一种成品油罐清洗机器人定位方法，属于储油罐清洗技术领域。步骤a，设置坐标原点；步骤b，固定声纳传感器；步骤c，确定声纳传感器(8)的位置；步骤d，建立通讯；步骤e，采用模型预测控制进行预测清洗机器人的当前位置；步骤f，判断清洗机器人是否被遮挡；步骤g，采用步骤e得到的预估值作为清洗机器人的当前位置；步骤h，利用四点定位方法计算声纳传感器(8)与清洗机器人之间的距离。在本成品油罐清洗机器人定位方法中，基于成品油罐内部封闭的环境实际情况，通过声纳的固定坐标实时定位清洗机器人，结合惯性坐标系进行校准，确保机器人位置的客观准确。观准确。观准确。
【技术实现步骤摘要】
一种成品油罐清洗机器人定位方法
[0001]一种成品油罐清洗机器人定位方法，属于储油罐清洗
技术介绍
[0002]储油罐在长期储存油品的过程中，油品中的杂质成分会因密度差会与水一起沉降积聚在油罐底部，形成胶状的油罐底泥。油罐底泥含有多种有毒物质，不能直接排放。且罐底及内壁随时间推移会附着许多污垢，若不及时清除，将加速油罐底板及内壁腐蚀，降低油罐的使用寿命，因此需要对油罐内进行冲洗。
[0003]随着特种机器人的发展，使用储罐清洗机器人对罐底沉积油污泥进行清理，得到越来越广泛的应用。利用清洗机器人对储油罐进行冲洗作业时，对于清洗机器人在罐内的定位，是决定清洗作业效果的重要因素。目前对于移动机器人的定位方案已经越发成熟，但是传统的定位方法对于封闭且金属材质的储油罐并不适用，同时在储油罐内也无法通过焊接定位等方式设置固定点，机器人的罐内定位问题在一定程度上限制了使用储罐清洗机器人对罐底沉积油污泥进行清理。
[0004]申请号为201710815328.2，申请日为2017年9月12日，专利名称为“储罐底板在线检测机器人定位方法及系统”的中国专利技术专利公开了一种技术方案。在该技术方案中在线检测机器人的机身上设置有声波发射换能器，在所述储罐内液面以下设置至少6个声波接收换能器，且所述声波接收换能器位于所述声波发射换能器上方；然而在该技术方案中，缺少声纳定位装置安装技术，油罐中如何准确安装并定位声纳装置。同时未考虑管道或者悬浮物遮挡时，声纳失去联系的情况。
[0005]申请号为202010233490.5，申请日为2020年3月30日，专利名称为“一种管壳式换热器管在线自动清洁机器人定位装置”的中国专利技术专利公开了一种技术方案。在该技术方案中包含坐标架、定位器和智能控制系统，该技术方案只适用于外部空间作业，同样难以在储油罐的封闭环境中进行安装与调试。因此设计一种能够实现在储油罐的封闭环境中对清洗机器人进行定位的技术方案，成为本领域亟待解决的问题。
技术实现思路
[0006]本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于成品油罐内部封闭的环境实际情况，通过声纳的固定坐标实时定位清洗机器人，结合惯性坐标系进行校准，确保机器人位置客观准确的成品油罐清洗机器人定位方法。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：该成品油罐清洗机器人定位方法，其特征在于：包括如下步骤：
[0008]步骤a，设置有传感器定位装置，将传感器定位装置自储油罐的人孔中放入，并以人孔作为坐标原点；
[0009]步骤b，利用传感器定位装置将声纳传感器(8)固定在油罐内；
[0010]步骤c，根据传感器定位装置信息确定声纳传感器(8)的位置；
[0011]步骤d，建立清洗机器人和控制主机之间的通讯，以及声纳传感器(8)和主机之间的通讯；
[0012]步骤e，采用模型预测控制进行预测，通过上一次状态的声纳传感器(8)的返回值和迭代时间对清洗机器人的当前位置进行预估；
[0013]步骤f，判断清洗机器人是否被遮挡，如果被遮挡，执行步骤g，如果未被遮挡，执行步骤h；
[0014]步骤g，采用步骤e得到的预估值作为清洗机器人的当前位置；
[0015]步骤h，利用四点定位方法计算声纳传感器(8)与清洗机器人之间的距离。
[0016]优选的，所述的传感器定位装置包括主轴(4)，在主轴(4)的外部套装有套筒(5)，在套筒(5)的外部活动安装有多个连接环(6)，在连接环(6)的表面固定有连接杆(7)，在连接杆(7)的另一端同时固定有声纳传感器(8)以及磁铁；在套筒(5)的表面连接有绳索(3)，在主轴(4)的端部径向固定有支撑杆(2)，在支撑杆(2)的端部固定有定滑轮(1)，绳索(3)的另一端绕过定滑轮(1)。
[0017]优选的，所述主轴(4)的长度大于油罐的直径。
[0018]优选的，在执行所述的步骤c时，首先确定套筒(5)的位置，套筒(5)的坐标计算公式为：
[0019]x0＝(L1
‑
L2)*cosθ1
[0020]y0＝(L1
‑
L2)*cosθ1
[0021]z0＝(L1
‑
L2)*sinθ1
[0022]其中：L1表示主轴(4)的长度，L2表示套筒(5)到主轴(4)末端的长度，θ1表示主轴(4)与水平线夹角。
[0023]然后确定声纳传感器(8)的位置，声纳传感器(8)的坐标依次为(x1，y1，z1)，(x1，y1，z1)的坐标确定公式为：
[0024]x1＝(L1
‑
L2)*cosθ1
[0025]y1＝(L1
‑
L2)*cosθ1+(R+L3)*sinθ2
[0026]z1＝(L1
‑
L2)*sinθ1
‑
(R+L3)*cosθ2
[0027]其中：L1表示主轴(4)的长度，L2表示套筒(5)到主轴(4)末端的长度，θ1表示主轴(4)与水平线X轴夹角。θ2表示连接杆(7)与垂直线Z轴的夹角。
[0028]优选的，在执行所述的步骤e时，
[0029]令t时刻的位置信息为
[0030]其中，分别为机器人t时刻的三轴上的位置和角度。建立机器人动力学方程
[0031]其中；M为惯性矩阵C为科里奥利力矩阵，g为重力产生的恢复力向量，τ是机器人的动力，
[0032]采用预测控制进行预测：
[0033][0034]其中，T是采样频率。
[0035]这样通过t时刻数据估计t+NT时刻的信息，同时在接受到t+T新的信息时进行实时的反馈校正：
[0036][0037]优选的，在执行所述的步骤h时，所述四点定位的计算公式为：
[0038][0039]建立清洗机器人的位置的坐标是与声纳的方程：
[0040](x(t)
‑
x1)2+(y(t)
‑
y1)2+(z(t)
‑
z1)2＝R1(t)
[0041](x(t)
‑
x2))2+(y(t)
‑
y2)2+(z(t)
‑
z2)2＝R2(t)
[0042](x(t)
‑
x3)2+(y(t)
‑
y3)2+(z(t)
‑
z3)2＝R3(t)
[0043](x(t)
‑
x4)2+(y(t)
‑
y4)2+(z(t)
‑
z4)2＝R4(t)
[0044]求解得到：
[0045][0046][0047][0048][0049]其中，(x1，y1，z1)、(x2，y2，2)、(x3，y3，z3)、(x4，y4，z4)分别为四个声纳传感器(8)的坐标。
[0050]与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果是本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种成品油罐清洗机器人定位方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤a，设置有传感器定位装置，将传感器定位装置自储油罐的人孔中放入，并以人孔作为坐标原点；步骤b，利用传感器定位装置将声纳传感器(8)固定在油罐内；步骤c，根据传感器定位装置信息确定声纳传感器(8)的位置；步骤d，建立清洗机器人和控制主机之间的通讯，以及声纳传感器(8)和主机之间的通讯；步骤e，采用模型预测控制进行预测，通过上一次状态的声纳传感器(8)的返回值和迭代时间对清洗机器人的当前位置进行预估；步骤f，判断清洗机器人是否被遮挡，如果被遮挡，执行步骤g，如果未被遮挡，执行步骤h；步骤g，采用步骤e得到的预估值作为清洗机器人的当前位置；步骤h，利用四点定位方法计算声纳传感器(8)与清洗机器人之间的距离。2.根据权利要求1所述的成品油罐清洗机器人定位方法，其特征在于：所述的传感器定位装置包括主轴(4)，在主轴(4)的外部套装有套筒(5)，在套筒(5)的外部活动安装有多个连接环(6)，在连接环(6)的表面固定有连接杆(7)，在连接杆(7)的另一端同时固定有声纳传感器(8)以及磁铁；在套筒(5)的表面连接有绳索(3)，在主轴(4)的端部径向固定有支撑杆(2)，在支撑杆(2)的端部固定有定滑轮(1)，绳索(3)的另一端绕过定滑轮(1)。3.根据权利要求2所述的成品油罐清洗机器人定位方法，其特征在于：所述主轴(4)的长度大于油罐的直径。4.根据权利要求2所述的成品油罐清洗机器人定位方法，其特征在于：在执行所述的步骤c时，首先确定套筒(5)的位置，套筒(5)的坐标计算公式为：x0＝(L1
‑
L2)*cosθ1y0＝(L1
‑
L2)*cosθ1z0＝(L1
‑
L2)*sinθ1其中：L1表示主轴(4)的长度，L2表示套筒(5)到主轴(4)末端的长度，θ1表示主轴(4)与水平线夹角。然后确定声纳传感器(8)的位置，声纳传感器(8)的坐标依次为(x1，y1，z1)，(x1，y1，z1)的坐标确定公式为：x1＝(L1
【专利技术属性】
技术研发人员：赵东亚，高守礼，邵伟明，张舒展，刘子栋，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：
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