一种巡检机器人自主巡管方法及具有该方法的巡检机器人与流程

1.本发明是关于一种巡检机器人自主巡管方法及具有该方法的巡检机器人，属于海洋工程领域。


背景技术：

2.海底管道广泛应用于海上油田的开发，在中国，已铺设的海底管道中，有些已运行多年，牺牲阳极过度消耗或寿命到期，将使海底管道处于欠保护状态，由此会导致海底管道外部发生腐蚀。因此，需要对在役海底管道阴极保护状态进行准确、有效地检测和评估，防止海底管道因阴极保护失效而引发事故。
3.但是海底环境具有能见度低、渔业等活动干扰多、深水压力大、海底海床易变化等特点，单纯借助潜水员携带检测设备进行海底管道检测，检测效率较低，无法做到大面积的普查，且对潜水员的身体素质及检测经验均提出较高的要求。实际海洋工程中，通常采用水下机器人携带参比电极沿管道进行巡视检测，但是机器人的操作人员通过水下图像无法判定海底管道的位置。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的是提供一种巡检机器人自主巡管方法及具有该方法的巡检机器人，能够解决潜水员无法对海底管道进行电位检测以及机器人的操作人员通过水下图像无法判定海底管道位置的问题。
5.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种巡检机器人自主巡管方法，包括以下步骤：
6.1)若已确定管道的位置和走向，则进入步骤2)；否则，进入步骤3)；
7.2)根据管道的走向，下放巡检机器人，并控制巡检机器人定向航行直至管道的巡检起点，并进入步骤4)；
8.3)下放巡检机器人，并控制巡检机器人航行直至搜寻到管道；
9.4)调整巡检机器人的艏向，使得巡检机器人的艏向与管道走向相同，并控制巡检机器人定向航行巡管检测。
10.进一步地，所述步骤2)的具体过程为：
11.2.1)根据管道的走向，下放巡检机器人，并控制巡检机器人定向航行直至搜寻到管道；
12.2.2)根据巡检机器人的当前位置和巡检起点，控制巡检机器人返回至巡检起点，并进入步骤4)。
13.进一步地，所述步骤2.1)的具体过程为：
14.2.1.1)计算管道走向，并根据管道走向和海域水深，在巡检起点处下放巡检机器人；
15.2.1.2)计算巡检机器人的艏向，并根据巡检机器人的艏向，控制巡检机器人定向
航行直至搜寻到管道。
16.进一步地，所述步骤2.1.1)的具体过程为：
17.a)计算管道走向，其中，将巡检起点与巡检终点的连线定义为管道走向线，在巡检起点处，以真北线为基准，将沿顺时针方向计量至管道走向线的夹角大小定义为管道走向；
18.b)根据管道走向和海域水深以及磁探测设备的量程和探测精度，在巡检起点处，将巡检机器人下放至对应水下深度。
19.进一步地，所述步骤2.1.2)的具体过程为：
20.a)根据管道与巡检机器人的相对位置，结合流向、流速和巡检机器人前进速度，计算巡检机器人的艏向；
21.b)调整巡检机器人的艏向，使得巡检机器人对地航向与管道走向呈90度交叉，巡检机器人定向航行，开始搜寻管道；
22.c)当巡检机器人的磁探测设备探测到数据时，巡检机器人立即停止。
23.进一步地，所述步骤2.2)的具体过程为：
24.2.2.1)根据巡检机器人的当前位置和巡检起点，确定巡检起点的方位线，进而计算巡检起点相对于巡检机器人的方位角；
25.2.2.2)根据巡检起点的方位线以及巡检起点相对于巡检机器人的方位角，调整巡检机器人的艏向，使得巡检机器人沿巡检起点的方位线前进，直至到达巡检起点，并进入步骤4)。
26.进一步地，所述步骤3)的具体过程为：
27.3.1)将巡检机器人放置在原点处，按照口字形路径搜寻管道，当巡检机器人的磁探测设备探测的磁场强度增大时，巡检机器人立即停止；
28.3.2)根据磁探测设备探测的磁场强度，判断巡检机器人相对管道的位置，左右旋转巡检机器人，使得巡检机器人的艏向与管道走向呈90
°
交叉。
29.进一步地，所述步骤3.2)中巡检机器人相对管道的位置的判断方式为：
30.当d
l
>d
m
>d
r
时，巡检机器人位于管道的右侧，此时巡检机器人左转，直至d
l
＝d
m
＝d
r
，其中，d
l
、d
m
、d
r
分别为巡检机器人上自左向右设置的三个磁探测设备探测的磁场强度；
31.当d
l
<d
m
<d
r
时，巡检机器人位于管道的左侧，此时巡检机器人右转，直至d
l
＝d
m
＝d
r
；
32.当d
l
＝d
m
＝d
r
时，此时巡检机器人的艏向与管道走向呈90
°
交叉，据此得到管道走向。
33.进一步地，所述步骤4)的具体过程为：
34.4.1)调整巡检机器人的艏向，使得巡检机器人的艏向与管道走向相同；
35.4.2)根据巡检机器人的磁探测设备探测的数据，判断巡检机器人相对管道的位置，左右横移巡检机器人，使得巡检机器人的中心位于巡检起点上方，判断方式为：
36.当d
l
>d
r
时，巡检机器人位于管道的右侧，此时巡检机器人左横移，直至d
l
＝d
r
；
37.当d
l
<d
r
时，巡检机器人位于管道的左侧，此时巡检机器人右横移，直至d
l
＝d
r
；
38.4.3)巡检机器人定向航行，开始巡管检测。
39.一种巡检机器人，包括机器人本体、动力装置、磁探测设备和控制器；
40.所述机器人本体上设置有用于进行水平运动和竖向运动的所述动力装置；
41.所述机器人本体的前端设置有用于探测磁场强度的所述磁探测设备；
42.所述机器人本体内设置有所述控制器，所述控制器内设置有上述巡检机器人自主巡管方法。
43.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
44.1、本发明通过是否以确定管道的位置和走向，采用两种不同的方式搜寻管道，可以快速地完成海底管道巡检任务，提高工作效率，适用于海底管道位置已知和未知情况下的巡检任务。
45.2、由于磁性是海底管道的自身属性，本发明基于磁探测设备探测的磁场强度，无需借助其他手段即可完成管道的定位，可以尽量避免技术自身对巡检任务的影响，可以广泛应用于海洋工程领域中。
附图说明
46.图1是本发明一实施例提供的巡检机器人下放位置示意图；
47.图2是本发明一实施例提供的巡检机器人下放深度示意图；
48.图3是本发明一实施例提供的巡检机器人靠近巡管起点示意图；
49.图4是本发明一实施例提供的巡检机器人至巡管起点路线示意图；
50.图5是本发明一实施例提供的巡检机器人巡管示意图；
51.图6是本发明一实施例提供的巡检机器人口字型寻管示意图；
52.图7是本发明一实施例提供的巡检机器人判断管道方向示意图；
53.图8是本发明一实施例提供的计算管道走向示意图；
54.图9是本发明一实施例提供的巡检机器人寻管时艏向示意图；
55.图10是本发明一实施例提供的巡检机器人靠近巡检起点a示意图；
56.图11是本发明一实施例提供的巡检机器人艏向与管道走向相同示意图。
具体实施方式
57.下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
58.应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
59.尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指
出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
60.为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“上面”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。
61.实施例1
62.本实施例中的管道为多条首尾相接的海底管道。巡检机器人的动力装置包括六个螺旋桨(b
l
、b
r
、a
l
、a
r
、m
l
、m
r
)，巡检机器人的艏部和尾部分别水平设置有两个螺旋桨(b
l
、b
r
和a
l
、a
r
)，用于负责巡检机器人的水平运动(包括前进、后退、左转、右转、左横移和右横移)。巡检机器人的中部竖直设置有两个螺旋桨(m
l
、m
r
)，用于负责巡检机器人的竖向运动(包括上浮与下潜)。巡检机器人的前端设置有三个磁探测设备，三个磁探测设备自左向右探测到的磁场强度分别为d
l
、d
m
、d
r
。
63.基于上述说明，本实施例提供一种巡检机器人自主巡管方法，包括以下步骤：
64.1)若已确定管道的位置和走向，则进入步骤2)；否则，进入步骤4)。
65.2)根据管道的走向，下放巡检机器人，并控制巡检机器人定向航行直至搜寻到管道，具体为：
66.2.1)计算管道走向，并根据管道走向和海域水深，在巡检起点处下放巡检机器人：
67.2.1.1)计算管道走向，其中，将巡检起点与巡检终点的连线定义为管道走向线，在巡检起点处，以真北线(000)为基准，将沿顺时针方向(由000度至360度)计量至管道走向线的夹角大小定义为管道走向。
68.2.1.2)根据管道走向和海域水深以及磁探测设备的量程r和探测精度a
c
，在巡检起点处，如图1和2所示，将巡检机器人下放至对应水下深度d
rov
，其中，水下深度d
rov
应满足：
69.d
rov
≥d
‑
r a
c
70.其中，d为海域水深。
71.2.2)计算巡检机器人的艏向，并根据巡检机器人的艏向，控制巡检机器人定向航行直至搜寻到管道：
72.2.2.1)根据管道与巡检机器人的相对位置，结合流向、流速和巡检机器人前进速度，计算巡检机器人的艏向。
73.2.2.2)调整巡检机器人的艏向，使得巡检机器人对地航向与管道走向呈90度交叉，巡检机器人定向航行，开始搜寻管道。
74.2.2.3)当巡检机器人的磁探测设备探测到磁场强度时，即发现管道，巡检机器人立即停止，如图3所示。
75.3)根据巡检机器人的当前位置和巡检起点，控制巡检机器人返回至巡检起点，并进入步骤6)，具体为：
76.3.1)根据巡检机器人的当前位置和巡检起点，确定巡检起点的方位线bl，进而计算巡检起点相对于巡检机器人的方位角a
z
。
77.3.2)如图4所示，根据巡检起点的方位线bl以及巡检起点相对于巡检机器人的方
位角a
z
，调整巡检机器人的艏向，使得巡检机器人沿巡检起点的方位线bl前进，直至到达巡检起点，并进入步骤6)，其中，巡检起点相对于巡检机器人的方位角a
z
即为巡检机器人的对地航向。
78.4)下放巡检机器人，控制巡检机器人航行直至搜寻到管道，具体为：
79.4.1)将巡检机器人放置在原点o处，按照口字形路径搜寻管道，如图6所示，其中，原点o的具体位置可以根据实际情况或海底管道的施工图纸进行设定，具体过程在此不多做赘述，若该位置未搜寻到管道，则将巡检机器人移动至另一位置搜寻管道，直至搜寻到管道。
80.4.2)当巡检机器人的三个磁探测设备探测的磁场强度增大时，即发现管道，巡检机器人立即停止。
81.5)根据巡检机器人的磁探测设备探测的磁场强度，判断巡检机器人相对管道的位置，左右旋转巡检机器人，使得巡检机器人的艏向与管道走向呈90
°
交叉，如图7所示，判断方式为：
82.当d
l
>d
m
>d
r
时，巡检机器人位于管道的右侧，此时巡检机器人左转，直至d
l
＝d
m
＝d
r
；
83.当d
l
<d
m
<d
r
时，巡检机器人位于管道的左侧，此时巡检机器人右转，直至d
l
＝d
m
＝d
r
；
84.当d
l
＝d
m
＝d
r
时，此时巡检机器人的艏向与管道走向呈90
°
交叉，据此得到管道走向。
85.6)调整巡检机器人的艏向，使得巡检机器人的艏向与管道走向相同，并根据巡检机器人的磁探测设备探测的磁场强度，控制巡检机器人定向航行巡管检测，具体为：
86.6.1)如图5所示，调整巡检机器人的艏向，使得巡检机器人的艏向与管道走向相同。
87.6.2)根据巡检机器人的磁探测设备探测的磁场强度，判断巡检机器人相对管道的位置，左右横移巡检机器人，使得巡检机器人的中心位于巡检起点上方，判断方式为：
88.当d
l
>d
r
时，巡检机器人位于管道的右侧，此时巡检机器人左横移，直至d
l
＝d
r
；
89.当d
l
<d
r
时，巡检机器人位于管道的左侧，此时巡检机器人右横移，直至d
l
＝d
r
。
90.6.3)巡检机器人定向航行，开始巡管检测。
91.下面以已确定管道的位置和走向为具体实施例详细说明本发明的巡检机器人自主巡管方法：
92.1)如图8所示，以a为巡检起点，b为巡检终点，连接点a与点b，得到管道走向线，以真北方向(000)为起点顺时针计算至管道走向线，得到管道走向为090。
93.2)根据管道走向和海域水深以及磁探测设备的量程r和探测精度a
c
，在靠近巡检起点处，将巡检机器人下放至对应水下深度d
rov
。
94.3)如图9所示，计算巡检机器人的艏向，并调整巡检机器人的艏向，使得巡检机器人对地航向与管道走向呈90度交叉，巡检机器人定向航行，开始搜寻管道，即巡检机器人艏向为000，当巡检机器人的磁探测设备探测到数据时，即发现管道，巡检机器人立即停止。
95.4)如图10所示，根据巡检机器人当前位置各巡检起点a，确定巡检起点的方位线bl，进而计算巡检起点相对于巡检机器人的方位角a
z
，方位线bl即为巡检机器人下一步的
计划航线，方位角a
z
即为巡检机器人下一步的对地航向，不考虑海流影响情况下，巡检机器人下一步的艏向等于巡检起点a相对于巡检机器人的方位角a
z
。
96.5)调整巡检机器人的艏向，使得巡检机器人沿巡检起点的方位线bl前进，直至到达巡检起点a。
97.6)如图11所示，到达巡检起点a后，调整巡检机器人艏向，使得巡检机器人的艏向与管道走向相同。
98.7)根据磁探测设备探测的数据，判断巡检机器人相对管道的位置，左右横移巡检机器人，使得巡检机器人的中心位于巡检起点上方，巡检机器人定向航行，开始巡管检测。
99.实施例2
100.本实施例提供一种巡检机器人，包括机器人本体、动力装置、磁探测设备和控制器。
101.动力装置包括六个螺旋桨，机器人本体的艏部和尾部分别水平设置有两个螺旋桨，用于负责巡检机器人的水平运动。机器人本体的中部竖直设置有两个螺旋桨，用于负责巡检机器人的竖向运动。
102.机器人本体的前端设置有磁探测设备，用于探测磁场强度。
103.机器人本体内设置有控制器，控制器内设置有实施例1的巡检机器人自主巡管方法。
104.上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。