[发明专利]隔水管自动对接位姿检测与控制方法

说明书

本发明涉及一种隔水管自动对接检测和控制的方法，主要包括隔水管自动对位检测过程中基于广义霍夫变换算法的位姿检测方法、隔水管封堵装置自动对位控制方法以及临界点模糊自适应控制方法。该方法主要用于隔水管自动对接的检测与控制，具有适应力强、精度高、抗干扰力强、全自动对接、结构简单、响应快速等优点，属于对位检测与自动控制领域。

技术领域

本发明涉及一种隔水管自动对位检测过程中位姿检测方法与控制方法，包括基于广义霍夫变换的隔水管检测方法、隔水管封堵装置自动对位控制过程中的对位控制方法以及临界点模糊自适应控制方法，对隔水管的对接过程进行检测和控制，属于对位检测与自动控制领域。

背景技术

近年来，开发海洋能源是我国的发展战略重点，而海洋石油开采相对于陆地石油开采的特殊性，增加了其难度、风险和成本。海洋油气开发的核心装置隔水管的精准自动对接则是能否成功开采能源的关键技术保障。

隔水管是连接海底井口与钻井船或钻井平台之间的导管，是钻采作业时循环泥浆的安全通道。其主要功能是隔开海水，提供海底防喷器与海上平台之间钻井液往返的通道，同时还兼具支持辅助管线、引导钻具、下放与撤回井口防喷器组等重要功能。

目前，国内外常用对位检测方法大部分采用手动或半自动方式（利用激光测距、红外线等位移传感器作为辅助）实现。然而，隔水管端面具有复杂背景、大尺寸、非均布多圆等特殊性，以上方式在对接过程中不仅精度较低，还需要人工干预，耗时耗力，尤其是在空间自由度较多的情况下，效率很低，无法实现全自动作业。

隔水管水平吊装放置在试压台架上，其两端法兰的空间姿态难以精确控制，一旦注水端与隔水管法兰间的相对空间位姿存在较大差异，那么在注水端装配过程中将造成轴向对接插入困难，若强行对接插入又将造成隔水管法兰密封组件的损伤。因而，需要为试压装置的注水端和试压端设计空间6自由度自动对位检测和控制系统，为封堵装配的全过程提供自动对位功能。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的手动或半自动方式对位检测和控制的精度低，耗时耗力，效率低等问题，而设计实现的一种隔水管自动对接位姿检测与控制方法，涉及基于广义霍夫变换的隔水管位姿检测方法、隔水管对位位姿控制方法与临界点模糊自适应控制方法。针对隔水管自动对接过程中隔水管、注水端装置两者相对位姿的检测，本发明提出了隔水管空间姿态检测三维、二维分步对中的检测策略与控制方法，以此实现隔水管多管端面6自由度刚体的空间位姿检测与控制。

针对如图1所示隔水管检验检测装置，本发明提出的方法首先引入数字倾角测试技术，在隔水管法兰和封堵上各安装一个三维数字倾角传感器，利用倾角传感器分别获取隔水管与注水端的三维信息，实现三维角度检测，进而控制注水端，使隔水管法兰端面与注水端端面相对平行。其次在两端面平行对位之后，利用二维广义霍夫变换技术，获取两端面的各管中心轴之间的位姿偏差，即实现位姿对位检测，进而实现空间6自由度的对位检测，并实现初始对位。最后本方法为保证隔水管对位检测闭环控制，提出临界点模糊自适应控制方法，检验是否对位成功，进行临界点模糊自适应控制，对隔水管法兰端面与注水端端面临界点进行控制保证对位成功。

隔水管自动对接位姿检测与控制方法，包括如下步骤：（1）前期数据校正。针对本发明所使用的隔水管自动对位检测设备，首先将两个倾角传感器放在同一水平面上进行初始化角度校正，保证两个倾角传感器的参考平面相同。其次获得模板图片，模板图片为在隔水管与注水端对齐的情况下，获得的隔水管法兰端面图片。

（2）平面平行检测。将校正过的倾角传感器分别安装在隔水管和注水端进行两端面的平行度检测和调节，利用隔水管法兰和注水端上的数字倾角传感器获得的相对角度从而获得两端面夹角，隔水管在执行机构的带动下，先通过绕x、y、z轴旋转达到轴线平行，即消除两端面之间的平面法向量角度误差，率先完成两平面的平行对位，使隔水管自动对位过程中的三维空间姿态检测变换为二维平面上各管位对中问题。