一种膜式水冷壁爬壁机器人及其路径纠偏方法技术

本发明专利技术涉及一种膜式水冷壁爬壁机器人及其路径纠偏方法，爬壁机器人包括车体、激光发射组件、采集组件及控制组件，车体用于在水冷壁上移动，激光发射组件和采集组件设置在车体底部，且两者可在车体宽度方向上移动，激光发射组件用于向水冷壁发射线性激光，采集组件用于采集水冷壁上的激光图像，控制组件设置在车体内用于根据采集组件获取的图像计算车体的偏转角度和偏移量、控制激光发射组件移动、控制车体调整移动方向。本发明专利技术的爬壁机器人能够迅速且精确地计算出其在水冷壁上的偏移量和偏转角度，且可迅速调移动方向，提高了爬壁机器人偏离预定路径时的反应速度，纠偏精确，且爬壁机器人的结构简单，使用便捷，实用性好。实用性好。实用性好。

【技术实现步骤摘要】
一种膜式水冷壁爬壁机器人及其路径纠偏方法


[0001]本专利技术属于爬壁机器人
，具体涉及一种膜式水冷壁爬壁机器人及其路径纠偏方法。

技术介绍

[0002]膜式水冷壁是由壁管和鳍片焊接而成的气密式结构，现代型电站锅炉广泛采用膜式水冷壁结构。但是在锅炉运行时，膜式水冷壁的向火侧管壁表面会产生积灰、结渣、磨损以及腐蚀，会对锅炉的安全运行和经济运行会造成很大的危害。因此，需要对膜式水冷壁进行定期检测，以防止膜式水冷壁的壁管在运行期间发生破损。
[0003]目前，膜式水冷壁的检测方式通常是采用人工检测，但是通过人工进行水冷壁检测所需的检测时间较长，且检测过程为高空作业，因此在进行检测时还需要花费大量时间用于搭建和拆除作业平台，劳动强度较大、效率低。当然，目前也出现了用于检测水冷壁磨损的爬壁机器人，但是现有的爬壁机器人的爬行运动通常采用轮式磁吸方式，移动方向受磁吸面影响较大，而水冷壁的表面凹凸不平，常存在焦渣、铁屑等污染物，且水冷壁的壁管可能存在胀粗、裂纹等缺陷，因此会导致爬壁机器人在爬行过程中移动方向跑偏，无法按照事先规划的导航路线完成缺陷检测任务。此外，现有的爬壁机器人的车轮通常由左右两侧不同的驱动电机提供驱动力，但是由于电机本身的制造差异，可能导致两侧的速度无法完全一致，致使爬壁机器人移动时偏离期望路径，从而影响检测结果的可靠性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一个目的是提供一种膜式水冷壁爬壁机器人。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种膜式水冷壁爬壁机器人，包括：
[0007]车体：所述的车体用于在水冷壁上移动；
[0008]激光发射组件：所述的激光发射组件设置在所述的车体的底部，且所述的激光发射组件可在所述的车体的宽度方向上移动，所述的激光发射组件用于向水冷壁发射线性激光并形成激光图像；
[0009]采集组件：所述的采集组件设置在所述的车体的底部，且所述的采集组件可在所述的车体的宽度方向上移动，所述的采集组件用于采集水冷壁上的激光图像；
[0010]控制组件：所述的控制组件设置在所述的车体内，所述的控制组件用于根据所述的采集组件获取的图像计算所述的车体的偏转角度和偏移量、控制所述的激光发射组件移动、控制所述的车体调整移动方向。
[0011]优选地，所述的激光发射组件包括第一激光发射器、第二激光发射器以及第三激光发射器，所述的第一激光发射器、第二激光发射器以及第三激光发射器均可发射线性激光，且所述的第一激光发射器、第二激光发射器发射的线性激光相互平行，所述的第三激光发射器发射的线性激光与所述的第一激光发射器、第二激光发射器发射的线性激光相互垂
直。
[0012]进一步优选地，所述的第一激光发射器、第二激光发射器发射的线性激光的长度大于水冷壁的相邻两个壁管的中心距，所述的第三激光发射器发射的线性激光与所述的车体的移动方向平行。
[0013]进一步优选地，所述的第一激光发射器、第二激光发射器以及第三激光发射器的轴线位于同一竖直平面上。
[0014]优选地，所述的采集组件包括采集相机、滤光片，所述的采集相机倾斜设置在所述的车体的底部，所述的滤光片设置在所述的采集相机的镜头上。
[0015]优选地，所述的车体上设置有连接组件，所述的连接组件包括滑轨、滑动件以及连接板，所述的滑轨设置在所述的车体的底部，所述的滑动件可移动地设置在所述的滑轨上，所述的连接板设置在所述的滑动件上，所述的激光发射组件、采集组件均设置在所述的连接板上。
[0016]优选地，所述的爬壁机器人还包括清灰组件，所述的清灰组件设置在所述的车体上，所述的清灰组件用于吹扫位于所述的车体移动方向上的水冷壁上的灰尘。
[0017]优选地，所述的控制组件包括图像处理单元、第一控制单元，所述的图像处理单元与所述的采集组件连接，所述的第一控制单元与所述的图像处理单元、车体连接，所述的图像处理单元用于根据所述的采集组件获取的图像计算所述的车体的偏转角度和偏移量，所述的第一控制单元用于根据所述的图像处理单元的计算结果控制所述的车体调整移动方向。
[0018]进一步优选地，所述的控制组件还包括第二控制单元，所述的第二控制单元与所述的图像处理单元、激光发射组件连接，所述的第二控制单元用于根据所述的图像处理单元的计算结果控制所述的激光发射组件移动。
[0019]本专利技术的另一个目的是提供一种用于膜式水冷壁爬壁机器人的路径纠偏方法。
[0020]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0021]一种用于膜式水冷壁爬壁机器人的路径纠偏方法，包括如下步骤：
[0022]S1：将所述的车体置于水冷壁上，并使其移动方向与水冷壁的壁管的轴线平行；
[0023]S2：打开所述的激光发射组件，使其发射线性激光并投射至水冷壁上形成激光图像，所述的采集组件采集激光图像，所述的控制组件根据所述的采集组件获取的图像控制所述的激光发射组件移动，使其发射的线性激光的中心与水冷壁的鳍片的中心重合；
[0024]S3：控制所述的车体移动，在移动过程中所述的采集组件实时采集激光图像，所述的控制组件根据所述的采集组件获取的图像实时计算得到特征角度和特征长度，根据计算结果判断是否偏移或偏转，并实时控制所述的车体调整移动方向。
[0025]优选地，在S3中，计算特征角度和特征长度时：
[0026](1)对所述的采集组件采集到的图像进行处理，获得激光骨架图像；
[0027](2)从激光骨架图像中提取垂直线和水平线簇，并对水平线簇进行聚类，获得两条水平激光线；提取两条水平激光线与垂直线的交点O1、O2，获取O1O2的中心点O，获取两条水平激光线的端点A、B、C、D；
[0028](3)计算得到第一特征角度θ1、第二特征角度θ2以及特征长度ξ。
[0029]进一步优选地，对图像进行处理时，首先对图像进行剪切并进行灰度化处理，再利
用高斯滤波算法去除图像噪声，再进行顶帽变换，进行Otsu阈值二值化处理，提取图像中的激光部分，再进行形态学运算，去除图像中的毛刺和孤点区域并进行骨架化处理，获得激光骨架图像。
[0030]进一步优选地，提取垂直线和水平线簇时，采用Hough变换，再采用K
‑
Means聚类方法对水平线簇进行聚类，获得两条水平激光线。
[0031]进一步优选地，计算第一特征角度θ1、第二特征角度θ2时，以中心点O为原点、O1O2为Y轴建立平面直角坐标系，得到A、B、C、D、O1、O2的坐标值，获取向量与Y轴的夹角为第一特征角度θ1，获取向量与Y轴的夹角为第二特征角度θ2。
[0032]更进一步优选地，计算特征长度ξ时，采用如下公式：
[0033][0034]更进一步优选地，在S3中，根据第一特征角度θ1、第二特征角度θ2以及特征长度ξ判断是否偏移或偏转，
[0035]若θ1＝θ2且ξ＝1，则未发生偏移和偏转，
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种膜式水冷壁爬壁机器人，其特征在于：包括：车体：所述的车体用于在水冷壁上移动；激光发射组件：所述的激光发射组件设置在所述的车体的底部，且所述的激光发射组件可在所述的车体的宽度方向上移动，所述的激光发射组件用于向水冷壁发射线性激光并形成激光图像；采集组件：所述的采集组件设置在所述的车体的底部，且所述的采集组件可在所述的车体的宽度方向上移动，所述的采集组件用于采集水冷壁上的激光图像；控制组件：所述的控制组件设置在所述的车体内，所述的控制组件用于根据所述的采集组件获取的图像计算所述的车体的偏转角度和偏移量、控制所述的激光发射组件移动、控制所述的车体调整移动方向。2.根据权利要求1所述的膜式水冷壁爬壁机器人，其特征在于：所述的激光发射组件包括第一激光发射器、第二激光发射器以及第三激光发射器，所述的第一激光发射器、第二激光发射器以及第三激光发射器均可发射线性激光，且所述的第一激光发射器、第二激光发射器发射的线性激光相互平行，所述的第三激光发射器发射的线性激光与所述的第一激光发射器、第二激光发射器发射的线性激光相互垂直。3.根据权利要求2所述的膜式水冷壁爬壁机器人，其特征在于：所述的第一激光发射器、第二激光发射器发射的线性激光的长度大于水冷壁的相邻两个壁管的中心距，所述的第三激光发射器发射的线性激光与所述的车体的移动方向平行。4.根据权利要求2所述的膜式水冷壁爬壁机器人，其特征在于：所述的第一激光发射器、第二激光发射器以及第三激光发射器的轴线位于同一竖直平面上。5.根据权利要求1所述的膜式水冷壁爬壁机器人，其特征在于：所述的采集组件包括采集相机、滤光片，所述的采集相机倾斜设置在所述的车体的底部，所述的滤光片设置在所述的采集相机的镜头上。6.根据权利要求1所述的膜式水冷壁爬壁机器人，其特征在于：所述的车体上设置有连接组件，所述的连接组件包括滑轨、滑动件以及连接板，所述的滑轨设置在所述的车体的底部，所述的滑动件可移动地设置在所述的滑轨上，所述的连接板设置在所述的滑动件上，所述的激光发射组件、采集组件均设置在所述的连接板上。7.根据权利要求1所述的膜式水冷壁爬壁机器人，其特征在于：所述的爬壁机器人还包括清灰组件，所述的清灰组件设置在所述的车体上，所述的清灰组件用于吹扫位于所述的车体移动方向上的水冷壁上的灰尘。8.根据权利要求1所述的膜式水冷壁爬壁机器人，其特征在于：所述的控制组件包括图像处理单元、第一控制单元，所述的图像处理单元与所述的采集组件连接，所述的第一控制单元与所述的图像处理单元、车体连接，所述的图像处理单元用于根据所述的采集组件获取的图像计算所述的车体的偏转角度和偏移量，所述的第一控制单元用于根据所述的图像处理单元的计算结果控制所述的车体调整移动方向。9.根据权利要求8所述的膜式水冷壁爬壁机器人，其特征在于：所述的控制组件还包括第二控制单元，所述的第二控制单元与所述的图像处理单元、激光发射组件连接，所述的第二控制单元用于根据所述的图像处理单元的计算结果控制所...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋捷，梁云，程浔，黄继忠，张苗，应志宏，杨泽勇，胡德浩，程晓晖，
申请(专利权)人：国能九江发电有限公司，
类型：发明
国别省市：