惯性测量管道机器人智能平衡系统及其应用方法与流程

本发明涉及管道机器人领域，具体地说是基于惯性测量管道机器人的智能平衡系统及其应用方法。

背景技术：

1、惯性测量检测技术测量精度及可靠性除了惯性测量仪本身精度之外，最主要保证测量精度和可靠性取决于仪器的搭载管道机器人技术，目前国内外惯性测量机器人设计五花八门，测量精度及测量数据可靠性有待进一步提升，本发明经过作为标准物质功能的标准试验管道大量实验研究，有效解决惯性测量机器人本身在非开挖定向钻施工管道多方向多参数扭曲弯曲管道内延管道螺旋母线纯滚动翻滚造成的解算错误和定位误差问题。

技术实现思路

1、本发明是针对背景技术中提到的管道机器人自身测量精度的缺陷导致测量数据不准确的问题，一是提供一种基于惯性测量管道机器人本身的智能平衡系统，二是提供上述智能平衡系统的应用方法。

2、为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案是：一种惯性测量管道机器人智能平衡系统，包括智能感知单元和校准单元；

3、所述智能感知单元包括pc控制中心、复位开关及霍尔传感器；该pc控制中心内设置有imu模块；安装在机器人尾部靶标板上的复位开关与pc控制中心连接；安装在机器人固定支臂上的霍尔传感器与pc控制中心连接；执行舵机与pc控制中心连接；

4、所述校准单元包括执行舵机和控制杆；执行舵机安装在移动滑移架下部，控制杆的两端分别安装在靶标板上和中心法兰上，舵机上的舵机摆臂以控制杆作为固定支点；舵机固定安装在移动滑移架上与机器人的移动支臂组合连接。

5、通过智能感知单元pc控制中心职能指令校准单元执行舵机上的摆动板，通过控制杆的支点作用，令执行舵机反向推动移动滑移架与机器人的移动支臂组合行走轮姿态偏转，实现管道机器人智能平衡系统智能母线循迹，实现惯性测量管道机器人测量精度的成倍跃升。

6、作为优选：靶标板包括设置在机器人前部的前靶标板和设置在机器人后部的后靶标板；前后靶标板的下部中央分别套设固定控制杆的其中一端。

7、作为优选：所述后靶标板外侧面下部安装复位开关。

8、作为优选：所述平衡系统基于构成机器人行走机构，机器人行走机构的行走轮、移动支臂组合和固定支臂组合；两固定支臂组合之间设置中央刚性骨架，该中央刚性骨架两端固定在固定支臂组合下部的中心法兰上，其两端与前后两控制杆连接。

9、作为优选：执行舵机的角度调整范围是10度-14度。

10、应用所述平衡系统进行机器人姿势校正的方法，按照以下步骤进行：

11、s1、机器人放入指定管道内，打开电源开关，pc控制中心内的imu模块自动复位，以x轴转角视同为零；

12、s2、霍尔传感器获取机器人行走信息，当机器人沿x轴向前或向后移动时，霍尔传感器将行走信息发送至pc控制中心，pc控制中心发送指令至执行舵机；

13、s3、当x向无变化时，舵机居中间位；

14、当x向正方向或反向变化，且imu模块检测以x轴旋转相对转角微量转角超过1度时，pc指令舵机试探性顺时针摆动；当imu模块再次检测到以x轴旋转相对微量转角超过1度到1.1度时，pc纠正指令舵机改向相反方向摆动；直至imu模块检测到以x轴旋转相对转角微量转角回归0度时止；

15、同理，当x向正方向或反向变化，且imu模块检测以x轴旋转相对转角微量转角超过-1度时，pc指令舵机试探性逆时针摆动；当imu模块再次检测到以x轴旋转相对微量转角超过-1度到-1.1度时，pc纠正指令舵机改向相反方向摆动；直至imu模块检测到以x轴旋转相对转角微量转角回归0度时止。

16、作为优选：pc控制中心具有学习功能，依据x正方向变化和imu陀螺仪模块检测到以x轴旋转相对转角方向，pc控制中心发送指令至执行舵机摆动方向正确率考核学习成果。

17、作为优选：执行舵机接受pc控制中心发送的执行实现角度调整，调整过程中通过移动滑移架反向带动机器人移动支臂摆动，实现对机器人姿态的校正及机器人运行的母线循迹功能。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

19、1、本发明有效解决了对惯性测量机器人自身姿态的校正，避免其在非开挖定向钻施工管道多方向多参数扭曲弯曲管道内沿管道螺旋母线滚动、翻滚造成的解算错误和定位误差问题，确保惯性测量精度和测量数据可靠性；

20、2、本发明所公开的技术方案与国内、外现有惯性测量机器人技术相比，可大幅度成倍、几倍提升惯性测量管道机器人测量精度和数据可靠性；

21、3、提升惯性测量管道机器人测量精度和数据可靠性的效果，并提升了惯性测量机器人的防水性能、结构轻便小型化、性能更智能稳定。

技术特征：

1.一种惯性测量管道机器人智能平衡系统，其特征在于，包括智能感知单元和校准单元；

2.根据权利要求1所述的惯性测量管道机器人智能平衡系统，其特征在于，所述靶标板包括设置在机器人前部的前靶标板和设置在机器人后部的后靶标板；前后靶标板的下部中央分别套设固定控制杆的其中一端。

3.根据权利要求2所述的惯性测量管道机器人智能平衡系统，其特征在于，所述后靶标板外侧面下部安装复位开关。

4.根据权利要求1所述的惯性测量管道机器人智能平衡系统，其特征在于，所述平衡系统基于构成机器人行走机构，机器人行走机构的行走轮、移动支臂组合和固定支臂组合；两固定支臂组合之间设置中央刚性骨架，该中央刚性骨架两端固定在固定支臂组合下部的中心法兰上，其两端与前后两控制杆连接。

5.根据权利要求1所述的惯性测量管道机器人智能平衡系统，其特征在于，执行舵机的角度调整范围是10度-14度。

6.一种如权利要求1-5任一项所述惯性测量管道机器人智能平衡系统的应用方法，其特征在于，按照以下步骤进行：

7.根据权利要求6所述的应用方法，其特征在于，pc控制中心具有学习功能，依据x正方向变化和imu陀螺仪模块检测到以x轴旋转相对转角方向，pc控制中心发送指令至执行舵机摆动方向正确率考核学习成果。

8.根据权利要求6所述的应用方法，其特征在于，执行舵机接受pc控制中心发送的执行实现角度调整，调整过程中通过移动滑移架反向带动机器人移动支臂摆动，实现对机器人姿态的校正及机器人运行的母线循迹功能。

技术总结
一种惯性测量管道机器人智能平衡系统及其应用方法，包括智能感知单元和校准单元；智能感知单元包括PC控制中心、复位开关及霍尔传感器；PC控制中心内有IMU模块；复位开关、霍尔传感器、执行舵机均与PC控制中心连接；校准单元包括执行舵机和控制杆；执行舵机安装在移动滑移架下部，控制杆两端安装在靶标板上和中心法兰上，舵机上的舵机摆臂以控制杆作为固定支点；舵机固定安装在移动滑移架上与机器人的移动支臂组合连接。本发明解决了对惯性测量机器人自身姿态的校正，避免其在非开挖定向钻施工管道多方向多参数扭曲弯曲管道内沿管道螺旋母线滚动、翻滚造成的解算错误和定位误差问题，确保惯性测量精度和测量数据可靠性。

技术研发人员：张俊卿,张琳,卢佳慧,宋守彪,田昱,王勇华,高欣,阎少宏,尼森,鲍明玮,贺晓森,吴京羽,赵茜茜,曹璐,张楚晗,吴嘉仪
受保护的技术使用者：唐山市中宇科技发展有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23