基于圓形結(jié)構(gòu)光的水庫涵管檢測機器人避障技術(shù)及試驗研究.pdf

1、水庫涵管作為上下游的輸水通道，對下游農(nóng)田灌溉起到非常重要的作用。水庫涵管一般位于大壩底部，埋藏較深，大型水庫涵管的口徑一般較大，檢測管道內(nèi)部情況時可人為觀察，但中小型水庫涵管一般口徑較小，直徑為500mm左右，人員無法進入內(nèi)部檢測，只能憑經(jīng)驗判斷，倘若遇到輸水情況異常，檢測人員往往束手無策。采用管道機器人檢測水庫涵管內(nèi)部將明顯提升檢測人員的搶險實力，對進一步降低下游安全隱患具有重大意義。
　　目前存在多種類型的管道檢測機器人，都在

2、特定的管道檢測中扮演著重要的角色;但是這些管道機器人檢測對象主要是管道內(nèi)壁的異常，諸如管道裂縫這種細微異常，而這種異常對檢測機器人在管道內(nèi)部作業(yè)并無影響，因此檢測機器人在管道內(nèi)部無需進行避障;而對于水庫涵管這種特殊型管道，其內(nèi)部存在多種異常類型，不僅僅是管壁上的細窄裂縫，還有管道內(nèi)部的障礙，主要體現(xiàn)在內(nèi)壁上大的凹坑以及壁上的阻擋物，這些都阻礙檢測機器人在水庫涵管持續(xù)作業(yè);因此管道機器人不僅要檢測出管道內(nèi)部的障礙信息，還要進行后續(xù)的避障動

3、作，實現(xiàn)檢測機器人在水庫涵管內(nèi)部可靠持續(xù)作業(yè)。
　　因此，本文水庫涵管檢測機器人避障技術(shù)進行試驗和研究;主要研究內(nèi)容如下:
　　1)水庫涵管檢測機器人的視覺避障系統(tǒng)研究;研究介紹了檢測機器人機械結(jié)構(gòu)并進行運動特性分析;障礙的二維特征信息提取，根據(jù)障礙特征信息二維坐標(biāo)計算障礙特征信息的三維坐標(biāo);對現(xiàn)有檢測機器人的避障策略進行分析并構(gòu)建其避障運動學(xué)模型。
　　2)對視覺避障系統(tǒng)進行標(biāo)定。對圓形結(jié)構(gòu)光標(biāo)定方法進行研究，提出一

4、種簡便的圓形結(jié)構(gòu)光標(biāo)定方法:圓形結(jié)構(gòu)光標(biāo)定與攝像機標(biāo)定同步進行，其中采用了RANSAC算法對橢圓形光條紋輪廓進行擬合，獲取橢圓光條紋對應(yīng)的橢圓方程，并根據(jù)該橢圓方程獲取橢圓上一系列角度等分圖像點，利用上述方法求取該系列圖像點對應(yīng)的空間三維坐標(biāo);最后利用該系列三維點擬合結(jié)構(gòu)光曲面方程并做擬合誤差分析。
　　3)對水庫涵管內(nèi)部出現(xiàn)的障礙進行圖像識別，分離出障礙的特征信息;獲取了代表障礙位置的特征點圖像坐標(biāo)，利用前面標(biāo)定好的圓結(jié)構(gòu)光曲面

5、方程得到圖像坐標(biāo)對應(yīng)在世界坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)，獲取障礙在管道內(nèi)部的位置信息，并且對障礙的類型做出了判別，包括阻擋物和凹坑。
　　4)設(shè)計檢測機器人視覺避障的控制系統(tǒng)，編寫上位PC機監(jiān)控程序、下位單片機控制程序以及制定它們之間通訊協(xié)議。
　　5)進行檢測機器人視覺避障的試驗研究，對內(nèi)壁凹坑及壁上阻擋物分別進行避障試驗，獲取相關(guān)的避障所需數(shù)據(jù)，對比其試驗值和實際值，分析識別障礙的尺寸邊界條件:障礙周向?qū)挾却笥?3mm、障礙徑向厚