[发明专利]一种管道三维曲线测量机器人及其实现方法

权利要求书

1.一种管道三维曲线测量机器人，其特征在于，包括：

电子仓、与所述电子仓两侧中心连接的滑杆、通过直线轴承与所述滑杆连接的车轮支架、设置在所述车轮支架上的均匀分布的至少两组行走轮、设置在一侧所述滑杆上的且安装有独立收缩轮架的至少一组里程轮和安装在各个所述里程轮上的编码器；所述直线轴承两端的滑杆上安装有弹簧；

所述电子仓内设置有：惯性测量单元、采集控制模块和电源模块；

各组所述行走轮通过所述弹簧同步收缩使得所述惯性测量单元的几何中心与所述电子仓的中轴线一致；

所述采集控制模块，控制惯性测量单元与编码器进行测量数据同步采集，并将所述测量数据解算的三维曲线与管道基准时刻的三维曲线数据相比较，得到管道三维曲线变形量；

所述采集控制模块包括：FPGA单元、晶振单元和上位机单元；

所述惯性测量单元通过RS-422转LVTTL接口与所述FPGA单元相连接；

所述FPGA单元分别通过UART接口和USB转串口接口与上位机单元建立通信连接；用于根据所述晶振单元输出的时钟信号触发控制惯性测量单元及所述编码器同步采集测量数据及将采集到的测量数据上传至上位机单元；

所述上位机单元通过UART接口向FPGA单元发出数据采集控制指令，以及通过USB转串口接口接收测量数据；

在每个里程轮上均一一对应安装编码器；所述编码器通过光电转换将里程轮上输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量，并将所述脉冲或数字量传输至与其相连接的采集控制模块。

2.根据权利要求1所述的管道三维曲线测量机器人，其特征在于，所述滑杆的两端设置有动力牵引装置；

所述动力牵引装置包括：驱动电机和电动绞盘；所述驱动电机驱动电动胶盘上的拉线牵引所述测量机器人来回运动。

3.根据权利要求2所述的管道三维曲线测量机器人，其特征在于，每组所述行走轮的个数为三个，且三个所述行走轮均匀对称设置。

4.根据权利要求2所述的管道三维曲线测量机器人，其特征在于，每组所述里程轮的个数为三个，且三个所述里程轮均匀对称设置。

5.根据权利要求2所述的管道三维曲线测量机器人，其特征在于，所述电源模块与惯性测量单元、FPGA单元、晶振单元和上位机单元均相连接。

6.一种利用如权利要求1所述的测量机器人测量管道三维曲线的实现方法，其特征在于，包括：

控制所述测量机器人保持惯性测量单元的几何中心与所述电子仓的中轴线一致的在管道内来回运动，同时控制惯性测量单元和编码器采集测量数据；

将惯性测量单元和编码器所采集的测量数据解算得到的三维曲线与管道基准时刻的三维曲线数据相比较，得到管道三维曲线变形量；

所述采集控制模块上还设置有FPGA单元、晶振单元和上位机单元；

所述方法还包括：

所述FPGA单元根据晶振单元输出的时钟信号触发控制惯性测量单元及所述编码器同步采集测量数据及将采集到的测量数据上传至上位机单元；

所述上位机单元对接收到的测量数据解算得到的三维曲线与管道基准时刻的三维曲线数据相比较，得到管道三维曲线的变形量。

7.根据权利要求6所述的测量机器人测量管道三维曲线的实现方法，其特征在于，所述控制所述测量机器人保持惯性测量单元的几何中心与所述电子仓的中轴线一致的在管道内来回运动的步骤还包括：

各个所述行走轮通过设置在滑杆上弹簧同步收缩、以及各个独立收缩轮架的至少两个里程轮进行独立收缩实现保持惯性测量单元的几何中心与所述电子仓的中轴线一致；

通过设置在所述滑杆的两端的动力牵引装置控制测量机器人在管道内来回运动。