一种柔性管道机器人的行进轨迹判断方法及系统与流程

本发明涉及管网巡检技术领域，尤其涉及一种柔性管道机器人的行进轨迹判断方法及系统。

背景技术：

地下管道是“城市静脉”，是城市安全稳定运行的基础，是智慧城市建设的重要内容，现代化的地下管道系统成为衡量一个城市基础设施完善程度和城市管理水平的重要标志之一。管道检测是实现对地下管道精细化管理和预防性修复的前提，对维护城市功能正常运转，确保生命财产安全是十分必要的。由于地下管道的不可见性，总是等到发生事故时才被人们重视，造成大量的经济损失，甚至给生命财产安全带来隐患。目前，普遍公认的解决办法是在地下管道建设竣工和使用阶段应定期对管道现状进行测绘，对潜在的结构性和功能性损坏进行检测并及时修复。对管道现状进行测绘检测是进行精细化管理和预防性修复的前提。由于管道环境的特殊性复杂性，人员难以直接到达，常规测绘方法难以实施。

现有技术中，通常采用管道机器人实现管道的测绘，管道机器人包括流动式机器人和驱动式机器人，对于流动式机器人由于没有驱动装置，只是随着管内流体流动，属于不需要消耗能源的被动型机器人，能够实现管道的测绘，但由于被动流动的运动模式和地下管道的不可见性，使得无法获取管道机器人的行进轨迹，从而不能获取管道内部更精准的测绘数据。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种柔性管道机器人的行进轨迹判断方法，具体包括以下步骤：

步骤s1，实时采集所述柔性管道机器人在行进过程中的空间加速度，并将所述空间加速度以及对应的数据采集时刻加入一加速度集合；

步骤s2，根据各所述加速度集合绘制以所述数据采集时刻为横坐标，以所述空间加速度为纵坐标的第一加速度曲线图；

步骤s3，由所述第一加速度曲线图中提取处于波峰位置的所述加速度集合中的所述空间加速度；

步骤s4，分别将每个所述空间加速度与预设的加速度阈值进行比较，并在所述空间加速度不大于所述加速度阈值时在所述第一加速度曲线图中去除对应的所述加速度集合，得到第二加速度曲线图；

步骤s5，统计所述第二加速度曲线图中相邻波峰之间作为采样点的所述加速度集合的数量得到若干采样点数值；

步骤s6，将所述采样点数值与预设的采样点阈值进行比较，并在所述采样点数值小于所述采样点阈值时，将对应的两所述波峰的两所述空间加速度按照从小到大的顺序进行排列，得到相应的排序队列；

步骤s7，将所述排序队列中排序靠前的所述空间加速度对应的所述加速度集合由所述第二加速度曲线图中去除，得到第三加速度曲线图；

步骤s8，提取所述第三加速度曲线图中处于波峰位置的各所述加速度集合中的所述数据采集时刻，并根据各所述数据采集时刻于同步生成的实时位置数据库中进行匹配，得到各所述数据采集时刻对应的所述柔性管道机器人的实时位置坐标；

步骤s9，根据各所述数据采集时刻及对应的所述实时位置坐标生成所述柔性管道机器人的行进轨迹。

优选的，所述步骤s1具体包括：

步骤s11，采用六轴传感器实时采集所述柔性管道机器人在行进过程中的不同方向的分量加速度，并将各所述分量加速度以及对应的所述数据采集时刻加入一分量加速度集合；

步骤s12，针对每个所述分量加速度集合，分别对各所述分量加速度进行求和得到空间加速度，并将每个所述空间加速度与对应的所述数据采集时刻加入一加速度集合。

优选的，所述步骤s11中，所述六轴传感器为mems六轴传感器。

优选的，所述分量加速度包括x轴加速度、y轴加速度和z轴加速度。

优选的，还包括一同步生成所述实时位置数据库的过程，具体包括以下步骤：

步骤a1，实时采集所述柔性管道机器人在行进过程中的实时位置坐标；

所述实时位置坐标的数据采集时刻与所述空间加速度的数据采集时刻同步；

步骤a2，将所述实时位置坐标及对应的所述数据采集时刻进行保存生成所述实时位置数据库。

优选的，所述步骤a1中，采用gps数据采集器所述柔性管道机器人在行进过程中的所述实时位置坐标。

一种柔性管道机器人的行进轨迹判断系统，应用以上任意一项所述的柔性管道机器人的行进轨迹判断方法，所述行进轨迹判断系统具体包括：

数据采集模块，用于实时采集所述柔性管道机器人在行进过程中的空间加速度，并将所述空间加速度以及对应的数据采集时刻加入一加速度集合；

曲线绘制模块，连接所述数据采集模块，用于根据各所述加速度集合绘制以所述数据采集时刻为横坐标，以所述空间加速度为纵坐标的第一加速度曲线图；

第一提取模块，连接所述曲线绘制模块，用于由所述第一加速度曲线图中提取处于波峰位置的所述加速度集合中的所述空间加速度；

第一处理模块，连接所述第一提取模块，所述第一处理模块包括：

第一比较单元，用于分别将每个所述空间加速度与预设的加速度阈值进行比较，并在所述空间加速度不大于所述加速度阈值时输出相应的第一比较结果；

第一处理单元，连接所述第一比较单元，用于根据所述第一比较结果在所述第一加速度曲线图中去除对应的所述加速度集合，得到第二加速度曲线图；

数据统计模块，连接所述第一处理模块，用于统计所述第二加速度曲线图中相邻波峰之间作为采样点的所述加速度集合的数量得到若干采样点数值；

第二处理模块，连接所述数据统计模块，所述第二处理模块包括：

第二比较单元，用于将所述采样点数值与预设的采样点阈值进行比较，并在所述采样点数值小于所述采样点阈值时输出相应的第二比较结果；

第二处理单元，连接所述第二比较单元，用于根据所述第二比较结果将对应的两所述波峰的两所述空间加速度按照从小到大的顺序进行排列，得到相应的排序队列；

第三处理模块，连接所述第二处理模块，用于将所述排序队列中排序靠前的所述空间加速度对应的所述加速度集合由所述第二加速度曲线图中去除，得到第三加速度曲线图；

数据匹配模块，连接所述第三处理模块，用于提取所述第三加速度曲线图中处于波峰位置的各所述加速度集合中的所述数据采集时刻，并根据各所述数据采集时刻于同步生成的实时位置数据库中进行匹配，得到各所述数据采集时刻对应的所述柔性管道机器人的实时位置坐标；

轨迹生成模块，连接所述数据匹配模块，用于根据各所述数据采集时刻及对应的所述实时位置坐标生成所述柔性管道机器人的行进轨迹。

优选的，所述数据采集模块具体包括：

数据采集单元，用于采用六轴传感器实时采集所述柔性管道机器人在行进过程中的不同方向的分量加速度，并将各所述分量加速度以及对应的所述数据采集时刻加入一分量加速度集合；

计算单元，连接所述数据采集单元，用于针对每个所述分量加速度集合，分别对各所述分量加速度进行求和得到空间加速度，并将每个所述空间加速度与对应的所述数据采集时刻加入一加速度集合。

优选的，还包括一数据库生成模块，连接所述数据匹配模块，所述数据库生成模块具体包括：

坐标采集单元，用于实时采集所述柔性管道机器人在行进过程中的实时位置坐标；

所述实时位置坐标的数据采集时刻与所述空间加速度的数据采集时刻同步；

坐标存储单元，连接所述坐标采集单元，用于将所述实时位置坐标及对应的所述数据采集时刻进行保存生成所述实时位置数据库。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：通过采集得到的空间加速度判断水流冲击柔性管道机器人时对应的数据采集时刻，并用该数据采集时刻对应的实时位置坐标表征柔性管道机器人的行进轨迹的突变点，简洁明了且需求数据量少。

附图说明

图1为本发明的较佳的实施例中，一种柔性管道机器人的行进轨迹判断方法的流程示意图；

图2为本发明的较佳的实施例中，加速度集合的生成方法的流程示意图；

图3为本发明的较佳的实施例中，同步生成所述实时位置数据库的过程的流程示意图；

图4为本发明的较佳的实施例中，一种柔性管道机器人的行进轨迹判断系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明并不限定于该实施方式，只要符合本发明的主旨，则其他实施方式也可以属于本发明的范畴。

本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种柔性管道机器人的行进轨迹判断方法，如图1所示，具体包括以下步骤：

步骤s1，实时采集柔性管道机器人在行进过程中的空间加速度，并将空间加速度以及对应的数据采集时刻加入一加速度集合；

步骤s2，根据各加速度集合绘制以数据采集时刻为横坐标，以空间加速度为纵坐标的第一加速度曲线图；

步骤s3，由第一加速度曲线图中提取处于波峰位置的加速度集合中的空间加速度；

步骤s4，分别将每个空间加速度与预设的加速度阈值进行比较，并在空间加速度不大于加速度阈值时在第一加速度曲线图中去除对应的加速度集合，得到第二加速度曲线图；

步骤s5，统计第二加速度曲线图中相邻波峰之间作为采样点的加速度集合的数量得到若干采样点数值；

步骤s6，将采样点数值与预设的采样点阈值进行比较，并在采样点数值小于采样点阈值时，将对应的两波峰的两空间加速度按照从小到大的顺序进行排列，得到相应的排序队列；

步骤s7，将排序队列中排序靠前的空间加速度对应的加速度集合由第二加速度曲线图中去除，得到第三加速度曲线图；

步骤s8，提取第三加速度曲线图中处于波峰位置的各加速度集合中的数据采集时刻，并根据各数据采集时刻于同步生成的实时位置数据库中进行匹配，得到各数据采集时刻对应的柔性管道机器人的实时位置坐标；

步骤s9，根据各数据采集时刻及对应的实时位置坐标生成柔性管道机器人的行进轨迹。

具体地，本实施例中，本技术方案中的柔性管道机器人1的结构为现有结构，具体结构可以参照现有已公开的专利文献cn105465551b。优选采用六轴传感器实现柔性管道机器人在行进过程中的空间加速度的采集，该六轴传感器优选设置于柔性管道机器人1的驱动机构上，柔性管道机器人1在行进过程中，该驱动机构与供水管道内壁完全接触，以实现柔性管道机器人1的空间加速度的检测。该柔性管道机器人1的主体结构并不是本申请所要阐述的重点，因此在此不做详细说明。

进一步具体地，本发明通过采集得到的空间加速度判断水流冲击柔性管道机器人时对应的数据采集时刻，并用该数据采集时刻对应的实时位置坐标表征柔性管道机器人的行进轨迹的突变点，简洁明了且需求数据量少。进一步地，优选采用六轴传感器采集得到柔性管道机器人行进过程中的空间加速度，该空间加速度为采集得到作为分量加速度的x轴加速度、y轴加速度与z轴加速度的合加速度。根据该合加速度以及对应的数据采集时刻能够绘制得到表征合加速度随数据采集时刻变化的第一加速度曲线图。随后对上述第一加速度曲线图进行简化，由于合加速度越大，则柔性管道机器人的行进轨迹变化趋势越大，因此通过对处理波峰位置的合加速度进行处理，能够对第一加速度曲线图进行简化。优选将第一加速度曲线图中处于波峰位置的空间加速度与预设的加速度阈值进行比较，若空间加速度大于加速度阈值，则表示该空间加速度对应的数据采集时刻具有较大的可能性被水流冲击，从而导致空间加速度变大，则将该空间加速度保留。若空间加速度不大于加速度阈值，则表示该空间加速度对应的数据采集时刻柔性管道机器人的行进轨迹发生变化较小，不会出现行进轨迹的突变，因此可以去除该部分数据采集时刻的空间加速度以得到第二加速度曲线图。随后对第二加速度曲线图进行进一步简化，通过统计第二加速度曲线的相邻两个波峰之间的采样点的个数，在采样点的个数小于预设的采样点阈值时，将作为采样点的相邻两波峰对应的空间加速度较小的加速度集合去除得到第三加速度曲线。在第三加速度曲线中，处于波峰位置的空间加速度对应的数据采集时刻则为水流冲击柔性管道机器人的时刻，即柔性管道机器人的行进轨迹最有可能发生变化的时刻。进而通过获取上述数据采集时刻对应的柔性管道机器人的实时位置坐标，得到柔性管道机器人的行进轨迹，实现采用最少的数据准确表征柔性管道机器人的行进轨迹。

本发明的较佳的实施例中，如图2所示，步骤s1具体包括：

步骤s11，采用六轴传感器实时采集柔性管道机器人在行进过程中的不同方向的分量加速度，并将各分量加速度以及对应的数据采集时刻加入一分量加速度集合；

步骤s12，针对每个分量加速度集合，分别对各分量加速度进行求和得到空间加速度，并将每个空间加速度与对应的数据采集时刻加入一加速度集合。

本发明的较佳的实施例中，步骤s11中，六轴传感器为mems六轴传感器。

本发明的较佳的实施例中，分量加速度包括x轴加速度、y轴加速度和z轴加速度。

本发明的较佳的实施例中，还包括一同步生成实时位置数据库的过程，如图3所示，具体包括以下步骤：

步骤a1，实时采集柔性管道机器人在行进过程中的实时位置坐标；

实时位置坐标的数据采集时刻与空间加速度的数据采集时刻同步；

步骤a2，将实时位置坐标及对应的数据采集时刻进行保存生成实时位置数据库。

本发明的较佳的实施例中，步骤a1中，采用gps数据采集器柔性管道机器人在行进过程中的实时位置坐标。

一种柔性管道机器人的行进轨迹判断系统，应用以上任意一项的柔性管道机器人的行进轨迹判断方法，如图4所示，行进轨迹判断系统具体包括：

数据采集模块1，用于实时采集柔性管道机器人在行进过程中的空间加速度，并将空间加速度以及对应的数据采集时刻加入一加速度集合；

曲线绘制模块2，连接数据采集模块1，用于根据各加速度集合绘制以数据采集时刻为横坐标，以空间加速度为纵坐标的第一加速度曲线图；

第一提取模块3，连接曲线绘制模块2，用于由第一加速度曲线图中提取处于波峰位置的加速度集合中的空间加速度；

第一处理模块4，连接第一提取模块3，第一处理模块4包括：

第一比较单元41，用于分别将每个空间加速度与预设的加速度阈值进行比较，并在空间加速度不大于加速度阈值时输出相应的第一比较结果；

第一处理单元42，连接第一比较单元41，用于根据第一比较结果在第一加速度曲线图中去除对应的加速度集合，得到第二加速度曲线图；

数据统计模块5，连接第一处理模块4，用于统计第二加速度曲线图中相邻波峰之间作为采样点的加速度集合的数量得到若干采样点数值；

第二处理模块6，连接数据统计模块5，第二处理模块6包括：

第二比较单元61，用于将采样点数值与预设的采样点阈值进行比较，并在采样点数值小于采样点阈值时输出相应的第二比较结果；

第二处理单元62，连接第二比较单元61，用于根据第二比较结果将对应的两波峰的两空间加速度按照从小到大的顺序进行排列，得到相应的排序队列；

第三处理模块7，连接第二处理模块6，用于将排序队列中排序靠前的空间加速度对应的加速度集合由第二加速度曲线图中去除，得到第三加速度曲线图；

数据匹配模块8，连接第三处理模块7，用于提取第三加速度曲线图中处于波峰位置的各加速度集合中的数据采集时刻，并根据各数据采集时刻于同步生成的实时位置数据库中进行匹配，得到各数据采集时刻对应的柔性管道机器人的实时位置坐标；

轨迹生成模块9，连接数据匹配模块8，用于根据各数据采集时刻及对应的实时位置坐标生成柔性管道机器人的行进轨迹。

本发明的较佳的实施例中，数据采集模块1具体包括：

数据采集单元11，用于采用六轴传感器实时采集柔性管道机器人在行进过程中的不同方向的分量加速度，并将各分量加速度以及对应的数据采集时刻加入一分量加速度集合；

计算单元12，连接数据采集单元11，用于针对每个分量加速度集合，分别对各分量加速度进行求和得到空间加速度，并将每个空间加速度与对应的数据采集时刻加入一加速度集合。

本发明的较佳的实施例中，还包括一数据库生成模块10，连接数据匹配模块8，数据库生成模块10具体包括：

坐标采集单元100，用于实时采集柔性管道机器人在行进过程中的实时位置坐标；

实时位置坐标的数据采集时刻与空间加速度的数据采集时刻同步；

坐标存储单元101，连接坐标采集单元100，用于将实时位置坐标及对应的数据采集时刻进行保存生成实时位置数据库。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。