1.一种使用机器人系统进行管道内壁缺陷检测的方法,所述机器人系统包括前端机器人平台和后端PC机平台,两者通信连接;
所述前端机器人平台包括摄像采集层、运动控制层、芯片控制层;所述摄像采集层包括通过云台布置的摄像头(1);所述运动控制层包括两侧运动履带(16)及动力装置;所述芯片控制层包括驱动控制芯片、信号接收芯片、驱动信息处理芯片、图像信息处理芯片、感磁芯片;所述信号接收芯片将接收到的信息传输给所述驱动信息处理芯片,所述驱动信息处理芯片给所述驱动控制芯片发出讯号,由所述驱动控制芯片控制所述运动控制层实现前端机器人平台的整体运动;还包括管道路径探测装置和电源装置;
所述后端PC机平台包括:
配置模块,用于设置运行环境;
接收模块,用于接收从前端机器人平台反馈的数据;
分析模块,用于对接收到的视频数据进行逐帧分析,并判断潜在裂纹、裂缝;
报告模块,用于向用户输出巡检报告;
所述摄像采集层的云台包括设置在前端机器人平台上层的两个伺服马达(2),两个伺服马达(2)组合构成双舵机云台;
所述芯片控制层的驱动控制芯片为L298n继电器(8);所述信号接收芯片包括两个倾斜传感器(4),还包括蓝牙模块(6);所述驱动信息处理芯片为Arduino开发板(10);所述图像信息处理芯片为树莓派开发板(7);所述感磁芯片为霍尔传感器(3);所述电源装置包括12V电池组(5)、树莓派蓄电池(18);
所述前端机器人平台还包括以下部件: PCF8591模数转换器(9)、Arduino拓展板(11)、磁芯(13);
所述的两个伺服马达(2)连接至Arduino开发板(10);
所述12V电池组(5)与L298n继电器(8)电性连接, Arduino开发板(10)与L298n继电器(8)电性连接, Arduino拓展板(11)与Arduino开发板(10)连接,所述树莓派开发板(7)与树莓派蓄电池(18)电性连接;
两个倾斜传感器(4)分别与Arduino拓展板(11)连接,用于采集前端机器人姿态信息;
所述霍尔传感器(3)的D0、VCC、GND接口,与树莓派开发板(7)的BCM编码方式的G17号脚位、VCC、GND接口依次连接, PCF8591模数转换器(9)的SDA、SCL、VCC、GND端与树莓派开发板(7)的SDA、SCL功能脚位以及VCC、GND端口相连接;所述PCF8591模数转换器(9)上的AIN0口与霍尔传感器(3)的A0端口相连接;
所述摄像头(1)通过数据线与树莓派开发板(7)USB接口连接,树莓派开发板(7)通过其上设置的WIFI模块与后端PC机建立联系后进行数据传输;
所述蓝牙模块(6)与所述Arduino拓展板(11)连接;
所述动力装置包括设置在底板(15)上的两个370电机(14);所述运动履带(16)设置在底板(15)两侧,两个370电机(14)分别与运动履带(16)传动连接;其中一个370电机(14)与履带连接的轮盘上附着一个磁芯(13),370电机(14)通过驱动线分别与L298n继电器(8)连接;霍尔传感器(3)与磁芯(13)磁感应连接;
所述管道路径探测装置包括:超声波测距传感器(12)、超声波伺服电机(17);
所述超声波测距传感器(12)的VCC、GND、ECHO、TRIG口与Arduino拓展板(11)的7号脚位的三个引脚和8号引脚连接,超声波伺服电机(17)的讯号线和VCC、GND引脚分别连接Arduino拓展板的9号引脚对应的讯号S脚位、VCC、GND脚位;
其特征在于:所述方法包括以下步骤:
步骤A、启动前端机器人并接入云端系统;
步骤A1、打开前端机器人电源,打开树莓派蓄电池,使得前端机器人与指定WIFI建立连接,自动开启检测视频服务,调用数据发送端程序发送配置信息;
本步骤中,所述发送配置信息包括向指定电子邮箱发送自身IP及端口号,还包括发送蓝牙模块(6)的配置信息;
步骤A2、管理员打开数据接收端软件,按照步骤A1中接收到的相关配置信息完成数据接收端软件配置,生成不同权限账户;本步骤中,接收端软件配置包括蓝牙配置;
步骤A3、操作员使用步骤A2中管理员生成的相应账号登录数据接收端软件并根据环境设置运动电压相关参数,随后选择运动控制方式;
本步骤中,所述运动控制方式包括自动巡检和人工控制检测;
步骤B、开始巡检作业
步骤B1、操作员登录数据接收端软件对前端机器人进行运动辅助操作;观察员则使用相关账号登录软件进行实时人工辅助监测;
步骤B2、前端数据采集
前端机器人启动后开始持续行驶,行驶过程中摄像头将集管道各个位置的内壁图像,并传输实时视频流数据给PC端;
本步骤中,370电机(14)的轮盘旋转一周,霍尔传感器(3)与磁芯(13)发生一次磁感应,累加器自动累加并传输至PC端;
步骤B3、后端数据分析
后端PC机接收到步骤B2的信息,开始进行逐帧分析;
图像预处理:实时取出视频流数据的每一帧画面,然后依次进行对比度增强、灰度化处理、高斯模糊处理;
边缘检测:对完成预处理的图像进行边缘检测,所用检测方法为Canny边缘检测,阈值分别为:75,255;检测到的边缘即为图像中疑似的裂缝;
形态学操作:对完成边缘检测的图像进行闭运算,即先膨胀后腐蚀,该步骤将合并细小裂缝;
判断与保存:对完成形态学操作的图像进行连通域的遍历并计算大小,当大小超过PC端设定阈值时,图像将被标注裂缝位置并保存到指定路径,同时保存时间节点信息,根据累加器反馈数据和370电机主轴上连接的轮盘直径计算和保存位置信息;
步骤C、巡检报告生成
步骤C1、巡检任务结束后,软件会根据提前设置好的参数自动生成管道内壁裂纹、裂缝检测报告,并保存原始巡检视频数据;
步骤C2、由操作员及观察员对巡检报告进行人工审核以及添加备注信息,完成后巡检报告与原始作业视频数据将打包送达管理员账户。
2.如权利要求1所述的使用机器人系统进行管道内壁缺陷检测的方法,其特征在于:所述步骤B还包括:
步骤B20、运行姿态调整
前端机器人正常行驶过程中,2个倾斜传感器(4)持续进行数据采集,芯片控制层根据数据反馈判断机器人是否偏离原始重心水平线,判断偏离的情况下,由继电器控制370电机之一进行补偿,直至机器人标齐原始重心水平线位置。
3.如权利要求1所述的使用机器人系统进行管道内壁缺陷检测的方法,其特征在于:所述步骤B还包括:
步骤B21、过弯调整
机器人正常行驶过程中,超声波测距传感器(12)实时扫描前方进行距离检测,若检测距离小于预定值时,超声波伺服电机(17)操纵超声波测距传感器(12)换向再次扫描,直至找到距离超过预定值的方向,确定新的前进方向后,通过L298n继电器(8)控制2个370电机(14)工作并转弯。