一种爬壁机器人、工作方法及大型设备三维健康诊断方法技术

本发明专利技术公开一种爬壁机器人、工作方法及大型设备三维健康诊断方法，爬壁运动机构、机器人里程轮、机器人定位传感器、机器人控制器、计算终端、三维扫描设备和超声波传感器系统分别安装在机器人本体上，爬壁运动机构、机器人定位传感器、计算终端、三维扫描设备和无损探伤传感器分别与机器人控制器连接。本发明专利技术建立的完善的数字模型可通过接收来自物理对象的不同数据，进行耦合后实时演化，从而与物理对象在全生命周期保持一致。基于其可进行分析、预测、诊断、训练等，并将结果反馈给物理对象，从而帮助对物理对象即真实的设备进行优化和决策。满足更高要求的设备健康管理体系的需求。策。满足更高要求的设备健康管理体系的需求。策。满足更高要求的设备健康管理体系的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种爬壁机器人、工作方法及大型设备三维健康诊断方法


[0001]本专利技术涉及一种爬壁机器人、工作方法及大型设备三维健康诊断方法。

技术介绍

[0002]大型工业设施能够有效降低工业成本，但设备的大型化也带来更大的风险。例如大型储罐在服役过程中，由于地质条件、外部环境、运行状况等发生变化，可能发生基础沉降、罐体倾斜、局部变形等结构变形，也可能发生因制造工艺、自身老化或外力影响导致的材料缺陷。这些变化会导致设备的底板或外壁变形、结构失稳、局部接连失效，破坏了设备的结构完整性，增加了设备的安全风险。由于工作介质的特殊性，某些设备一旦发生泄漏，会引起火灾、爆炸等严重事故，造成环境污染、人员伤亡等恶劣后果。因此对工业设备，特别是对大型立式储罐及锅炉等的结构变形和材料缺陷进行准确有效的检测以及适用性评估是十分必要的。
[0003]随着科技发展，业界逐渐出现了各种适用性评估技术，如用于获取大型设备变形情况的三维扫描技术和用于获取设备表面或内部缺陷情况的无损探伤技术等。三维扫描技术通过测量三维形体坐标从而实现对其整体几何变形状况的在线精确检测，并通过获取变形关键指标量进行结构应力和强度计算，从而进行适用性评价，以评估设备的安全状态。无损检测技术使用诸如超声波和电磁辐射之类的技术手段对设备进行扫描检测，不会损害设备的材料和特性、不会改变或破坏其形状，且可以确定设备内部和表面材料中缺陷的大小、形状和类型，通过对各类缺陷的分析进行适用性评估。这些检测方法在不同层面上对设备进行一定时间内有效的评估，但由于各类检测手段所获得的数据缺少关联，难以进行有效的融合，导致获得的数字描述无法形成有机的整体，无法与真实的物理对象进行统一来实现对物理对象长期健康情况的跟踪与监测。
[0004]如中国专利CN110187007A公开的一种无轨式超声波探伤系统及控制方法，使用爬壁机器人对大型设备进行超声波探伤检测，减少了工人涂抹耦合液的工作量。又如中国专利CN111896554A公开的一种用于表面微型貌检测的常压储罐爬壁机器人，使用麦克纳姆轮驱动的爬壁机器人，及其所搭载的摄像头和线激光扫描探头，实现常压储罐的探伤，检测其表面微型貌。再如中国专利CN111879252A公开的一种储罐罐体在线测绘检测装置及其方法，提供一种储罐罐体在线测绘检测装置，通过三维扫描技术的高精度建模，使得储罐罐体变形检测更加直观、可视化、精度高。再如中国专利CN107036540A公开的金属罐径向偏差测量方法及测量装置，采用爬壁机器人拖带一个光学五棱镜，能起到良好的光学反射作用，并配套电控系统进行控制，实现其在罐壁上沿母线方向的上下行走和自动测点定位，使用全站仪，跟踪机器人所携带的光学五棱镜，在机器人到达各预定的测点而停止后进行自动测距，实现更高准确度和适用性的径向偏差测量。
[0005]上述各专利虽然对现有的传统设备检测技术和手段进行了一定改进，提高了检测效率或检测精度，但没有对设备建立更为整体的数字模型，采集到的信息如外壁变形、外部缺陷和内部缺陷等各自分离，耦合度较低，无法进行全面系统的分析评估，进而导致每次的
检测数据缺少可继承性，不同时间的数据无法进行很好的比对和跟踪，而在更高要求的设备健康管理体系中，数字模型应当可以通过接收来自物理对象的数据而实时演化，从而与物理对象在全生命周期保持一致。基于其可进行分析、预测、诊断、训练等，并将结果反馈给物理对象，从而帮助对物理对象即真实的设备进行优化和决策。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种爬壁机器人、工作方法及大型设备三维健康诊断方法。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用的一种爬壁机器人，包括机器人本体、爬壁运动机构、机器人里程轮、机器人定位传感器、机器人控制器、计算终端、三维扫描设备、超声波传感器系统和无损探伤传感器；
[0008]所述爬壁运动机构、机器人里程轮、机器人定位传感器、机器人控制器、计算终端、三维扫描设备和超声波传感器系统分别安装在机器人本体上，所述爬壁运动机构、机器人定位传感器、计算终端、三维扫描设备和无损探伤传感器分别与机器人控制器连接；
[0009]所述爬壁运动机构用于驱动爬壁机器人在压力容器上移动，所述机器人定位传感器用于解算当前机器人的位姿，所述机器人控制器用于对机器人的各传感器及机器人运动进行控制，所述三维扫描设备用于扫描测量压力容器的三维形体坐标，所述无损探伤传感器用于进行压力容器的无损探伤，所述计算终端用于解算在各个位姿下三维扫描设备的数据后形成三维点云模型，添加厚度以及缺陷信息形成最终的点云模型。
[0010]作为改进，所述爬壁运动机构通过磁力吸附在压力容器上。
[0011]作为改进，所述机器人定位传感器用于采用陀螺仪传感器解算当前机器人位姿。
[0012]作为改进，所述计算终端采用机器人载Mini计算机、与机器人通过有线方式连接的计算机或与机器人通过无线连接的云服务器中的任一种。
[0013]作为改进，所述三维扫描设备采用单目结构光三维扫描仪、多目结构光三维扫描仪、多光谱成像仪、高光谱成像仪、双目视觉三维扫描仪或深度相机中的任一种。
[0014]作为改进，所述无损探伤传感器采用漏磁传感器、干耦合超声传感器、电磁超声波传感器、超声导波传感器、超声波传感器、相控阵超声波传感器、射线检测器中的任一种。
[0015]另外，本专利技术还提供了一种所述爬壁机器人的工作方法，包括以下步骤：
[0016]1)首先基于被检测设备情况，设定好工作区域并对机器人及传感器的行进路线进行初步规划；
[0017]2)在由定位传感器获得的当前位姿下，先由当前位姿下的机载三维扫描设备视野范围内点云信息进行采集，以定位传感器的位置为参考点，先确定三维扫描设备位置，再将设备采集到的点云数据按照与三维扫描设备的相对位置更新到点云库中；
[0018]3)同时，由机载无损探伤传感器对壁厚和内部结构缺陷进行检测，此时超声波传感器的位姿由机器人运动机构自由度限制，结合点云信息可解算，将传感器位姿信息及传感器所获得的包括厚度信息和壁内缺陷信息的检测结果由机器人系统实时添加到相对应的点云模型中形成添加检测数据的点云模型(形成具有厚度和缺陷标注的三维点云模型)；
[0019]根据相同过程将其他机载无损探伤传感器的数据加入点云中；
[0020]4)基于更新的点云模型更新机器人及传感器的行进方案，确保该设备的点云以及
无损探伤检测数据获取完善，形成完整的添加检测数据后的点云模型。
[0021]最后，本专利技术还提供了一种基于所述爬壁机器人的大型设备三维健康诊断方法，包括以下步骤：
[0022]1)基于点云模型以及添加到点云中厚度信息，通过匹配算法对比各次测绘模型，得出设备的应变情况，同时使用数值分析方法结合各次数据预测后续位移与应变，基于更新后的三维模型计算设备在承受载荷状态下的应力分布情况，当计算出的最大应力值小于储罐材料许用应力，即在许用范围以内时，设备满足安全运行的要求，可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种爬壁机器人，其特征在于，包括机器人本体、爬壁运动机构、机器人里程轮(2)、机器人定位传感器(3)、机器人控制器(4)、计算终端(5)、三维扫描设备、超声波传感器系统(8)和无损探伤传感器；所述爬壁运动机构、机器人里程轮(2)、机器人定位传感器(3)、机器人控制器(4)、计算终端(5)、三维扫描设备和超声波传感器系统分别安装在机器人本体上，所述爬壁运动机构、机器人定位传感器(3)、计算终端(5)、三维扫描设备和无损探伤传感器分别与机器人控制器(4)连接；所述爬壁运动机构用于驱动爬壁机器人在压力容器上移动，所述机器人定位传感器(3)用于解算当前机器人的位姿，所述机器人控制器(4)用于对机器人的各传感器及机器人运动进行控制，所述三维扫描设备用于扫描测量压力容器的三维形体坐标，所述无损探伤传感器用于进行压力容器的无损探伤，所述计算终端(5)用于解算在各个位姿下三维扫描设备的数据后形成三维点云模型，添加厚度以及缺陷信息形成最终的点云模型。2.根据权利要求1所述的一种爬壁机器人，其特征在于，所述爬壁运动机构通过磁力吸附在压力容器上。3.根据权利要求1所述的一种爬壁机器人，其特征在于，所述机器人定位传感器(3)用于采用陀螺仪传感器解算当前机器人位姿。4.根据权利要求1所述的一种爬壁机器人，其特征在于，所述计算终端(5)采用机器人载Mini计算机、与机器人通过有线方式连接的计算机或与机器人通过无线连接的云服务器中的任一种。5.根据权利要求1所述的一种爬壁机器人，其特征在于，所述三维扫描设备采用单目结构光三维扫描仪、多目结构光三维扫描仪、多光谱成像仪、高光谱成像仪、双目视觉三维扫描仪或深度相机中的任一种。6.根据权利要求1所述的一种爬壁机器人，其特征在于，所述无损探伤传感器采用漏磁传感器、干耦合超声传感器、电磁超声波传感器、超声导波传感器、超声波传感器、相控阵超声波传感器、射...

【专利技术属性】
技术研发人员：李柏松，于佳玮，
申请(专利权)人：于佳玮，
类型：发明
国别省市：