[发明专利]自主覆盖式作业的大型设备表面损伤检测系统及其方法

说明书

本发明为一种自主覆盖式作业的大型设备表面损伤检测系统及其方法，所述系统可安装在检测作业平台上。系统由组合导航定位模块、激光扫描模组、图像处理单元、主控制器、电源管理单元、数据记录仪、数据交换单元、缺陷检测仪器构成。通过激光扫描模组检测目标与障碍物位置，并与组合导航定位数据相融合；图像处理单元实时采集信息并分析损伤；主控制器通过动态路径规划，实现自主避障和覆盖式引导作业。本发明以较低的成本，通过设计并引入高精度导航定位、机器视觉、自主避障与作业引导、在线损伤分析等技术，实现被检设备和障碍物的智能识别、自主导航与全覆盖式检测作业，显著提高大型设备表面损伤检测作业的效率、自主性和覆盖度。

技术领域

本发明涉及表面损伤检测领域，尤其涉及一种利用无人作业平台进行目标识别与自主引导进而实现大型设备全覆盖式表面损伤检测的方法，属于机器人、图像识别与跟踪、自主导航与机器视觉等技术领域。

背景技术

工业现场的大型设备往往需要定期进行表面损伤检测，从而及时防止损伤部位的进一步破坏。传统的检测方法是通过望远镜进行肉眼观测，或采用升降机、吊篮、安全绳等高空作业设备靠近检测目标进行观测，这种检测方式依赖于人的肉眼判断，人为经验误差大，且效率低下，危险性较高，尤其对于高压电线塔架、大型桥梁、风力发电机等室外超大型设施设备而言，作业高度、目标尺寸及恶劣环境给作业带来了很大困难。近年来出现了基于空中平台(如多旋翼无人机、直升机)的检测方案，空中平台搭载摄像机、超声波、激光雷达等高精度设备近距离靠近被检设备进行采样。但目前的检测方案中，空中平台只是起到搭载设备的作用，平台缺乏自主作业能力，对遥控手的操作有较大的依赖性。当检测点距离地面操作点较远时，遥控驾驶难度很大，无法在避免碰撞、保证飞行安全的前提下使平台充分靠近目标点，因此所获取的图像或表面纹理的质量受到了较大的限制。此外，人为遥控操作的效率比较低，且无法实现全覆盖式自主采样，故而现有方案的实际使用效果并不理想，能够自主覆盖式作业的技术尚需突破。

发明内容

本发明提出了一种自主覆盖式作业的大型设备表面损伤检测系统，该系统以较低的成本，借助无人作业平台，通过设计并引入自主避障模组、高精度相对定位、机器视觉、在线损伤分析等技术，有效提高大型设备表面损伤检测作业的效率、自主性和覆盖度。

本发明采用的技术方案为：

一种自主覆盖式作业的大型设备表面损伤检测系统，其特征在于，所述系统包括：用于定位的组合导航定位模块，可由三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁力计、气压高度计、卫星导航接收机、广角视觉传感器等构成；用于检测目标和障碍物位置的激光扫描模组，包括激光测距传感器、机械扫描装置、测距控制器；用于识别检测设备、分析表面损伤概率的图像处理单元；用于整合数据、规划路径、实现平台与检测设备控制的主控制器；用于为整系统供电的电源管理单元；用于记录位置、姿态数据与图像的数据记录仪；用于发送和接收数据的数据交换单元；用于采集高清图像的摄像机、超声波或激光雷达等高精度缺陷检测仪器。

作为优选，所述组合导航定位模块用于实时计算作业平台的位姿信息，为自主覆盖式作业提供基础数据。组合导航定位模块根据加速度、陀螺仪、磁力计、高度计、卫导、广角视觉等传感器采集的原始数据，进行数据融合，给出平台的姿态、速度、位置等数据，同时获取并更新周边的地图信息(即目标物和障碍物地图)。其中，广角视觉传感器固连在平台前方，采集前向图像信息，一方面用于视觉导航，另一方面将广角图像传输至图像处理单元，用于被检设备的自动识别。