基于机器视觉的小型管道机器人研究

摘要

近年来，随着国家工农产业的飞速发展，管道作为水、石油、天然气等资源的重要运输方式，其需求量逐年提高。但由于管道通常长年处于恶劣的工作环境下，受地质灾害、化学腐蚀等外在因素的影响，会发生管道内部损坏、管道泄漏甚至导致爆炸等严重危险事故，给人们生活带来严重隐患。为了保证管道运输在安全可靠的前提下给人们生产生活带来便利，世界各国都制定了严格的法律法规，强制企业实施管道检测。因此管道检测机器人应运而生，它能代替检测人员进入管道内部检测，保证人员安全且提高检测效率。
　　本文自主设计研发了一套具有远程监控功能的螺旋驱动式管道检测机器人。首先，在行走机构设计上，通过对比当前主流管道机器人行走方式的优缺点，结合被检测管道的实际情况，设计了带有弹簧压壁装置的螺旋轮式行走机构，测试结果表明该机构能实现在各种角度下的管道内稳定行走；在底层硬件系统设计上，根据管道机器人的技术需求，设计以PIC单片机为控制核心，辅以霍尔测速、超声波测距、倾角测量等传感器，并在前端带载CCD网络摄像头，实现对管道内部环境以及机器人自身状态的检测。
　　其次，以Visual Studio2010作为开发环境，以C＃作为主要编程语言，结合底层硬件系统，设计监控中心的上位机软件系统，该系统通过Wifi无线的方式与管道机器人进行通讯，能够实现远程控制管道机器人的运动、实时显示管道内状态信息、显示管道内部环境图像并对其进行处理等功能；作为管道机器人检测工作后的延伸，设计以ROS机器人操作系统为平台，以C++为编程语言的六轴机械臂控制系统。
　　最后，根据实际管道内部缺陷图像特点，设计针对管内腐蚀图像的处理算法，由于摄像头成像的特点对采集的管道图像进行柱面展开处理，为了防止设备通道对图像造成影响采用LAB彩色空间，对图像进行分割处理采用分块+Otsu+K-means算法的形式，研究表明该算法在处理管道缺陷图像时达到的分割质量较其他算法更好，运算速度更快。

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第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 管道机器人的国内外研究现状

1.3 基于机器视觉的管道机器人发展趋势

1.4 论文的主要研究内容

第二章 基于视觉的管道机器人研究分析

2.1 引言

2.2 管道机器人相关原理与技术

2.3 基于视觉的管道机器人技术方案

2.4 本章小结

第三章 基于视觉的管道机器人实时运动控制系统

3.1 引言

3.2 管道机器人本体结构

3.3 管道机器人运动控制系统

3.4 本章小结

第四章 基于视觉的管道机器人数据采集与存储系统

4.1 引言

4.2 基于视觉的管道机器人软件平台

4.3 管道机器人数据采集与存储系统

4.4 本章小结

第五章 管道机器人的视觉伺服控制系统

5.1 引言

5.2 管道机器人的视觉伺服控制系统方案

5.3 管道机器人的视觉系统

5.4 基于ROS的机械臂控制

5.5 本章小结

第六章 对于管道内部缺陷的图像处理算法

6.1 引言

6.2 管道内部缺陷图像处理算法仿真平台

6.3 针对管道内部图像的处理算法设计

6.4 基于Matlab的仿真结果分析

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢