基于圓形結(jié)構(gòu)光的水庫(kù)涵管檢測(cè)機(jī)器人避障技術(shù)及試驗(yàn)研究.pdf

1、水庫(kù)涵管作為上下游的輸水通道，對(duì)下游農(nóng)田灌溉起到非常重要的作用。水庫(kù)涵管一般位于大壩底部，埋藏較深，大型水庫(kù)涵管的口徑一般較大，檢測(cè)管道內(nèi)部情況時(shí)可人為觀察，但中小型水庫(kù)涵管一般口徑較小，直徑為500mm左右，人員無(wú)法進(jìn)入內(nèi)部檢測(cè)，只能憑經(jīng)驗(yàn)判斷，倘若遇到輸水情況異常，檢測(cè)人員往往束手無(wú)策。采用管道機(jī)器人檢測(cè)水庫(kù)涵管內(nèi)部將明顯提升檢測(cè)人員的搶險(xiǎn)實(shí)力，對(duì)進(jìn)一步降低下游安全隱患具有重大意義。
　　目前存在多種類(lèi)型的管道檢測(cè)機(jī)器人，都在

2、特定的管道檢測(cè)中扮演著重要的角色;但是這些管道機(jī)器人檢測(cè)對(duì)象主要是管道內(nèi)壁的異常，諸如管道裂縫這種細(xì)微異常，而這種異常對(duì)檢測(cè)機(jī)器人在管道內(nèi)部作業(yè)并無(wú)影響，因此檢測(cè)機(jī)器人在管道內(nèi)部無(wú)需進(jìn)行避障;而對(duì)于水庫(kù)涵管這種特殊型管道，其內(nèi)部存在多種異常類(lèi)型，不僅僅是管壁上的細(xì)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(cè)機(jī)器人在水庫(kù)涵管持續(xù)作業(yè);因此管道機(jī)器人不僅要檢測(cè)出管道內(nèi)部的障礙信息，還要進(jìn)行后續(xù)的避障動(dòng)

3、作，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)機(jī)器人在水庫(kù)涵管內(nèi)部可靠持續(xù)作業(yè)。
　　因此，本文水庫(kù)涵管檢測(cè)機(jī)器人避障技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)和研究;主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1)水庫(kù)涵管檢測(cè)機(jī)器人的視覺(jué)避障系統(tǒng)研究;研究介紹了檢測(cè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)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(jì)算障礙特征信息的三維坐標(biāo);對(duì)現(xiàn)有檢測(cè)機(jī)器人的避障策略進(jìn)行分析并構(gòu)建其避障運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。
　　2)對(duì)視覺(jué)避障系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定。對(duì)圓形結(jié)構(gòu)光標(biāo)定方法進(jìn)行研究，提出一

4、種簡(jiǎn)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(jī)標(biāo)定同步進(jìn)行，其中采用了RANSAC算法對(duì)橢圓形光條紋輪廓進(jìn)行擬合，獲取橢圓光條紋對(duì)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(diǎn)，利用上述方法求取該系列圖像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空間三維坐標(biāo);最后利用該系列三維點(diǎn)擬合結(jié)構(gòu)光曲面方程并做擬合誤差分析。
　　3)對(duì)水庫(kù)涵管內(nèi)部出現(xiàn)的障礙進(jìn)行圖像識(shí)別，分離出障礙的特征信息;獲取了代表障礙位置的特征點(diǎn)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(duì)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(duì)障礙的類(lèi)型做出了判別，包括阻擋物和凹坑。
　　4)設(shè)計(jì)檢測(cè)機(jī)器人視覺(jué)避障的控制系統(tǒng)，編寫(xiě)上位PC機(jī)監(jiān)控程序、下位單片機(jī)控制程序以及制定它們之間通訊協(xié)議。
　　5)進(jìn)行檢測(cè)機(jī)器人視覺(jué)避障的試驗(yàn)研究，對(duì)內(nèi)壁凹坑及壁上阻擋物分別進(jìn)行避障試驗(yàn)，獲取相關(guān)的避障所需數(shù)據(jù)，對(duì)比其試驗(yàn)值和實(shí)際值，分析識(shí)別障礙的尺寸邊界條件:障礙周向?qū)挾却笥?3mm、障礙徑向厚