动测量机器人结构示意图；图3为根据本专利技术一个实施例的横向移动装置结构示意图；图4为根据本专利技术一个实施例的纵向移动装置结构示意图；图5为根据本专利技术一个实施例的光标装置结构示意图；图6为根据本专利技术一个实施例的利用非规则管道内壁移动测量机器人进行管道三维重建的方法流程图；图7为根据本专利技术一个实施例的利用非规则管道内壁移动测量机器人进行管道三维重建的系统结构示意图；图8为根据本专利技术又一个实施例的利用非规则管道内壁移动测量机器人进行管道三维重建的方法流程图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非规则管道内壁移动测量机器人，其特征在于，包括：/n移动机器人(1)、电机驱动器(2)、驱动器过度板(3)、横向移动装置(4)、纵向移动装置(5)、旋转电机(6)、光标装置(7)、激光传感器(8)、前相机(9)、相机连接片(10)、相机座(11)、后相机(12)；/n所述驱动器过度板(3)与所述移动机器人(1)连接，所述电机驱动器(2)与所述驱动器过度板(3)连接；/n所述横向移动装置(4)与所述移动机器人(1)连接，由导轨(41)、导轨过渡板(42)、导轨端盖(43)、拖链(44)、锁紧滑块(45)组成；所述导轨(41)通过所述导轨过渡板(42)与所述移动机器人(1)连接，所述导轨端盖(43)与所述导轨(41)连接，所述锁紧滑块(45)安装于所述导轨(41)与拖链(44)上表面；/n所述纵向移动装置(5)与所述横向移动装置(4)连接，所述纵向移动装置(5)能够在所述横向移动装置(4)上移动，由调整板(51)、加强筋板(52)、旋转固定板(53)、支撑旋转板(54)、支撑筋板(55)、垂直支撑立板(56)、竖直升降导轨(57)、纵锁紧滑块(58)、电机固定板(59)组成；所述加强筋板(52)与所述调整板(51)螺纹连接，所述旋转固定板(53)与所述加强筋板(52)螺纹连接，所述垂直支撑立板(56)通过所述支撑筋板(55)与所述支撑旋转板(54)连接，所述竖直升降导轨(57)与所述垂直支撑立板(56)连接，所述纵锁紧滑块(58)与所述竖直升降导轨(57)连接，所述电机固定板(59)分别与所述纵锁紧滑块(58)和所述旋转电机(6)相连接；/n所述旋转电机(6)与所述光标装置(7)连接；/n所述光标装置(7)由前定标板(71)、后定标板(72)、激光固定板(73)、固定架(74)、扫描镜头过渡板(75)组成，所述扫描镜头过渡板(75)与所述旋转电机(6)螺纹连接，所述固定架(74)连接所述前定标板(71)与后所述定标板(72)，所述激光固定板(73)分别与所述固定架(74)和所述扫描镜头过渡板(75)相连接；/n所述激光传感器与所述激光固定板(73)连接；/n所述前相机(9)和所述后相机(12)通过所述相机连接片(10)固定在相机座(11)上。/n...

【技术特征摘要】
1.一种非规则管道内壁移动测量机器人，其特征在于，包括：
移动机器人(1)、电机驱动器(2)、驱动器过度板(3)、横向移动装置(4)、纵向移动装置(5)、旋转电机(6)、光标装置(7)、激光传感器(8)、前相机(9)、相机连接片(10)、相机座(11)、后相机(12)；
所述驱动器过度板(3)与所述移动机器人(1)连接，所述电机驱动器(2)与所述驱动器过度板(3)连接；
所述横向移动装置(4)与所述移动机器人(1)连接，由导轨(41)、导轨过渡板(42)、导轨端盖(43)、拖链(44)、锁紧滑块(45)组成；所述导轨(41)通过所述导轨过渡板(42)与所述移动机器人(1)连接，所述导轨端盖(43)与所述导轨(41)连接，所述锁紧滑块(45)安装于所述导轨(41)与拖链(44)上表面；
所述纵向移动装置(5)与所述横向移动装置(4)连接，所述纵向移动装置(5)能够在所述横向移动装置(4)上移动，由调整板(51)、加强筋板(52)、旋转固定板(53)、支撑旋转板(54)、支撑筋板(55)、垂直支撑立板(56)、竖直升降导轨(57)、纵锁紧滑块(58)、电机固定板(59)组成；所述加强筋板(52)与所述调整板(51)螺纹连接，所述旋转固定板(53)与所述加强筋板(52)螺纹连接，所述垂直支撑立板(56)通过所述支撑筋板(55)与所述支撑旋转板(54)连接，所述竖直升降导轨(57)与所述垂直支撑立板(56)连接，所述纵锁紧滑块(58)与所述竖直升降导轨(57)连接，所述电机固定板(59)分别与所述纵锁紧滑块(58)和所述旋转电机(6)相连接；
所述旋转电机(6)与所述光标装置(7)连接；
所述光标装置(7)由前定标板(71)、后定标板(72)、激光固定板(73)、固定架(74)、扫描镜头过渡板(75)组成，所述扫描镜头过渡板(75)与所述旋转电机(6)螺纹连接，所述固定架(74)连接所述前定标板(71)与后所述定标板(72)，所述激光固定板(73)分别与所述固定架(74)和所述扫描镜头过渡板(75)相连接；
所述激光传感器与所述激光固定板(73)连接；
所述前相机(9)和所述后相机(12)通过所述相机连接片(10)固定在相机座(11)上。


2.根据权利要求1所述的非规则管道内壁移动测量机器人，其特征在于，
所述支撑旋转板(54)上有弧形轨道以改变所述纵向移动装置(5)侧滚角。


3.根据权利要求1所述的非规则管道内壁移动测量机器人，其特征在于，
所述前定标板(71)与后定标板(72)上贴有标记点，分别通过所述前相机(9)与所述后相机(12)识别，且与所述旋转电机(6)同轴旋转。


...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国磊，徐嵩，徐静，陈恳，陈志良，吴丹，张继文，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11