一种输水管道内壁巡检机器人及检测方法技术

本发明专利技术涉及水下光学探测技术领域，尤其是一种输水管道内壁巡检机器人及检测方法，包括前视系统、推进系统、惯性导航系统、测速系统、照明系统、控制系统、测距和避障系统和成像系统，前视系统包括两个摄像头，推进系统包括推进器；惯性导航系统采用MEMS微型航姿系统；测速系统采用多普勒测速仪；照明系统用于提供光源；测距和避障系统测量巡检机器人与前方障碍物和输水管道内壁的距离；成像系统包括线激光发射器及摄像机；该发明专利技术采用四个线激光发射器，在每个防水型线激光发射器附近安装摄像机，通过对摄像机采集到的线状光斑进行图像处理，提取光斑中心特征点，计算输水管道内壁的三维坐标，进而精准复原输水管道内壁的三维模型。型。型。

【技术实现步骤摘要】
一种输水管道内壁巡检机器人及检测方法


[0001]本专利技术涉及水下光学探测
，特别是一种输水管道内壁巡检机器人及检测方法。

技术介绍

[0002]我国城市化进程飞速发展，城市集中供水方式依赖大口径预应力钢筋混凝土输水管道，这类输水管道在长时间的使用过程中容易受到压力、水质等外部因素影响，致使管道内部发生破损、变形、腐蚀甚至管道泄漏的情况。对于这类输水管道的检测一般需要在特定的检修时间内，由人工携带检测设备进入输水管道内部进行巡检来完成检测。但人工检测所需时间较长，面对复杂狭窄的管道环境时，人工检测很难实现精准检测。
[0003]近年来，出现了一些基于水下移动机器人的输水管道内壁在线检测手段，其中最主要的包括声学检测技术和光学检测技术。基于光学检测的水下管道内壁检测方法一般是通过在移动机器人上布置一个或多个摄像头结合图像处理方法实现。这种方法只需要在前端布置一个摄像头或者在机器人周边环形布置多个摄像头，即可实现对管道内壁的缺陷检测，但是这类方法无法确定管道缺陷的纵深长度，不能实现对管道内壁的准确三维建模。基于声学检测的水下管道内壁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种输水管道内壁巡检机器人，其特征在于，包括前视系统、推进系统、惯性导航系统、测速系统、照明系统、控制系统、测距和避障系统和成像系统，所述前视系统包括设置在机器人前部的用于观察输水管道前方信息的摄像头；所述推进系统包括四个推进器，分别为两个行进推进器和浮潜推进器，在机器人尾部设置用于推进机器人的行进推进器，在机器人两侧设置用于巡检机器人浮潜的浮潜推进器；所述的惯性导航系统采用用于判断巡检机器人的位姿信息的MEMS微型航姿系统；所述测速系统采用多普勒测速仪，用于测量巡检机器人的速度；所述照明系统用于提供光源；所述测距和避障系统用于测量巡检机器人与前方障碍物和输水管道内壁的距离；所述成像系统包括线激光发射器及与激光发射器配合的摄像机，线激光发射器用来发射设定波长的线状光斑，摄像机用来拍摄线激光发射器投射到输水管道内壁上的光斑图像；所述控制系统与上述的前视系统、推进系统、惯性导航系统、测速系统、照明系统、测距和避障系统和成像系统连接。2.根据权利要求1所述的输水管道内壁巡检机器人，其特征在于,所述测距和避障系统包括六个超声波测距仪，其中的两个超声波测距仪设置在巡检机器人前端，用于测量巡检机器人与前方障碍物的距离；另外四个超声波测距仪位于巡检机器人的后端且环形安装，相邻两个超声波测距仪相差 ，用于判断巡检机器人与输水管道内壁的距离。3.根据权利要求1所述的输水管道内壁巡检机器人，其特征在于,所述成像系统为四组，每组均包括一个线激光发射器和一个摄像机，线激光发射器用来发射设定波长的线状光斑，摄像机用来拍摄投射到输水管道内壁上的光斑图像，每组中的摄像机用于拍摄本组的线激光发射器的光斑图像，四组成像系统形成对输水管道内部的全部成像。4.一种输水管道内壁检测方法,其特征在于包括如下步骤，步骤1、在巡检机器人开始对输水管道进行检测作业前，判断巡检机器人的成像系统是否标定，成像系统的标定分为相机标定和光平面标定，若成像系统还没有标定完成，则开始执行步骤2，若巡检机器人已经标定完成，则开始执行步骤5；步骤2、将二维平面靶标放置于输水管道内，使用线激光发射器将设定波长的线状光斑投射到二维平面靶标上，通过线激光发射器配对的摄像机采集带有线状光斑的二维平面靶标图像；判断是否需要对相机进行标定，不需要对相机进行标定时，则对光平面标定；如果需要标定，采用张正友标定法对相机进行标定，求解出相机内参和相机外参，根据实际像素坐标与计算得到的像素坐标计算重投影误差，反复迭代摄像机和内外参数和畸变参数，直至收敛，完成相机标定；步骤3、进行光平面标定时，首先完成图像处理和线状光斑中心特征点的提取，然后进行光平面标定；步骤4、判断巡检机器人的四组成像系统是否全部标定完成，若成像系统全部标定完成
则执行步骤5，若还有成像系统没有标定完成则继续执行步骤2，最终得到四组光平面分别在相机坐标系、、、下的方程，分别为：0（12）0（13）0（14）0（15）式（12），（13），（14），（15）中，，，，，，，，，，，，，，，，为光平面常数系数；步骤5、当巡检机器人成像系统全部标定完成时，判断此时的巡检机器人位姿是否为期望位姿，若此时巡检机器人为期望位姿则执行步骤6，若此时巡检机器人不满足期望位姿则对巡检机器人进行姿态调整，调整结束后重新判断此时的巡检机器人位姿是否为期望位姿；步骤6：巡检机器人在输水管道内部前行时，四个不同空间位置的能发射设定波长的线激光发射器同时将线状光斑投射到输水管道内壁上；步骤7：在每个线激光发射器附近安装摄像机，用于采集投影到管道内壁上面的光斑图像，将采集到的图像采用高斯滤波进行去噪，使用灰度重心法，计算得到光斑条纹中心特征点，并利用该条纹中心特征点计算得到该点在相机坐标系下的三维坐标，遍历该线状光斑上的所有中心特征点，得到整条线状光斑在相机坐标系下的三维坐标，对四组摄像机采集到的线状光斑图像重复步骤7，得到四条线状光斑中心特征点在相机坐标系下的三维坐标；步骤8：判断此时是否已经完成对输水管道的扫描，若没有完成则继续执行步骤5，若已经完成整条输水管道的扫描工作，则执行步骤9；步骤9：伴随着四组激光发射器发射的线状光斑扫描整条输水管道，对四条线状光斑上所有的中心特征点，执行步骤7的操作，得到所有特征点在对应相机坐标系下的坐标；步骤10：将得到的所有线状光斑特征点在对应相机坐标系下的坐标转化为在管道坐标系下的坐标，...

【专利技术属性】
技术研发人员：马凤英，支祥瑞，纪鹏，罗光欣，陈新明，刘邦坤，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学山东省科学院，
类型：发明
国别省市：