[发明专利]一种用于管道检测的SLAM系统及方法

说明书

本发明公开一种用于管道检测的SLAM系统，包括管道机器人、控制器，管道机器人在管道内运动，还包括前视激光雷达、管径测量装置和里程轮，前视激光雷达、管径测量装置和里程轮分别与控制器连接；前视激光雷达，用于检测管道内前方未知管段的信息，并将检测信息传输给控制器建立基本模型；管径测量装置，用于测量管道机器人当前位置的管径信息，并将测量的管径信息传输给控制器，控制器对基本模型优化调整形成信任模型；里程轮，用于测量管道机器人沿管道中轴线行进的路程信息，并将测量的路程信息传输给控制器，控制器结合路程信息和信任模型，计算出此时管道机器人的位姿。本发明能帮助定位长途油气管道的缺陷，对被检测管道测绘建模。

技术领域

本发明涉及一种用于管道检测的SLAM系统及方法，属于管道检测领域。

背景技术

管道作为一种用于输送气体、液体或带固体颗粒流体的装置，在石油、化工等行业应用十分广泛。但管道经过长期的使用，容易存在化学腐蚀、机械破损和管道老化等问题。由于管道通常埋设在地下而且布置复杂，往往是人们不易或不能直接接触的，因此在管道内进行检测与维修非常困难。针对上述情况，开发出了管道机器人替代工人进入管道中进行检测与维修的工作。

在管道机器人的使用过程中，由于管道电磁屏蔽特性和无标识特征等问题，所以机器人定位和建模存在困难。

目前在长途油气管道领域中，如中国专利一种管道检测机器人及其多传感器融合检测方法(公布号为CN110159869A)，使用了一种由陀螺仪结合里程轮的定位方式，然后采集到管径信息进行建模；在地下管道领域，使用的方案部分依靠GPS定位，如中国专利一种地下管道智能检测机器人及智能检测方法(公布号为CN110174136A)，具体涉及一种利用北斗GNSS卫星定位、惯性导航与环境感知传感器集成的一体化管道智能检测机器人及智能检测方法。

但其存在如下缺陷，长途油气管道常采用金属材质，会大幅隔绝电磁信号，导致GNSS无法工作；另外，长途管道中建模的最主要难度在于其转弯是极其细微的(以直径1219mm的管道为例，其最大曲率半径为1/50m^^-1)，故现有的用于扫描周边环境的机载激光雷达采集到的信息很难精确判断管道走向，所以对管道走向的预测工作和对自身位姿的计算都只能由惯性导航系统(陀螺仪)来完成，导航系统由于本身特性带来的偏移产生的误差会严重影响本来就微小的测量值，且在长途油气管道中长时间工作，惯性导航系统的误差会持续叠加。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于管道检测的SLAM系统及方法，用于帮助管道检测机器人定位长途油气管道的缺陷，并对被检测管道测绘建模。

为了实现上述目的，本发明采用的一种用于管道检测的SLAM系统，包括管道机器人、控制器，所述管道机器人在管道内运动，还包括分别安装在管道机器人上的前视激光雷达、管径测量装置和里程轮，所述前视激光雷达、管径测量装置和里程轮分别与控制器连接；

所述前视激光雷达，用于检测管道内前方未知管段的信息，并将检测信息传输给控制器建立基本模型；

所述管径测量装置，用于测量管道机器人当前位置的管径信息，并将测量的管径信息传输给控制器，控制器对基本模型优化调整形成信任模型；

所述里程轮，用于测量管道机器人沿管道中轴线行进的路程信息，并将测量的路程信息传输给控制器，控制器结合路程信息和信任模型，计算出此时管道机器人的位姿。

作为改进，所述前视激光雷达以机身中轴线为旋转轴，并始终与之成一定角度进行旋转。

作为改进，所述管径测量装置采用位移传感器，或采用激光测距仪，或管径测量装置包括前后两套轮组，每套轮组包括若干组呈圆周阵列的位移传感器。

作为改进，还包括安装在管道内或管道外的若干定位标识。