(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210580933.7 (22)申请日 2022.05.25 (71)申请人 东北大学 地址 110819 辽宁省沈阳市和平区文化路 三巷11号 (72)发明人 刘金海　黄瀚洋　吴振宁　张化光　 刘秀翀　汪刚　卢森骧　冯健　 (74)专利代理 机构 大连东方专利代理有限责任 公司 21212 专利代理师 高意　李洪福 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B25J 11/00(2006.01) B25J 19/00(2006.01) (54)发明名称 一种管道自动巡检机器人的精确定位方法 及实现装置 (57)摘要 本发明提供一种管道自动巡检机器人的精 确定位方法及实现装置， 涉及埋地管道探测领 域。 本发明方法通过磁感应强度信号初步采样电 路对磁感应强度信号初步采样， 再将采集到的数 据处理后送入微处理器内部集成的模数转换模 块， 实现地面上方检测磁感应强度， 再通过正常 巡线定位方法进行处理， 以此判断管道相对位 置， 并决定是否进入缺陷定位模式。 若进入缺陷 定位模式， 则将钢钎插入地面， 再通过电压信号 预处理电路及分离电路处理后输入到微处理器 内部集成的模数转换模块中， 再通过缺陷定位方 法进行处理， 以此判断自动巡检机器人相对绝缘 层劣化位置， 控制自动巡检机器人运行到绝缘层 劣化位置正上方， 由此实现了管道自动化巡检， 提高了自动巡 检效率。 权利要求书6页 说明书15页 附图10页 CN 114750165 A 2022.07.15 CN 114750165 A 1.一种管道自动巡检机器人的精确定位方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： S1、 确定自动巡检机器人的行进方向； S2、 构建正常巡线定位的实现装置， 采集 地面上方检测磁感应强度； S3、 根据采集的地面上方检测磁感应强度， 构建正常巡线定位的方法模型， 判断自动巡 检机器人相对管道位置； S4、 构建缺陷定位的实现装置， 测量由电流泄漏而产生的电位差； S5、 根据测量的电流泄漏而产生的电位差， 构建缺陷定位的方法模型， 判断自动巡检机 器人相对防腐层劣化 点位置。 2.根据权利要求1所述的管道自动巡检机器人的精确定位方法， 其特征在于， 所述步骤 S1中， 确定自动巡检机器人的行进方向， 具体为： 在管道中施加4Hz、 8Hz、 128Hz的低频交流信号， 并根据当前GPS坐标及下一个目标点 GPS坐标以及从电子罗盘获取的自动巡检机器人当前航向角， 确定行进方向。 3.根据权利要求1所述的管道自动巡检机器人的精确定位方法， 其特征在于， 所述步骤 S2的具体实现过程如下： 在管道中施加电流激励后， 由于管道长度远大于管道直径， 因而将管道视为无限长导 线， 根据电磁感应定律， 交变电流将在周围空间中感应出 交变的磁场， 对应产生的磁感应强 度如下公式所示： 其中， μ0为空气磁导 率， I为管道中电流强度， r为传感器位置 到管道的距离； 由管道内电流产生的磁感应强度三个方向分量如下公式所示： 其中， h为传感器位置与管道中心点的铅锤距离， x为传感器位置与管道中心点的水平 距离； 使用隧道磁阻传感器对磁场信号进行采集， 并对采集到的磁场信号数据进行处理， 便 于后续向微控制器输出。 4.根据权利要求3所述的管道自动巡检机器人的精确定位方法， 其特征在于， 所述对采 集到的磁场信号数据进行处 理， 便于后续向微控制器输出的具体过程如下： S21、 磁感应强度信号初步采样： 采用三个隧道磁阻传感器分别对三个 磁感应强度分量进行采集； S22、 磁感应强度信号预处 理： 使用仪用放大器对隧道磁阻传感器信号的y方向分量进行处理， 将隧道磁阻传感器产 生的低频微弱信号放大并抬高， 保证低频微弱信号不低于0V， 同时将地磁产生的直流分量权　利　要　求　书 1/6 页 2 CN 114750165 A 2进行滤除， 并采用仪用放大器内部集成的运算放大器构成双极点高通滤波器滤波器， 对隧 道磁阻传感器工作时产生的高频干扰信号进行 滤除； S23、 磁感应强度信号分离： 使用高通滤波器和低通滤波器将4Hz、 8Hz信号与128Hz信号分离为4Hz+8Hz以及128Hz 两个信号流， 同时对128Hz信号流采用电压抬升电路进行抬升及放大， 保证128Hz信号流不 低于0V； S24、 将分离后的4Hz+8Hz以及128Hz两个信号流输入到自动巡检机器人微处理器内部 集成的模数转换模块中。 5.根据权利要求1所述的管道自动巡检机器人的精确定位方法， 其特征在于， 所述步骤 S3中， 判断 自动巡检机器人相对管道位置， 具体为： 将隧道磁阻传感器检测到的信号转换为自动巡检机器人相对管道位置， 便于微控制器 控制自动巡检机器人的下一步行进， 同时使用仪用放大器及运算放大器对128Hz信号幅值 进行处理， 优化自动巡检机器人相对管道位置的判断方法模型。 6.根据权利要求5所述的管道自动巡检机器人的精确定位方法， 其特征在于， 所述优化 自动巡检机器人相对管道位置的判断方法模型的具体过程如下： S31、 对信号进行 快速傅里叶变换： 在自动巡检机器人微处理器中将模数转换模块采集到的4Hz+8Hz信号经过平均 值滤波 后进行快速傅里叶变换， 公式如下： 其中， N为模数转换模块采样点总数， xy[n]为模数转换模块第n次采样所得的数据， j为 单位虚数， Xy[k]为k倍频所对应的傅里叶系数； S32、 提取相位及幅值信息： 计算步骤S31中涉及的|Xy[4]|， |Xy[8]|可以得到4Hz及8 Hz的幅值， 计算步骤S31中涉及 的Xy[4]、 Xy[8]的相位角可以得到4H z及8Hz的相位ωy4Hz、 ωy8Hz； 对128Hz信号进行类似步骤S31中涉及的快速傅里叶变换， 并计算|Xx[128]|、 |Xy[128] |、 |Xz[128]|， 得到128Hz频率在x、 y、 z三个方向上的幅值， 则128Hz信号强度的模|X[128]| 公式如下： S33、 相位按照频率进行折 算到时间： 不失一般性地， 假设步骤S31中数据是在管道左侧获得， 并设检测 设备参考4Hz， 8Hz信 号与发射端相位差分别为ωy04Hz、 ωy08Hz， 则： 在管道左侧ωy4Hz及ωy8Hz相对于发送端初始相位 落后时间的时间差 Δt为：权　利　要　求　书 2/6 页 3 CN 114750165 A 3