一种沉管管节对接状态水下作业机器人检测方法技术

本申请提供一种沉管管节对接状态水下作业机器人检测方法，包括：基于水下作业机器人集成的结构光传感器和视觉传感器检测所述待沉管节和已沉管节的对接端面的状态；以及，基于所述水下作业机器人的机械臂控制待沉管节设置的拉线传感器检测所述待沉管节与所述已沉管节之间对接端面的位姿关系，所述拉线传感器的拉线连接在所述已沉管节设置的对中装置上；其中，所述水下作业机器人设置有与控制端连接的线缆，并基于所述线缆接收所述控制端下发的操作指令，以及基于所述线缆将检测时测量得到的对接端面的状态和位姿关系上传至所述控制端，所述检测时测量得到的对接端面的状态和位姿关系用于调整所述待沉管节的对接姿态。和位姿关系用于调整所述待沉管节的对接姿态。和位姿关系用于调整所述待沉管节的对接姿态。

【技术实现步骤摘要】
一种沉管管节对接状态水下作业机器人检测方法


[0001]本文件涉及海洋测绘水下沉管隧道工程
，尤其涉及一种沉管管节对接状态水下作业机器人检测方法。

技术介绍

[0002]海底隧道是跨海交通基础设施重要组成，施工过程是采用从出入口两端向中间沉放管节以完成最终的导通。出入口的初始管节为现场围堰修筑并形成对接端，其余管节在工程进行预制，然后浮运到现场进行水下沉放后进行对接。
[0003]管节对接不是一次完成，而是从一定距离开始逐步移动待沉放管节向已沉管节靠拢。一般情况下，是将待沉放管节初步移动至距离已沉管节2米左右的距离后，再开始进行精确对接。此时两个管节的高程基本一致，中轴线偏差一般在50厘米以内。对接时每次移动的距离从几厘米到十几厘米不等，每次移动都需要对两个管节的对接位姿进行精确测量。
[0004]目前，管节对接的位姿测量主要采用测量塔和卫星定位的组合方式，由于测量塔容易变形且卫星定位的精度不高，在管节每次对接移动后，还需要操作员潜入水下检测两个管节间的位姿关系(比如测量两个管节之间的距离、角度等)，再决定是否进行下一次对接移动。通常情况下，沉管对接的耗时少则几小时，多则十几个小时，整个对接过程中始终要有操作员在水下进行作业，这就需要配置多名操作员进行接力，施工投入成本高，且安全性较差。为此，如何在沉管对接工程取代操作人员水下作业是当前亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本申请目的是提供一种沉管管节对接状态水下作业机器人检测方法，能够在沉管对接施工中，通过水下作业机器人代替操作人员潜入水下检测待沉管节与已沉管节两者对接端面的状态以及两者对接端面之间的位姿关系，可提高施工安全性，并最终为待沉管节与已沉管节的精确对接提供更加准确的数据支持。
[0006]为了实现上述目的，本申请实施例提供一种沉沉管管节对接状态水下作业机器人检测方法，包括：
[0007]在待沉管节进入水中后，基于水下作业机器人集成的结构光传感器和视觉传感器检测所述待沉管节和已沉管节的对接端面的状态；以及，
[0008]基于所述水下作业机器人的机械臂控制待沉管节设置的拉线传感器检测所述待沉管节与所述已沉管节之间对接端面的位姿关系，所述拉线传感器的拉线连接在所述已沉管节设置的对中装置；
[0009]其中，所述水下作业机器人设置有与控制端连接的线缆，并基于所述线缆接收所述控制端下发的操作指令，以及基于所述线缆将检测时测量得到的对接端面的状态和位姿关系上传至所述控制端，所述检测时测量得到的对接端面的状态和位姿关系用于调整所述待沉管节的对接姿态。
[0010]本申请的方案配置有集成机械臂和各类传感器的水下作业机器人。在对接施工
中，当待沉管节进入水中后，通过水下作业机器人来检测待沉管节和已沉管节两者对接端面的状态，以及两者对接端面之间的位姿关系。其中，检测到的状态和位姿关系可用于调整待沉管节相对已沉管节的对接姿态，以保障待沉管节与已沉管节完成精确对接。与传统方案像对比，本申请的方案以水下作业机器人替代操作人员潜入水中进行管节对接的检测，不仅提高了施工的安全性，还降低了人工成本；此外，相比于操作员的目视判断，水下作业机器人上的传感器不易受到水下环境的影响，可提供更加准确的检测结果，进而在之后对接过程中提高了对待沉管节的调整成功率，让施工更加效率。
附图说明
[0011]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0012]图1为本申请实施例提供的沉管管节对接状态水下作业机器人检测方法的第一种流程示意图。
[0013]图2本申请实施例提供的结构光传感器与管节之间的关系示意图。
[0014]图3为本申请实施例提供的沉管管节对接状态水下作业机器人检测方法构建坐标系的示意图。
[0015]图4为本申请实施例提供的拉线传感器的工作示意图。
[0016]图5为本申请实施例提供的水下作业机器人的结构示意图。
[0017]图6为本申请实施例提供的水下作业机器人的测量吊舱的结构示意图。
[0018]图7为本申请实施例提供的沉管管节对接状态水下作业机器人检测方法的第二种流程示意图。
[0019]图8为本申请实施例提供的沉管管节对接状态水下作业机器人检测方法的第三种流程示意图。
[0020]图9为本申请实施例提供的沉管管节对接状态水下作业机器人检测装置的结构示意图。
具体实施方式
[0021]为了使本
的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0022]如前所述，目前管节对接的位姿测量主要采用测量塔和卫星定位的组合方式，由于测量塔容易变形且卫星定位的精度不高，在管节每次对接移动后，还需要操作员潜入水下检测两个管节间的位姿关系，再决定是否进行下一次对接移动。这种依赖操作员水下作业的方式施工投入成本高，且安全性较差；此外，目测也容易受到水体影响而失准，导致对接过程需要对待沉放管节进行多次调整才能达到标准，整个耗时少则几小时，多则十几个
小时，对操作员的负担较大。
[0023]为此，本申请提出一种由水下作业机器人代替人工方式引导管节对接的技术方案，在对接施工中，能够通过水下作业机器人来检测待沉管节和已沉管节两者对接端面的状态，以及两者对接端面之间的位姿关系。检测到的状态和位姿关系可用于调整待沉管节相对已沉管节的对接姿态，以保障待沉管节与已沉管节完成精确对接。
[0024]一方面，本申请实施例提供一种沉管管节对接状态水下作业机器人检测方法，图1是本申请实施例沉管管节对接状态水下作业机器人检测方法的流程图，具体包括如下步骤：
[0025]S102，在待沉管节进入水中后，基于水下作业机器人集成的结构光传感器和视觉传感器检测所述待沉管节和已沉管节的对接端面的状态。
[0026]本申请的结构光传感器的主要硬件包括激光器，用于深度扫描对接端面，得到对接端面的三维点云；视觉传感器的主要硬件包括测量相机，用于拍摄对接端面的可视图像。
[0027]参考图2所示，对于需要沉放在水下的管节(即待沉管节)，通道两端会设置密封门进行密封，以防止渗水；当管节在水下沉放完成后(即已沉管节)，已对接端面与前一已沉管节完成密封对接，此时该已对接端面的密封门可以打开，而待对接端面依然暴露在水中，其密封门需要保持在关闭状态。
[0028]通常情况下，管节的密封门凹设于管节两端的端面上，管节的密封门不会给对接造成较大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种沉管管节对接状态水下作业机器人检测方法，其特征在于，包括：基于水下作业机器人集成的结构光传感器和视觉传感器检测待沉管节和已沉管节的对接端面的状态；以及，基于所述水下作业机器人的机械臂控制待沉管节设置的拉线传感器检测所述待沉管节与所述已沉管节之间对接端面的位姿关系，所述拉线传感器的拉线连接在所述已沉管节设置的对中装置；其中，所述水下作业机器人设置有与控制端连接的线缆，并基于所述线缆接收所述控制端下发的操作指令，以及基于所述线缆将检测时测量得到的对接端面的状态和位姿关系上传至所述控制端，所述检测时测量得到的对接端面的状态和位姿关系用于调整所述待沉管节的对接姿态。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水下作业机器人还集成有惯性传感器，所述待沉管节和所述已沉管节特定位置设置有定位靶标；所述视觉传感器用于对定位靶标进行摄影测量后方交会，确定所述视觉传感器相对定位靶标的位姿关系，并根据确定到的位姿关系对定位靶标在施工坐标系中的实际位姿进行换算，得到所述水下作业机器人的精确位姿，其中，所述定位靶标在所述施工坐标系中的实际位姿是基于通过工程测量技术确定得到，且满足摄影测量后方交会要求；所述惯性传感器用于以所述视觉传感器测量得到的精确位姿为基础进行运动惯性导航，确定所述水下作业机器人移动时的实时位姿。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于水下作业机器人集成的结构光传感器和视觉传感器检测所述待沉管节和已沉管节的对接端面的状态，包括：以所述惯性传感器提供的实时位姿为参考位姿，操控所述水下作业机器人沿预设的测量路径进行移动，并在移动过程中基于所述水下作业机器人的结构光传感器测量所述待沉管节和已沉管节的对接端面三维点云，以及基于所述水下作业机器人的视觉传感器测量所述待沉管节和已沉管节的对接端面图像；融合所述水下作业机器人的实时位姿、三维点云和对接端面图像以构建所述待沉管节和已沉管节的对接端面三维模型；基于构建得到对接端面三维模型与对应的标准对接端面三维模型进行对比分析检测，确定所述待沉管节和所述已沉管节的对接端面的状态。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，以所述惯性传感器提供的实时位姿为参考位姿，操控所述水下作业机器人沿预设的测量路径进行移动，包括：操控所述水下作业机器人前往所述施工坐标系中的预设位置，并在所述水下作业机器人到达所述预设位置后，通过所述视觉传感器，确定所述水下机器人在所述预设位置的精确位姿，并利用所述精确位姿初始化所述惯性传感器；在所述惯性传感器初始化后，操控所述水下作业机器人沿预设测量路径进行移动。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述水下作业机器人还集成有定位锚点，所述定位锚点用于固定所述水下作业机器人
及保持位姿；其中，在通过所述视觉传感器，确定所述水下机器人在所述预设位置的精确位姿前，还通过所述定位锚点固定所述水下机器人在所述预设位置对应的位姿。6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在检测所述待...

【专利技术属性】
技术研发人员：张德津，何莉，管明雷，田霖，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：