X射线检测实时成像管道机器人视觉伺服控制技术研究

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1、哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要近年来，在管道工程中，管内移动机器人己开始进入实际应用阶段，有效地改善了工艺质量、提高了工作效率。但是，目前管内移动机器人自主性仍然不佳，主要表现在定位方式多采用丫射线的方式;而自主定位正是实现管内移动机器人控制的关键所在。本论文结合国家“836”计划512主题“管内移动机器人产业化开发”项目，针对管内移动机器人的自主定位问题、管外作业机器人视觉同步控制问题进行了深入的研究。本课题中的管道机器人由两部分组成(管内移动机器人和管外作业机器人)，两部分协调工作，完成对焊缝的X射线实时成像检测。针对两部分协调工作，本文提出了管内、外机器人的视觉同步控制方案，以及低频

2、电磁波通讯方案，解决了管道对传统通讯设备的屏蔽问题。在此基础上分别提出了管内、管外的控制系统设计方案。本文分析了焊缝图像的特征，针对管道内外视觉方式的差异，提出了灰度直接焊缝识别和边缘灰度焊缝识别两种焊缝特征识别方法;采用简化的Prewitt算子对图像进行边缘提取处理，该算法简单，图像处理速度快。对于管内移动机器人，提出了图像边缘特征识别方法、低频电磁波定位和计程轮定位三种定位方法以及基于这三种定位数据的信息融合，实现管内移动机器人的准确定位;既保证了定位的精度又提高了机器人的工作效率和行进速度。对于管外作业机器人伺服控制提出了基于铅丝特征的视觉位置反馈方案。由于管内移动机器人系统数学模型

3、难于建立，本文提出了针对位置给定与图像目标给定的视觉伺服控制方案，采用模糊控制的方法实现。在实际工作中，以上述理论为指导，完成了实物制造和软件编制。实践表明，采用多传感器数据融合的方法能有效的识别管内移动机器人的目标位置;利用模糊控制的方法能满足管道机器人视觉伺服控制的要求。本文提出的简化Prewitt边缘检测算法，焊缝、标识铅丝特征识别算法具有一定的理论意义;管道机器人可用于西部大开发管道工程中，具有重要的现实意义。关键词管道机器人;同步控制:视觉伺服;图像处理:模糊控制哈尔滨工业大学硕上学位论文AbstractInrecentyears,pipelinerobothasbeenprac

4、ticallyappliedinfieldssuchasflaw-detecting,antisepsisandpaintinginordertopromotetheworkingefficencyandquality.However,theautonomouscontrolabilityofpipelinerobotsisstillpoor,whichismainlyrepresentedintheuseofY-raythatcouldbeharmfultooperator'shealthandcausepanic,anditisalsothekeytechnologyofpipelin

5、erobot.Combinedwiththe"Industrialdevelopmentofrobotmovinginpipeline"projectundertheNationalProject863IntelligentRobotSubject,thispaperputsforwardavisualservocontrolschemeaimedattheautonomouslocatingofpipelinerobotinpipeline.Thepipelinerobotiscomposedoftwoparts(outwardpartandinwardpart);onepartwork

6、sinpipelineandtheotherworksoutofpipeline.Inordertomakethetwopartsworkharmoniously,thispaperpresentsasynchronicmethodbasedonvision.Aspipelinecanshieldnormalelectromagneticwave,weutilizethelowfrequencyelectromagneticwaveascommunicationmedia,whichcanpenetratethickiron-pipeline.Thispaperpresentsthecon

7、trolprojectbasedonvision.Afteranalyzingthecharacterofweldingimage,thispaperreferssomecharacteridentificationmethodandthemethodcanprocesstheimagequicklyandeficiently.Fortheinnerpipelinerobot,anedgedetectionmethodi