基于ASODVS的全景相机运动估计及管网3D重构技术

针对地下管网的空间三维测量、三维形貌重构难等问题,提出了一种基于主动式全方位视觉传感器(ASODVS)的相机运动估计及管网3D重构解决方案。通过携带有ASODVS的管道机器人进入管道内部,实时获取管道内壁纹理全景图像和全景激光扫描图像;首先对全景激光扫描图像处理解析出投射在管道内壁上的激光中心点,通过计算得到管道横截面的点云数据;另一方面,对全景纹理图像进行处理,首先利用快速鲁棒性特征(SURF)算法快速提取特征点并进行匹配,然后采用随机抽样一致性(RANSAC)算法去除误匹配点,接着利用全景相机的极几何原理估计相机运动位姿,并利用光束法平差(BA)进行优化,最后利用相机运动位姿将相机坐标系下的点云坐标实时转换到世界坐标系下,完成对地下管网的三维重构。实验结果表明,所提出的方案能够精确估计相机运动位姿,实时对管道内部进行三维重构,实现了管道检测机器人边行走、边采集数据、边检测分析处理、边三维建模的设计目标。     

基于主动式全景视觉的管道内部缺陷检测方法

针对管道内表面检测空间受限的约束以及同时需要检测管道内壁功能性缺陷和结构性缺陷等需求,基于主动式全景视觉检测原理提出了一种既能视觉检测管道横截面几何尺寸又能获取和分析管道内壁表面缺陷的管道内部全方位视觉检测方法。利用携带有主动式全景视觉传感器的爬行机器人进入管道内部,分别实时获取内壁全景图像及激光横断面扫描全景图像。本文重点介绍基于管道内壁全景图像的缺陷检测方法,对管道内壁全景图像进行展开、预处理并提取管道病害区域的几何特征,最后判定缺陷类别及危害程度。经本文方法获取的缺陷几何特征实验数据验证,管道内表面存在的较为普遍的裂缝、腐蚀缺陷几何特征差异明显：腐蚀缺陷的圆形度较大,而裂缝缺陷的圆形度趋于0;腐蚀缺陷的凸度普遍大于裂缝缺陷;裂缝缺陷由于弯曲程度不同其边界离心率变化率大,而腐蚀缺陷的边界离心率趋于1。实验结果表明：该系统能够有效提取疑似缺陷区域并计算各几何特征,可通过合适的阈值判定其所属类别,为管道内表面缺陷检测提供了一种新的手段。     

基于主动式全景视觉传感器的管道内部缺陷检测方法

针对管道内表面检测空间受限的约束以及同时需要检测管道内壁功能性缺陷和结构性缺陷等需求,基于主动式全景视觉检测原理提出了一种既能视觉检测管道横截面几何尺寸又能获取和分析管道内壁表面缺陷的管道内部全方位视觉检测方法。利用携带有主动式全景视觉传感器的爬行机器人进入管道内部,分别实时获取内壁全景图像及激光横断面扫描全景图像。本文重点介绍基于管道内壁全景图像的缺陷检测方法,对管道内壁全景图像进行展开、预处理并提取管道病害区域的几何特征,最后判定缺陷类别及危害程度。经本文方法获取的缺陷几何特征实验数据验证,管道内表面存在的较为普遍的裂缝、腐蚀缺陷几何特征差异明显:腐蚀缺陷的圆形度较大,而裂缝缺陷的圆形度趋于0;腐蚀缺陷的凸度普遍大于裂缝缺陷;裂缝缺陷由于弯曲程度不同其边界离心率变化率大,而腐蚀缺陷的边界离心率趋于1。实验结果表明:该系统能够有效提取疑似缺陷区域并计算各几何特征,可通过合适的阈值判定其所属类别,为管道内表面缺陷检测提供了一种新的手段。     

立体全方位视觉传感器的设计

折反射双曲面型的全方位视觉传感器(ODVS)是一种快速、可靠、具有固定单视点成像特点的全景视觉信息采集设备。本文利用两个相同参数的具有固定单视点的ODVS在同一轴心线面对面的进行合成,设计了一种双目全景立体测量装置。利用两个ODVS的固定单一视点在同一轴心线上设计的特点,简化了成像单元的标定、极线的配准以及特征点匹配等烦琐的步骤。实验结果表明,本文设计的立体全方位视觉传感器能有效解决极线约束难题、快速实现立体图像的特征点匹配、降低立体测量的复杂度。     

无死角的全方位视觉传感器的设计

在对全景实时处理要求下,全方位视觉传感器(ODVS)是一种快速、可靠的视觉信息采集途径,为了克服目前ODVS技术还存在着死角的问题,探讨了一种具有平均角分辨率的ODVS的二次折反射的成像原理,根据该成像原理设计了这种新型的ODVS的结构和折反射镜面,利用4阶Runge-Kutta算法求得了镜面曲面的数字解,然后根据组合镜头的设计方法将ODVS与广角镜头集成在一起来获取原ODVS技术所存在的死角视频图像.实验结果表明,本研究所设计的ODVS能实现真正意义上的全方位监控,在全方位视频智能监控、动态图像理解、计算机视觉等领域具有重要的应用价值.     

一种新型的小型无线主动式全景视觉传感器设计

针对小口径火炮炮膛内表面全景图像获取难、内膛疵病种类多、定性定量分析难和检测自动化程度低等问题,本文提出了一种基于主动式全景视觉的各种口径火炮身管疵病检测方法。首先,设计了一种便于获取各种口径火炮炮膛形貌全景图像的主动式全景视觉传感器,通过对心装置将其与伸缩推杆连接成一体,便于在检测时主动式全景视觉传感器沿火炮炮膛轴线移动采集内膛全景图像;其次,通过P2P点对点通信技术将主动式全景视觉传感器获取的全景图像传输给检测系统。实验结果表明:基于主动式全景视觉传感器的视觉检测系统能够适合不同孔径的火炮身管,实现了小型化、无线化和轻量化的设计,为实现火炮身管疵病检测的"采集-识别-判定"全过程的自动运行奠定了坚实基础。     

基于ASODVS的火炮身管损伤检测系统

针对火炮身管内膛疵病种类多、定性定量分析难和检测自动化程度低等问题,提出了一种基于ASODVS的火炮身管损伤视觉检测方法,既能视觉检测身管横截面几何尺寸又能获取和分析身管内壁表面缺陷,还能对身管内表面三维测量和重构。首先,通过高斯曲线法提取激光扫描全景图像中的激光中心点,并采用贝塞尔曲线对提取的激光中心点进行平滑处理;接着,根据ASODVS的标定结果解析出全景图像上身管内壁全景激光投射点的三维点云数据;进一步,根据定性分析中识别出来的疵病采用四连通域法标记损伤,进而求解该损伤部分的面积和深度,然后采用椭圆拟合法测量身管形变;最后用3D重构技术将定性定量分析结果进行融合,重构出火炮身管真实状态,实现身管窥膛"采集-识别-判定-重构"全过程的定性定量自动视觉检测。实验结果表明:基于ASODVS的火炮身管损伤检测系统能够快速检测出各种火炮疵病,并能精确解析出疵病所处的空间位置、大小及深度等重要信息,测量误差基本满足国标规定要求,为火炮身管修复及寿命预估等奠定了坚实的基础。     

基于WLAN的螺旋式管道检测机器人远程测控系统

针对管道内部缺陷检测困难的问题,以Φ100～Φ120 mm管道为对象、电感传感器和视觉传感器为管内涂层缺陷检测传感器,基于主从控制方式设计了前后驱动的螺旋式管道检测机器人。针对机器人远程操控和数据传送的问题,提出了基于无线网桥和WLAN的远程通信方案和通信协议,采用C/S架构设计了机器人的远程测控系统,并在样机上进行功能试验。结果表明基于WLAN的方案可实现管道检测机器人的远程测控功能,采用视觉和电感传感器可有效检测涂层缺陷,涂层厚度检测偏差小于±3.2%,符合普通防腐等级偏差小于±5%的要求。该研究为管道机器人的远程防腐检测提供一种新方法。     

基于机器视觉的汽车轮胎磨损检测系统设计CSCD

针对当前采用人工检测方法普遍存在效率低、容易出现误判、检测不方便等问题,提出一种基于机器视觉与图像处理相结合的轮胎纹理深度检测方法,设计了相应的检测系统。通过工业相机和激光器相配合获取汽车轮胎纹理图像,利用图像处理和误差补偿对图像进行处理获取轮胎纹理深度数据。通过实验验证了所提出的方法的可行性,为行驶中检测打下基础。     

磁电复合多功能传感器的设计

传感器是管道内检测器的重要组成部分,文中设计一种新型适用于油气管道无损检测的磁电复合多功能传感器。介绍了该复合传感器的工作原理、结构及特点,结合漏磁传感器对管壁体积型缺陷敏感和高频涡流传感器对管壁近表面缺陷敏感的优势,可以实现对管道的内外壁缺陷进行辨别和评估。实验结果表明该新型复合传感器在管道缺陷检测过程中既能检测缺陷又能辨别内外壁缺陷,特别是对近表面裂纹缺陷有潜在检出可能。     

三轮全向足球机器人结构设计与系统模型研究

讨论了RoboCup中型组足球比赛中，全向机器人的结构设计及其控制方法，以所设计的三轮驱动的全向机器人为例，对系统进行了运动学以及动力学的分析与建模，最后对系统运动性能进行了分析探讨。     

全方位F180足球机器人的运动学分析

在F180（小型）足球机器人车体的两前轮之间安装控球机构等装置会对全方位轮的布局造成一定的影响，从而影响车体的运动性能。文章建立了三轮和四轮全方位小型足球机器人的主动轮速度和从动滚子速度随两前轮夹角变化的运动学模型，分析了车体沿任意方向直线运动时夹角的变化对车体运动性能的影响，对车体机构的设计有很好的指导意义。     

环管道运动机器人扫查器行走机构控制系统设计

油气输送管道由于其工作环境的特殊性,其管道对接环焊缝不可避免地存在缺陷.全自动超声检测(AUT)是应用最为广泛的检测方法.为保证管道环焊缝缺陷检测的可靠性并提高检测效率,设计了全自动超声检测环管道运动机器人对其进行监测.扫查器行走机构是环管道运动机器人的核心部分.在介绍总体设计方案的基础上,对环管道运动机器人行走机构的运动控制系统进行叙述.工程样机经试验证明各项数据均符合工程要求.     

基于Omni轮的全向移动机构的设计

为了实现在有限空间内进行任意方向运动,采用Omni轮的结构,设计了一种四轮全向移动机器人。选用F2812作为控制芯片,运用四轮全向控制的方法,得到所需的机器人的速度与轨迹,进行软硬件的设计,搭建了全向移动机器人,在实验中取得了良好的效果,满足对于机器人的控制要求,为轨迹跟踪控制的研究打下良好基础。     

In-pipe inspection robot with active pipe-diameter adaptability and automatic tractive force adjusting

An in-pipe robot with active pipe-diameter adaptability and automatic tractive force adjusting is developed for long-distance inspection of main gas pipelines with different diameter series. Its physical design employs the scheme that three sets of parallelogram wheeled leg mechanism are circumferentially spaced out 120° apart symmetrically. This structural design makes it possible to realize the adaptation to pipe diameter and tractive force adjusting together. On the basis of analyzing the mechanical actions of the adaptation to pipe diameter and tractive force adjusting, the related mechanical models are established, and their control system structure and control strategy are discussed. To verify the pipe-diameter adaptability and tractive force adjusting of the robot, related field experiments are implemented in actual underground gas pipeline. The experimental results show that the theoretical analysis in this paper is valid and the prototype of this robot can work well in actual underground gas pipelines. Compared with other similar robots, this robot, which employs active mode for its adaptability to pipe diameter, can be adaptable to the wide range of gas pipeline diameters from 400 mm to 650 mm and automatically provide a stable and reliable tractive force with strong capacity of tractive force adjusting. As a mobile carrier for visual inspection and nondestructive testing to monitor block, corrosion, crack, defect, and wall thickness of main gas pipelines, its inspection range of one-time job in pipelines is extended beyond 1000 m.     

国外油气管道缺陷评估方法评介

油气管道在服役过程中,难免由于安装不当、地质环境变化、有害介质腐蚀和海水冲蚀等产生各种损伤和缺陷,正确评价这些缺陷对管道强度、寿命和安全性的影响对保障油气管道的安全运行,避免经济损失和保护生态环境具有重要的意义.详细介绍了国外油气管道焊接、腐蚀、机械损伤等缺陷评估的主要方法,评述了这些方法的适用条件和评价流程.     

管道机器人适应不同管径的三种调节机构的比较

为了使管道机器人能够适应管径为400～650mm的管道,介绍了3种适应不同管径的常用调节机构.分析了每种调节机构的力学特性,给出了计算结果,比较研究了各种调节机构的优缺点.针对工程需要,选用了滚珠丝杠螺母副调节机构,滚珠丝杠上的筒式压力传感器保证驱动轮和管道内壁间的压力始终处于稳定的范围,使管道机器人具有充裕并且稳定的牵引力,牵引力的实验表明该调节机构具有1404N的牵引力输出.该调节机构能很好地适应管径为400～650mm的管道.     

基于小波多尺度分解的竹条缺陷检测算法

在竹条缺陷的图像检测过程中,针对缺陷种类多,尺寸和形状变化大且竹纹理干扰大,提出一种竹条缺陷检测算法。首先设计了竹条边界检测算法,以判断竹条的三角条缺陷;其次对竹条图像的小波分解子图像进行32灰度级量化处理,经过分析图像共生矩阵的逆差矩差分值来获取最佳的小波分解层,实现了对竹纹理的滤除;最后结合Otsu自动阈值检测方法,完成了竹条常见的6种缺陷的检测。经过实验,该算法准确稳定,能有效滤除竹纹理的干扰,竹条缺陷检测效果较好。     

小型螺旋轮式管道机器人设计

针对管道内径为Ф100mm的微小型管道检测机器人研究,提出了基于螺旋推进原理的微小型管道机器人的解决方案。新型的旋转体和保持体结构的设计,使此管道机器人具有较大的牵引力和移动速度。机器人采用节段式设计,使得其在体积微小的同时,具有强大的功能扩展性。本文介绍了螺旋推进管道机器人的组成及工作原理,对机器人的机械结构进行了设计,并且分析了其在弯管内的几何与运动约束条件。