[发明专利]一种定位海底管道机器人方法及装置

说明书

技术领域：

本发明属于管道检测技术领域，特别涉及一种定位海底管道机器人方法及装置。

背景技术：

管道在石油、化工、天然气等领域的运输业中被广泛应用，发挥着不可替代的作用。伴随着管道运输业的发展，管道机器人逐渐广泛地应用于管道清理、缺陷检测等方面。准确测定管道机器人的位置是机器人完成工作的重要保证。管道机器人的定位技术就是确定管道机器人在管道内位置的技术。实现管道机器人定位的方法很多，目前主要应用的有GPS导航定位、CCD视觉定位及光电码盘定位等。

GPS导航定位是卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息。通过GPS定位系统，可以定位出管道机器人位置。但由于海底输油管线埋藏很深、管线很长且周围环境很恶劣，用GPS很难实现导航定位。

电荷藕合器件图像传感器CCD(Charge Coupled Device)，它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机。但由于管道内油污很多，受到油污的影响，基于视觉的CCD定位无法提取有效的视觉特征。

光电码盘是由光学玻璃制成，在上面刻有许多同心码道，每个码道上都有按一定规律排列的透光和不透光部分。工作时，光投射在码盘上，码盘随运动物体一起旋转，透过亮区的光经过狭缝后由光敏元件接受，光敏元件的排列与码道一一对应，当码盘旋转在不同位置时，光敏元件输出信号的组合反映出一定规律的数字量，代表了码盘轴的角位移，根据角位移与码盘的直径可以计算出码盘前进的距离，这样可以测得管道机器人的位置。但管道内油污的存在同样影响光电码盘的应用，使其颠簸和打滑而无法定位。

发明内容：

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种定位海底管道机器人方法及装置。

本发明的方法通过本发明海底管道机器人压力波定位装置实现的：本发明海底管道机器人压力波定位装置包括压力波发射装置和压力波采集与处理装置；

其中压力波发射装置包括有两个工作间、活塞、弹簧、步进电机、齿轮、链条、弹片和单片机与驱动芯片。

压力波发射装置各部件的连接：两个圆柱状的工作间分别位于压力波发射装置的两侧，两个工作间沿轴向中空，用以向管道两侧发出压力波；每个工作间中各设置有一个活塞，活塞外侧(背离装置中心位置的方向)的圆周上均匀安装四根弹簧，弹簧的一端连接在活塞外侧上，弹簧的另一端安装在工作间两端，并且弹簧与活塞的圆形截面相垂直，每个活塞上装有四根弹簧，活塞的初始位置靠近工作间外侧边缘，弹簧处于紧缩状态；步进电机位于两个活塞内侧中心，步进电机轴上安装有小于工作间直径的齿轮，在齿轮任意一条直径两端的位置上各安装有一根链条，链条一端安装在齿轮任意直径与齿轮圆周交点处，链条的另一端分别对应安装在一个活塞的内侧(指向装置中心位置的方向)的圆心位置，弹片安装在步进电机的侧面，控制步进电机停转，步进电机下面安装有单片机与驱动芯片。

其中压力波采集与处理装置包括压力变送器、信号调理板、A/D模块、ARM处理器、FLASH模块和键盘显示设备；

上述压力波发射装置安装在海底管道机器人上；输油管道的始端和终端的管道壁上安装有压力变送器；压力变送器的输出端与信号调理板的输入端连接；信号调理板的输出端连接到A/D模块；A/D模块连接到ARM处理器中；FLASH模块、键盘显示设备的输出端分别连接ARM处理器。

本发明装置的工作原理是：在海底管道机器人上安装压力波发射装置，当机器人在管道中时，压力波发射装置分别向管道的两端按固定频率发出压力信号，在管道的两侧安装压力变送器，用以接收压力波发射装置发出的压力信号，并通过模拟信号转换模块对此压力信号进行放大、滤波处理，而后将信号传递给微处理器，通过小波变换理论和神经网络算法等数据处理方式对信号进行处理，最后通过压力波测距理论计算出管道机器人的定位距离数据并保存。