[發明專利]一種管道位姿測量裝置及方法

有效

• 申請號: 202210182068.0
• 申請日: 2022-02-25
• 公開（公告）號: CN114459353B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 侯宇瀚;葉文達;朱海飛;葉鵬程;陳洪佳;管貽生
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 牛念

本發明公開一種管道位姿測量裝置及方法。裝置包括導向動力組件、三個變徑支架組件、周向旋轉組件、檢測組件和控制器。方法是：激光位移傳感器在周向旋轉組件的帶動下周向旋轉任意角度后，在管道內壁投射若干激光點，在算法中對這些激光點進行坐標轉換和橢圓擬合，以此確定橢圓的軸線向量，最后在控制器計算出兩管道軸線的相對位姿關系，以實現對大型管道的位姿估計。與傳統機械檢測相比，本發明提高了測量精度，實現了非接觸式自動化操作，結構緊湊，實用性強。

技術領域

本發明涉及視覺傳感測量技術領域，特別是涉及一種管道位姿測量裝置及方法。

背景技術

在管道應用領域中實現管道間精密對接十分困難。對于不同直徑的大型管道，在安裝時，測量其位姿尤為重要。但在管道的安裝場景中，由于惡劣的工作環境和龐大的工作量以及安裝精度的要求，采用人工對接管道的精度不是十分理想。在人工智能技術快速發展的今天，也有采用管道機器人來對管道進行精密對接的應用，但是出于對不同的管徑以及不理想的工作環境和應用成本的考慮，管道機器人也不適合普遍應用。因此，對于操作簡單以及自動化程度高的管道對接技術要求越來越迫切。

在管道位姿檢測方面，國內外研究者已經研究出了很多基于不同原理的檢測機構。但現有的檢測機構或多或少存在一些不足，比如體積較大或通用性不高，對于不同管徑的管道不能普遍適用等。對現有專利檢索發現，存在一種變徑直管道自適應機器人，包括控制導向組件、四個自適應調整支架組件、方腔組件、動力驅動組件和激光測距組件。該專利利用動力伺服電機和滾珠絲杠來進行動力傳遞，以此使支撐桿和定向輪做上下升降運動，采用激光測距儀來對管道的直徑進行實時監測來作為變徑依據。該專利的變徑支撐桿一側只用了兩個連桿交叉連接，這會使得在升降過程中運行不會十分平穩，并且該專利使用兩個定向輪來與管道接觸，沒有采取鎖死機構，容易打滑，同時其檢測管道的位姿精度差，無法實現精準檢測。

發明內容

本發明提供一種管道位姿測量裝置及方法，本發明可以適用于不同管徑，實現對管道的位姿進行檢測，同時能實現平穩變徑，以此來保證整個裝置在固定時有一個平穩的狀態來使檢測組件能夠更好的檢測管道之間的相對位姿。

本發明的技術方案如下：

一種管道位姿測量裝置，包括導向動力組件、變徑支架組件、周向旋轉組件、檢測組件和控制器；

三個所述變徑支架組件分布在所述導向動力組件的周側，且由所述導向動力組件驅動進行同步變徑，所述周向旋轉組件設于所述導向動力組件的端部，且與所述導向動力組件同軸設置，所述檢測組件設于所述周向旋轉組件上，由所述周向旋轉組件驅動進行周向旋轉；

所述導向動力組件、周向旋轉組件、檢測組件均與所述控制器電性連接。

進一步，所述導向動力組件包括電機、絲杠光軸、滾珠螺母、第一固定座、第二固定座、滑動件；

所述電機安裝在所述第一固定座上，所述電機的輸出軸與所述絲杠光軸的一端連接，所述絲杠光軸的另一端依次穿過所述第一固定座、滑動件和第二固定座的中心孔，所述滾珠螺母套接在所述絲杠光軸上，且設于所述第一固定座與所述滑動件之間，所述滾珠螺母的端面與所述滑動件固定連接。

在傳遞動力時，驅動電機，動力由電機經過聯軸器傳出到絲杠光軸，絲杠光軸的轉動帶動滾珠螺母沿著軸向移動，進而推動滑動件進行直線往復運動，使其在導桿上沿軸向移動傳遞動力，為變徑支架組件提供變徑的動力。本發明的導向動力組件結構緊湊，動力傳遞簡潔方便。

進一步，所述變徑支架組件包括折疊連桿機構和貼合板；

所述折疊連桿機構由主連桿組和副連桿組交叉聯接形成，所述貼合板的底部滑動連接有滑塊，所述折疊連桿機構的主連桿組的一端與所述滑塊鉸接，另一端均與所述滑動件的邊沿鉸接，所述折疊連桿機構的副連桿組的一端與所述貼合板的底部鉸接，另一端與所述第二固定座的邊沿鉸接。