[發明專利]一種用于管道檢測的SLAM系統及方法

在審

• 申請號: 202010579174.3
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111692456A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 李柏松;于佳瑋
• 申請（專利權）人: 李柏松;于佳瑋
• 主分類號: F16L55/28
• 分類號: F16L55/28;F16L55/48;F16L101/30
• 代理公司: 徐州市三聯專利事務所 32220
• 代理人: 陳鵬

本發明公開一種用于管道檢測的SLAM系統，包括管道機器人、控制器，管道機器人在管道內運動，還包括前視激光雷達、管徑測量裝置和里程輪，前視激光雷達、管徑測量裝置和里程輪分別與控制器連接；前視激光雷達，用于檢測管道內前方未知管段的信息，并將檢測信息傳輸給控制器建立基本模型；管徑測量裝置，用于測量管道機器人當前位置的管徑信息，并將測量的管徑信息傳輸給控制器，控制器對基本模型優化調整形成信任模型；里程輪，用于測量管道機器人沿管道中軸線行進的路程信息，并將測量的路程信息傳輸給控制器，控制器結合路程信息和信任模型，計算出此時管道機器人的位姿。本發明能幫助定位長途油氣管道的缺陷，對被檢測管道測繪建模。

技術領域

本發明涉及一種用于管道檢測的SLAM系統及方法，屬于管道檢測領域。

背景技術

管道作為一種用于輸送氣體、液體或帶固體顆粒流體的裝置，在石油、化工等行業應用十分廣泛。但管道經過長期的使用，容易存在化學腐蝕、機械破損和管道老化等問題。由于管道通常埋設在地下而且布置復雜，往往是人們不易或不能直接接觸的，因此在管道內進行檢測與維修非常困難。針對上述情況，開發出了管道機器人替代工人進入管道中進行檢測與維修的工作。

在管道機器人的使用過程中，由于管道電磁屏蔽特性和無標識特征等問題，所以機器人定位和建模存在困難。

目前在長途油氣管道領域中，如中國專利一種管道檢測機器人及其多傳感器融合檢測方法(公布號為CN110159869A)，使用了一種由陀螺儀結合里程輪的定位方式，然后采集到管徑信息進行建模；在地下管道領域，使用的方案部分依靠GPS定位，如中國專利一種地下管道智能檢測機器人及智能檢測方法(公布號為CN110174136A)，具體涉及一種利用北斗GNSS衛星定位、慣性導航與環境感知傳感器集成的一體化管道智能檢測機器人及智能檢測方法。

但其存在如下缺陷，長途油氣管道常采用金屬材質，會大幅隔絕電磁信號，導致GNSS無法工作；另外，長途管道中建模的最主要難度在于其轉彎是極其細微的(以直徑1219mm的管道為例，其最大曲率半徑為1/50m^^-1)，故現有的用于掃描周邊環境的機載激光雷達采集到的信息很難精確判斷管道走向，所以對管道走向的預測工作和對自身位姿的計算都只能由慣性導航系統(陀螺儀)來完成，導航系統由于本身特性帶來的偏移產生的誤差會嚴重影響本來就微小的測量值，且在長途油氣管道中長時間工作，慣性導航系統的誤差會持續疊加。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種用于管道檢測的SLAM系統及方法，用于幫助管道檢測機器人定位長途油氣管道的缺陷，并對被檢測管道測繪建模。

為了實現上述目的，本發明采用的一種用于管道檢測的SLAM系統，包括管道機器人、控制器，所述管道機器人在管道內運動，還包括分別安裝在管道機器人上的前視激光雷達、管徑測量裝置和里程輪，所述前視激光雷達、管徑測量裝置和里程輪分別與控制器連接；

所述前視激光雷達，用于檢測管道內前方未知管段的信息，并將檢測信息傳輸給控制器建立基本模型；

所述管徑測量裝置，用于測量管道機器人當前位置的管徑信息，并將測量的管徑信息傳輸給控制器，控制器對基本模型優化調整形成信任模型；

所述里程輪，用于測量管道機器人沿管道中軸線行進的路程信息，并將測量的路程信息傳輸給控制器，控制器結合路程信息和信任模型，計算出此時管道機器人的位姿。

作為改進，所述前視激光雷達以機身中軸線為旋轉軸，并始終與之成一定角度進行旋轉。

作為改進，所述管徑測量裝置采用位移傳感器，或采用激光測距儀，或管徑測量裝置包括前后兩套輪組，每套輪組包括若干組呈圓周陣列的位移傳感器。

作為改進，還包括安裝在管道內或管道外的若干定位標識。