CN103984345B - 用于核电站蒸汽发生器二次侧的爬壁机器人位置跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于核电站蒸汽发生器二次侧的爬壁机器人位置跟踪方法，所述爬壁机器人吸附于核电站蒸汽发生器二次侧的筒体内壁上，方法包括：(1)以所述筒体底面圆心为原点，以平行于筒体底面上的某一朝向为X轴，以垂直于筒体底面的某一朝向为Y轴，建立所述爬壁机器人位置的坐标系(x、ω、h)，x等于所述筒体半径，h为爬壁机器人在Y轴上的坐标值，ω为所述爬壁机器人至原点的连线与所述X轴之间的夹角；(2)计算所述爬壁机器人在筒体内壁上的当前位置的ω值和h值，以获得当前位置的坐标(x、ω、h)。本发明可对爬壁机器人进行自主定位跟踪，便于检测和维护，且定位准确。

Description

用于核电站蒸汽发生器二次侧的爬壁机器人位置跟踪方法

技术领域

本发明涉及一种核电站控制，尤其涉及一种用于在核电站蒸汽发生器二次侧的筒体内壁上爬行的爬壁机器人的位置跟踪方法。

背景技术

核电站的定期安全检查是保障核电站正常运行的重要措施，随着科技水平的不断提高，自动化、智能化的爬壁机器人可以代替检测人员进入危险、狭小的空间进行检测，检测人员可以远程遥控操作爬壁机器人，从而保证了操作人员的安全，提高了检测效率。

核电站用蒸汽发生器是核动力装置中一、二回路之间的连接枢纽，也是核动力装置运行中发生故障最多的设备之一；其中，核反应堆产生的热量被冷却剂带到蒸汽发生器，蒸汽发生器降温后回到反应堆继续冷却，这是一回路；给蒸汽发生器供水，蒸汽发生器产生蒸汽推动汽轮机工作，降温冷凝水回到蒸汽发生器继续产生蒸汽，这个循环回路叫做二回路，以蒸汽发生器为界冷却剂进入蒸汽发生器的一侧回路，就是蒸汽发生器一次侧；以蒸汽发生器为界产生蒸汽的一侧回路，就是蒸汽发生器二次侧。故蒸汽发生器是核电站中用于将一回路冷却剂与二回路给水进行热交换的重要设备，是产生饱和蒸汽供给二回路的动力装置，若蒸汽发生器长期不清洁，往往会形成一定厚度的泥渣堆积层，从而导致堆积层内传热管的多种形式的破损。因此，通过蒸汽发生器爬壁机器人对管板二次侧进行全面和实时的清洁度检查、以维持蒸汽发生器的正常运行是十分必要的，然而现有技术中的蒸汽发生器爬壁机器人以小车为载体，在蒸汽发生器内部竖直壁面上吸附和行走时无法自动定位、自动导航，不能够在蒸汽发生器内部实施高效、精确的检测和维护。

发明内容

本发明的目的是提供一种可自动进行位置跟踪，可快速准确获得爬壁机器人具体位置的位置跟踪方法。

为了实现上有目的，本发明公开了一种用于核电站蒸汽发生器二次侧的爬壁机器人位置跟踪方法，所述爬壁机器人吸附于核电站蒸汽发生器二次侧的筒体内壁上，且其上安装有电机编码器、摄像机、加速度传感器、测距传感器和陀螺仪，所述爬壁机器人位置跟踪方法包括：(1)建立所述爬壁机器人在所述筒体内壁上的位置坐标系，具体包括：以所述筒体底面圆心为原点，以平行于所述筒体底面上的某一朝向为X轴，以垂直于所述筒体底面的某一朝向为Y轴，建立所述爬壁机器人位置的坐标系(x、ω、h)，x等于所述筒体半径，ω为所述爬壁机器人至原点的连线与所述X轴之间的夹角，h为所述爬壁机器人在所述Y轴上的坐标值；(2)实时获得所述爬壁机器人在所述筒体内壁上的当前位置，具体包括：依据所述加速度传感器、测距传感器、陀螺仪和电机编码器获取所述爬壁机器人的位置检测信号，依据所述摄像机获取所述爬壁机器人的视频数据，依据所述位置检测信号和视频数据计算所述当前位置的ω值和h值，从而得到所述爬壁机器人的当前位置坐标(x、ω、h)。

与现有技术相比，本发明可对爬壁机器人进行位置跟踪，获得所述爬壁机器人的实时位置，便于检测和维护；另一方面，本发明只需计算所述爬壁机器人的高度h和相对于X轴的夹角ω即可确定所述爬壁机器人的三维位置，计算快速方便，且通过加速度传感器、测距传感器、陀螺仪和电机编码器获得的位置检测信号和摄像机获得的视频数据计算当前位置的ω值和h值，计算准确。

较佳地，所述步骤(2)具体包括：(21)依据加速度传感器和陀螺仪测得的数据计算所述爬壁机器人与水平方向的夹角θ，依据电机编码器信息推算所述爬壁机器人的里程数据，依据所述夹角θ和里程数据计算所述当前位置的ω值，以获得第一组数据；(22)依据所述测距传感器测得的数据和θ值计算所述当前位置的h值，以获得第二组数据；(23)依据所述摄像机测得的视频数据计算所述当前位置的ω值，以获得第三组数据；(24)将所述第一组数据、第二组数据、第三组数据进行处理以获得所述当前位置的ω值和h值，从而得到所述爬壁机器人的当前位置坐标(x、ω、h)，所述爬壁机器人的当前位置的x值等于所述筒体的半径R。一方面，本发明通过加速度传感器和陀螺仪共同测量夹角θ，有效减小了夹角θ的误差；另一方面，本发明将通过电机编码器、加速度传感器和陀螺仪获得的ω值信息(第一数据)和通过视频数据获得的ω值信息(第三数据)进行处理(比对融合)，进一步缩小了ω值的范围，计算得到的ω值更为准确。

具体地，所述步骤(21)中计算所述ω值的具体步骤为：依据加速度传感器和陀螺仪测得的数据计算所述爬壁机器人与水平方向的夹角θ，以获得夹角θ的角度值θ(t)，依据所述电机编码器的检测到的数据计算所述爬壁机器人的速度V(t)，依据公式计算所述当前位置的ω值。

具体地，所述步骤(21)中计算所述爬壁机器人与水平方向夹角θ的步骤为：依据所述加速度传感器计算所述爬壁机器人与水平方向夹角θ，依据所述陀螺仪测得的数据校正所述爬壁机器人与水平方向夹角θ。具体地，可依据所述加速度传感器计算所述爬壁机器人与水平方向夹角θ，依据所述陀螺仪测得的数据计算所述爬壁机器人与水平方向夹角θ，将依据所述加速度传感器计算得到的夹角θ和依据所述陀螺仪计算得到的夹角θ进行融合比对，获得爬壁机器人与水平方向夹角θ。本发明既通过电机编码器和加速度传感器获得相对θ值，又通过陀螺仪获得相对θ值，可将两者获得的θ值进行融合获得更为准确的θ值(相当于依据其一θ值校正另一θ值)，从而使得计算得到的ω值更为准确。

具体地，所述步骤(22)的具体步骤包括：获得所述测距传感器检测到的距离数据T(t)，通过公式h(t)＝T(t)cosθ计算所述当前位置的h值，计算快速方便。

具体地，所述步骤(22)包括：获得所述测距传感器检测到的距离数据T(t)；依据公式计算临界角α，l为所述测距传感器距离所述筒体内壁的距离；依据公式计算所述当前位置的h值。该方案有效校正了蒸汽发生器圆形的筒体内桶对h值带来的影响，使得计算结果准确。

具体地，所述步骤(23)中计算所述ω值的具体步骤为：获得所述摄像机获得的视频数据，使用边缘检测算法和Hough变换计算出蒸汽发生器二次侧的筒体内部管道相对于所述爬壁机器人的位置，对比所述蒸汽发生器二次侧的筒体内部管道分布图纸，获得所述当前位置的ω值，计算结果准确。

具体地，所述步骤(24)之前还包括：采用卡尔曼滤波算法处理所述第一组数据、第二组数据、第三组数据。该方案中通过卡尔曼滤波算法处理所述第一组数据、第二组数据、第三组数据，有效去除了噪音影响，使得处理后的数据更加准确，方便进行后续计算。

具体地，所述步骤(24)包括：所述第一组数据符合高斯分布的估计N₁(μ，σ²)，所述第二组数据符合高斯分布的估计N₂(μ，σ²)，所述第三组数据符合高斯分布的估计N₃(μ，σ²)，通过公式N(μ，σ²)＝ω₁N₁*ω₂N₂*ω₃N₃进行加权计算获得对所述爬壁机器人当前位置分布的估计N(μ，σ²)，ω₁、ω₂、ω₃为所述N₁、N₂、N₃的权重，以所述N(μ，σ²)的峰值作为所述爬壁机器人的当前位置的坐标(x、ω、h)。该方案将所述第一组数据、第二组数据、第三组数据进行加权计算获得对所述爬壁机器人当前位置分布的估计，使得爬壁机器人当前位置的坐标估计值更为准确，提取N(μ，σ²)的峰值则使得当前位置的坐标最接近实际值，计算结果准确。

较佳地，所述爬壁机器人包括车体、驱动机构、摄像机和测距传感器，所述车体呈扁平状且其内安装有加速度传感器、陀螺仪；所述驱动机构包括永磁驱动轮及第一电机，所述第一电机呈密封地设置于车体内，所述第一电机的输出轴与所述永磁驱动轮连接，所述永磁驱动轮位于所述车体的底部两侧，且还凸伸出所述车体的底部；所述摄像机具有补光灯，所述摄像机呈密封地嵌设于所述车体的左右两侧壁及前侧壁中；所述测距传感器呈密封地嵌设于所述车体的左右两侧壁中。本发明爬壁机器人藉由永磁驱动轮吸附并在内壁上移动，实现了沿筒体内壁的爬壁移动，使得其携带的检测设备能近距离的接近筒体内壁，确保检查效果的准确性；另，本发明爬壁机器人通过摄像机能实时的将车体周围的环境记录下来，便于工作人员及时了解筒体内的环境及作出相应的处理规划；另，本发明爬壁机器人的电机(包括第一电机)及摄像机均呈密封地设置于车体内，使得这些具有电子元件的设备能有效的与外界隔离，尤其与水隔离，大大的延长了本发明爬壁机器人的使用寿命，且可用水直接清洗，结构简单实用。

具体地，所述爬壁机器人还包括转动连接于所述车体的前侧壁上的前端连接体和前端电机，所述前端电机控制所述前端连接体相对于所述车体转动，所述前端连接体的前端具有接口，所述爬壁机器人包括与所述接口呈插拔连接的检测设备。

更具体地，所述检测设备包括多自由度云台检测机构，所述多自由度云台检测机构包括支撑件、竖直俯仰转动件、水平旋转件、第二电机及第三电机，所述支撑件的一端具有可插拔连接于所述接口内的插接端，所述支撑件的另一端与所述竖直俯仰转动件呈沿竖直方向转动的连接，所述第二电机呈密封地安装于所述支撑件内并控制所述竖直俯仰转动件沿竖直方向转动，所述水平旋转件与所述竖直俯仰转动件呈沿水平方向转动的连接，所述第三电机呈密封地安装于所述竖直俯仰转动件内并控制所述水平旋转件沿水平方向转动，所述水平旋转件的端部上设置有所述摄像机。

更具体地，所述检测设备包括伸缩臂检测机构，所述伸缩臂检测机构包括支撑体、伸缩臂、回卷结构及第四电机，所述支撑体的具有凸伸出的可插拔连接于所述接口内的插接端，所述伸缩臂呈薄片状结构，所述支撑体呈中空结构，所述回卷结构和所述第四电机均呈密封地安装于所述支撑体内，所述伸缩臂的起始端固定并缠绕于所述回卷结构上，所述回卷结构与所述第四电机连接，籍由所述第四电机控制所述回卷结构的转动实现所述伸缩臂的伸缩，所述伸缩臂的末端上设有所述摄像机。

具体地，所述爬壁机器人还包括后端连接体，所述后端连接体呈三角形状且枢转地连接于所述车体的后侧壁上。由于所述车体的后侧壁还呈枢转的连接有后端连接体，有效的增强了本发明爬壁机器人的柔性，保证移动时与内壁圆弧面的匹配性，并且还可将提供电源和数据传输的线缆连接于该后端连接体上，这样能有效的防止线缆的缠绕。

具体地，所述爬壁机器人还包括永磁万向导向轮，所述车体的底部及所述后端连接体的底部均设置有所述永磁万向导向轮。通过永磁万向导向轮，除了能增加本发明爬壁机器人与筒体的吸附能力，还能有效的对本发明爬壁机器人改变移动方向时进行导向和提供转道辅助。

具体地，所述爬壁机器人还包括呈弹性结构的清理片，所述车体的两侧贯穿开设安装孔，所述永磁驱动轮设置于所述安装孔中，所述清理片设置于所述车体的正面上且伸入所述安装孔中，并与所述永磁驱动轮呈弹性的接触。通过清理片能及时的清除粘附在永磁驱动轮上的污垢、粘附物及泥渣等，确保永磁驱动轮具有可靠稳定的吸附能力。更具体地，每一所述安装孔对应设置两所述清理片，与所述安装孔对应的两所述清理片呈对称的倾斜设置。

附图说明

图1是本发明所述爬壁机器人位置跟踪方法的流程图。

图2是本发明建立所述爬壁机器人位置在所述筒体内壁上的坐标系的示意图。

图3是本发明获得所述爬壁机器人在所述筒体内壁上的当前位置的流程图。

图4是所述蒸汽发生器的结构示意图。

图5是本发明所述爬壁机器人在所述筒体内壁上的爬行示意图。

图6是本发明所述爬壁机器人的底面立体示意图。

图7是本发明所述爬壁机器人的正面立体示意图。

图8是本发明所述爬壁机器人与多自由度云台检测机构的连接示意图。

图9是本发明所述爬壁机器人与伸缩臂检测机构的连接示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

图6-图7中公开了一种爬壁机器人，参考图4至图5，所述爬壁机器人200吸附于核电站蒸汽发生器二次侧的筒体10内壁上，且其上安装有电机编码器、摄像机、加速度传感器、测距传感器和陀螺仪，参考图1和图2，本发明公开了一种用于核电站蒸汽发生器二次侧的爬壁机器人位置跟踪方法100，其包括以下步骤：(S1)建立所述爬壁机器人在所述筒体内壁上的位置坐标系，具体包括：(S11)以所述筒体底面圆心为原点，(S12)以平行于所述筒体底面上的某一朝向为X轴，(S13)以垂直于所述筒体底面的某一朝向为Y轴，(S14)建立所述爬壁机器人位置的坐标系(x、ω、h)，x等于所述筒体半径R，ω为所述爬壁机器人至原点的连线与所述X轴之间的夹角，h为所述爬壁机器人在所述Y轴上的坐标值；其中，当所述核电站蒸汽发生器二次侧的筒体10安装于水平面时，所述X轴为水平方向，所述Y轴为竖直方向。(S2)实时获得所述爬壁机器人在所述筒体内壁上的当前位置，具体包括依据所述加速度传感器、测距传感器、陀螺仪和电机编码器获取所述爬壁机器人的位置检测信号，依据所述摄像机获取所述爬壁机器人的视频数据，依据所述位置检测信号和视频数据计算所述当前位置的ω值和h值，从而得到所述爬壁机器人的当前位置坐标(x、ω、h)。以图3为例详细描述获得所述当前位置坐标值的方法：

参考图3，获得所述当前位置的方法具体包括：(S21)依据加速度传感器和陀螺仪测得的数据计算所述爬壁机器人与水平方向的夹角θ，(S22)依据电机编码器信息推算所述爬壁机器人的里程数据，(S23)依据所述夹角θ和里程数据计算所述当前位置的ω坐标值，以获得第一组数据；(S24)依据所述测距传感器测得的数据和θ值计算所述当前位置的h坐标值，以获得第二组数据，较佳者，还包括校正蒸汽发生器圆形筒体内壁对所述h值的影响的步骤。；(S25)依据所述摄像机测得的视频数据计算所述当前位置的ω坐标值，以获得第三组数据；(S26)将所述第一组数据、第二组数据、第三组数据进行处理以获得所述当前位置的ω坐标值和h坐标值，从而得到所述爬壁机器人的当前位置(x(t)、ω(t)、h(t))，所述当前位置的x坐标值x(t)等于所述筒体的半径R。该方案使得本发明所述爬壁机器人定位精准，可以在蒸汽发生器内部实施高效、精确的检测和维护。以下具体描述获得所述当前位置的方法：

所述步骤(S21)中计算所述θ值的具体步骤为：依据所述加速度传感器获得所述爬壁机器人在纵向和侧向的分量g_x(t)、g_y(t)，依据公式计算所述加速度传感器计算所述爬壁机器人与水平方向夹角θ，依据所述陀螺仪测得的数据计算所述爬壁机器人与水平方向夹角θ；将依据所述加速度传感器计算得到的夹角θ和依据所述陀螺仪计算得到的夹角θ进行融合比对，获得用于后续计算的夹角θ。

所述步骤(S22)-(S23)获取所述ω值的具体步骤为：读取该时刻电机编码器读数为L(t)，则爬壁机器人200速度为V(t)，考虑爬壁机器人200车体倾角作用，可得爬壁机器人200沿圆周运动距离为S(t)＝∫V(t)cosθ(t)dt，则ω坐标值为其中R是蒸汽发生器半径，从而得到了当前时刻所述当前位置的ω值估计范围，即第一组数据，所述第一组数据符合高斯分布的估计N₁(μ，σ²)。

所述步骤(S24)中，读取测距传感器读数T(t)，考虑车体倾角作用，爬壁机器人200的对地距离h的坐标值为：H(t)＝T(t)cosθ(t)，从而获得当前时刻所述当前位置的h值估计范围，即第二组数据，所述第二组数据符合高斯分布的估计N₂(μ，σ²)。

所述步骤(S25)中计算所述ω值的具体步骤为：获得所述摄像机获得的视频数据，使用边缘检测算法和Hough变换计算出蒸汽发生器二次侧的筒体内部管道相对于所述爬壁机器人的位置，对比所述蒸汽发生器二次侧的筒体内部管道分布图纸，获得所述爬壁机器人当前位置ω的坐标值值，从而得到了当前时刻当前位置的ω值估计范围，即第三组数据，所述第三组数据符合高斯分布的估计N₁(μ，σ²)。

所述步骤(S26)之前还包括：采用卡尔曼滤波算法处理所述第一组数据、第二组数据、第三组数据，以供后续运算。

所述第一组数据符合高斯分布的估计N₁(μ，σ²)，所述第二组数据符合高斯分布的估计N₂(μ，σ²)，所述第三组数据符合高斯分布的估计N₃(μ，σ²)，所述步骤(26)具体包括：将所述第一组数据、第二组数据、第三组数据通过公式N(μ，σ²)＝ω₁N₁*ω₂N₂*ω₃N₃进行加权计算获得对所述爬壁机器人当前位置分布的估计N(μ，σ²)，ω₁、ω₂、ω₃为所述N₁、N₂、N₃的权重(可为预设值)，以N(μ，σ²)的峰值作为所述爬壁机器人的当前位置(x(t)、ω(t)、h(t))。

参考图6和图7，所述爬壁机器人200包括车体201、驱动机构、摄像机21和测距传感器22，所述车体201呈扁平状且其内密封地安装有加速度传感器(图中未示)、陀螺仪(图中未示)；所述驱动机构包括永磁驱动轮23a、23b及第一电机，所述第一电机呈密封地设置于车体201内，所述第一电机的输出轴与所述永磁驱动轮23a、23b连接，所述永磁驱动轮23a、23b位于所述车体的底部两侧，且还凸伸出所述车体201的底部，其中永磁驱动轮23a位于所述车体201底部的左半部分，永磁驱动轮23b位于所述车体201底部的右半部分，且所述永磁驱动轮23a和永磁驱动轮23b位置相错，使得所述车体201的移动更加平稳；所述摄像机21具有补光灯，所述摄像机21呈密封地嵌设于所述车体的左右两侧壁及前侧壁中；所述测距传感器22安装于所述车体201的左右两侧壁上。其中，所述车体201的前侧壁上转动连接有前端连接体202，所述前端连接体202的前端具有与检测设备呈插拔连接的接口26，其中所述车体内还设有控制所述前端连接体202转动的前端电机，所述前端电机控制所述前端连接体202相对于所述车体201转动。所述车体201的后侧壁上枢转地连接有后端连接体203，所述后端连接体203呈三角形状。当然，所述后端连接体203也可以呈梯形或者具有弧形边的块状物，用于增强爬壁机器人200的柔性以保证运动时与筒体10内壁的圆弧面的匹配性。

参考图6，所述爬壁机器人200还包括永磁万向导向轮25，所述车体201的底部及所述后端连接体203的底部均设置有所述永磁万向导向轮25，除了能增加本发明爬壁机器人200与筒体10的吸附能力，还能有效的对本发明爬壁机器人200改变移动方向时进行导向和提供转道辅助。参考图7，所述爬壁机器人200还包括呈弹性结构的清理片24a、24b，所述车体201的两侧贯穿开设安装孔28，所述永磁驱动轮23a、23b设置于所述安装孔28中，所述清理片24a、24b设置于所述车体201的正面上且伸入所述安装孔28中，并分别与所述永磁驱动轮23a、23b呈弹性地接触。通过清理片24a、24b能及时的清除粘附在永磁驱动轮23a、23b上的污垢、粘附物及泥渣等，确保永磁驱动轮23a、23b具有可靠稳定的吸附能力。具体地，每一所述安装孔28对应设置两所述清理片23a、23b，与所述安装孔28对应的两所述清理片23a、23b呈对称的倾斜设置。其中，本发明车体201采用基于整体、连续又适应于车体外形的密封环结构27，从而确保所述车体201的防水密封，可用于机器人本体20使用后的水枪冲洗去污。

参考图8，在一实施例中，所述检测设备包括多自由度云台检测机构70，所述多自由度云台检测机构70包括支撑件71、竖直俯仰转动件72、水平旋转件73、第二电机及第三电机，所述支撑件71的一端具有可插拔连接于所述接口26内的插接端，所述支撑件71的另一端与所述竖直俯仰转动件72呈沿竖直方向转动的连接，所述第二电机呈密封地安装于所述支撑件71内并控制所述竖直俯仰转动件72沿竖直方向转动，所述水平旋转件73与所述竖直俯仰转动件72呈沿水平方向转动的连接，所述第三电机呈密封地安装于所述竖直俯仰转动件72内并控制所述水平旋转件73沿水平方向转动，所述水平旋转件73的端部上设置有所述摄像机21。

继续参考图8，所述支撑件71的一端具有可插拔连接于所述接口26内的插接端，多自由度云台检测机构70籍由插接端插入与其对应的接口100中，使得多自由度云台检测机构70牢固的固定在前端连接体202上，同时还使得多自由度云台检测机构70与车体201内的电子元件之间实现电性连接，所述支撑件71的另一端与所述竖直俯仰转动件72呈沿竖直方向转动的连接，所述第二电机呈密封地安装于所述支撑件71内并控制所述竖直俯仰转动件72沿竖直方向转动，所述水平旋转件73与所述竖直俯仰转动件72呈沿水平方向转动的连接，所述第三电机呈密封地安装于所述竖直俯仰转动件72内并控制所述水平旋转件73沿水平方向转动，所述摄像机21具有补光灯，所述摄像机21呈密封地嵌设于所述水平旋转件73中，工作时该多自由度云台检测机构70随车体201同步移动，且该多自由度云台检测机构还根据具体的检测环境，通过第二电机驱动竖直俯仰转动件72沿竖直方向转动及第三电机驱动水平旋转件73沿水平方向转动来使得，水平旋转件73上的摄像机21处于合理的位置并进行检测，水平旋转件73上的摄像机21的补光灯能确保摄像机21所检测的部位具有足够的亮度，从而能高效率且精准的对核电站蒸汽发生器二次侧的筒体内壁进行检测。以下继续对本发明所述爬壁机器人200作进一步详细的说明：

如图8所示，所述支撑件71呈远离所述车体201的底部的弯折结构，呈弯折结构的支撑件71使得转动连接于其上的竖直俯仰转动件72的转动空间更大，也使得转动连接于竖直俯仰转动件72上的水平旋转件73的转动空间更大，进而使得水平旋转件73上安装的摄像机21的活动空间更大，进一步的提高了检测的效率及精准性。具体地，所述支撑件71包括支撑部711及弯折部712，所述支撑部711的一端形成所述插接端，所述支撑部711的另一端朝远离所述车体201的底部的方向弯折延伸形成所述弯折部712，所述竖直俯仰转动件72呈沿竖直方向转动的连接于所述弯折部712上，由于弯折部712朝远离所述车体201的底部的方向，使得弯折部712相对于车体201的底部为向上呈翘起状，使得工作时弯折部712与筒体内壁之间保持一定的距离，有效的避免了弯折部712与筒体内壁发生碰撞，进一步确保了转动连接于弯折部712上的竖直俯仰转动件72具有足够大的转动空间，也使得转动连接于竖直俯仰转动件72上的水平旋转件73具有足够大的转动空间，确保了使用本发明爬壁机器人200进行检测的高精准性和高效率；更具体地，所述竖直俯仰转动件72的自由端具有凹口731，所述水平旋转件73位于所述凹口731中并与所述竖直俯仰转动件72呈沿水平方向转动的连接，通过将水平旋转件73设置于竖直俯仰转动件72的凹口731中，使得设于水平旋转件73上的摄像机21也位于凹口731中，使得在检测时，水平旋转件73上的摄像机21不会与筒体内壁直接接触，避免了摄像机21与筒体内壁发生碰撞，同时也使得摄像机21与筒体内壁之间始终保持有一定距离，从而为摄像机21采集筒体内壁信息提供了有效的采集区，并且凹口731将摄像机21的补光灯所发出光线更加集中的射向摄像机21所检测的区域，提高了摄像机21检测区域的亮度，确保了检测的有效性和精准性，假如摄像机21与筒体10内壁之间没有距离(即：摄像机贴于筒体内壁)时，摄像机21的镜头完全被遮挡且无法对焦，无法进行有效的检测。

参考图9，在另一实施例中，所述检测设备包括伸缩臂检测机构80，所述伸缩臂检测机构80包括支撑体81、伸缩臂82、回卷结构及第四电机，所述支撑体84的具有凸伸出的可插拔连接于所述接口内的插接端，所述伸缩臂82呈薄片状结构，所述支撑体81呈中空结构，所述回卷结构和所述第四电机均呈密封地安装于所述支撑体81内，所述伸缩臂82的起始端固定并缠绕于所述回卷结构上，所述回卷结构与所述第四电机连接，籍由所述第四电机控制所述回卷结构的转动实现所述伸缩臂82的伸缩，所述伸缩臂82的末端上设有所述摄像机21。工作时该伸缩臂检测机构80随车体201同步移动，且该伸缩臂检测机构80还根据具体的检测环境，通过第四电机驱动回卷结构转动，使得缠绕于回卷结构上的伸缩臂82向外伸出(即：逐渐减小伸缩臂缠绕于回卷结构上的长度)或收缩(即：逐渐增加伸缩臂缠绕于回卷结构上的长度)，如第四电机顺时针转动时使回卷结构收缩伸缩臂82，即伸缩臂82收缩，则当第四电机逆时针转动时回卷结构则释放伸缩臂82，即伸缩臂82伸出，反义亦然；由于伸缩臂82能进行伸缩，因此伸缩臂82上的摄像机21能调整到合理的位置对筒体内壁进行检测；同样由于伸缩臂82的薄片状结构，使得伸缩臂82能顺利的伸入至传热管的管束之间，使得摄像机21能直接对管束之间的区域进行检测，并且摄像机21也能顺利的从传热管的管束之间收缩回，摄像机21的补光灯能确保摄像机21所检测的部位具有足够的亮度，从而能高效率且精准的对核电站蒸汽发生器二次侧的筒体内壁和传热管的管束之间区域进行检测。以下继续结合图9对本发明爬壁机器人作进一步详细的说明：

如图9所示，所述回卷结构包括回卷轮及弹性元件，所述第四电机的输出轴连接于所述回卷轮的中心处，所述弹性元件的一端与所述回卷轮连接，所述弹性元件的另一端与所述支撑体81连接，所述回卷轮的转动引起所述弹性元件的弹性形变，回卷轮的转动将使得伸缩臂82向外伸出(即：逐渐减小伸缩臂缠绕于回卷轮上的长度)或收缩(即：逐渐增加伸缩臂缠绕于回卷轮上的长度)，如回卷轮顺时针转时使伸缩臂82收缩，则回卷轮逆时针转时则使伸缩臂82伸出(即，回卷轮释放伸缩臂)，反义亦然；回卷轮的转动将使得弹性元件发生弹性的形变，从而使得弹性元件产生恢复力；因此当第四电机带动回卷轮转动并使伸缩臂82逐渐向往伸出时，此时弹性元件产生使回卷轮复位的弹性恢复力(即，使得伸缩臂收缩的恢复力)，当伸缩臂82伸出至需要的长度时，便能将摄像机21送入至需要检测的合理位置，从而确保了检测的精准性和可靠性，当检测完毕后需要收缩回伸缩臂82时，通过让第四电机停止工作或让第四电机的转动力小于回卷轮所具有的弹性恢复力，此时回卷轮在在弹性元件的弹性恢复力作用下将反向转动，从而将伸出的伸缩臂82收缩于回卷轮上，进而可进行下一位置的精确检测；同样由于伸缩臂82的薄片状结构，使得伸缩臂82能顺利的伸入至传热管的管束之间，使得摄像机21能直接对管束之间的区域进行检测，并且摄像机21也能顺利的从传热管的管束之间收缩回。

如图9所示，所述支撑体81呈远离所述车体201的底部的弯折结构；呈弯折结构的支撑体81使得本发明的长度更短，更加利于车体201在筒体内壁移动，增强了车体201在筒体内壁的移动灵活性和移动空间，进而使得伸缩臂82上安装的摄像机21的活动空间更大，进一步的提高了检测的效率及精准性；具体地，所述支撑体81包括支撑部811及弯折部812，所述支撑部811的一端形成所述插接端210，所述支撑部811的另一端朝远离所述车体201的底部的方向弯折延伸形成所述弯折部812，所述弯折部812呈中空结构，所述回卷结构和所述第四电机均安装于所述弯折部812内；由于弯折部812朝远离所述车体201的底部的方向，使得弯折部812相对于车体201的底部为向上呈翘起状，有效的避免了弯折部812与筒体内壁发生碰撞，进一步并增强了车体201在筒体内壁的移动灵活性和移动空间，确保了使用本发明进行检测的高精准性和高效率。

上述几个实施例中，由于本发明爬壁机器人200的电机及摄像机21均呈密封地设置，使得这些具有电子元件的设备能有效的与外界隔离，尤其与水隔离，大大的延长了本发明爬壁机器人200的使用寿命，且可用水直接清洗，结构简单实用；值得注意的是，本发明的第一电机、第二电机、第三电机及第四电机均为普通的电机即可，其结构及工作原理，均为本领域普通技术人员所熟知的，在此不再作详细的说明；并且第一电机、第二电机、第三电机及第四电机可为相同型号的电机。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (15)

1.一种用于核电站蒸汽发生器二次侧的爬壁机器人位置跟踪方法，其特征在于，所述爬壁机器人吸附于核电站蒸汽发生器二次侧的筒体内壁上，且其上安装有摄像机、加速度传感器、测距传感器、陀螺仪和驱动机构的电机编码器，所述爬壁机器人位置跟踪方法包括：

(1)建立所述爬壁机器人在所述筒体内壁上的位置坐标系，具体包括：以所述筒体底面圆心为原点，以平行于所述筒体底面上的某一朝向为X轴，以垂直于所述筒体底面的某一朝向为Y轴，建立所述爬壁机器人位置的坐标系(x、ω、h)，x等于所述筒体半径，ω为所述爬壁机器人至原点的连线与所述X轴之间的夹角，h为所述爬壁机器人在所述Y轴上的坐标值；

(2)实时获得所述爬壁机器人在所述筒体内壁上的当前位置，具体包括：依据所述加速度传感器、测距传感器、陀螺仪和电机编码器获取所述爬壁机器人的位置检测信号，依据所述摄像机获取所述爬壁机器人的视频数据，依据所述位置检测信号和视频数据计算所述当前位置的ω值和h值，从而得到所述爬壁机器人的当前位置坐标(x、ω、h)。

2.如权利要求1所述的用于核电站蒸汽发生器二次侧的爬壁机器人位置跟踪方法，其特征在于，获得所述当前位置的方法包括：(21)依据加速度传感器和陀螺仪测得的数据计算所述爬壁机器人与水平方向的夹角θ，依据电机编码器信息推算所述爬壁机器人的里程数据，依据所述夹角θ和里程数据计算所述当前位置的ω值，以获得第一组数据；(22)依据所述测距传感器测得的数据和θ值计算所述当前位置的h值，以获得第二组数据；(23)依据所述摄像机测得的视频数据计算所述当前位置的ω值，以获得第三组数据；(24)将所述第一组数据、第二组数据、第三组数据进行处理以获得所述当前位置的ω值和h值，从而得到所述爬壁机器人的当前位置坐标(x、ω、h)，所述爬壁机器人的当前位置的x值等于所述筒体的半径R。

3.如权利要求2所述的用于核电站蒸汽发生器二次侧的爬壁机器人位置跟踪方法，其特征在于，所述步骤(21)中计算所述爬壁机器人与水平方向夹角θ的步骤为：依据所述加速度传感器计算所述爬壁机器人与水平方向夹角θ，依据所述陀螺仪测得的数据校正所述爬壁机器人与水平方向夹角θ。

4.如权利要求2所述的用于核电站蒸汽发生器二次侧的爬壁机器人位置跟踪方法，其特征在于，所述步骤(21)中计算所述ω值的具体步骤为：依据加速度传感器和陀螺仪测得的数据计算所述爬壁机器人与水平方向的夹角θ，以获得夹角θ的角度值θ(t)，依据所述电机编码器的检测到的数据计算所述爬壁机器人的速度V(t)，依据公式计算所述当前位置的ω值。

5.如权利要求2所述的用于核电站蒸汽发生器二次侧的爬壁机器人位置跟踪方法，其特征在于，所述步骤(22)的具体步骤包括：获得所述测距传感器检测到的距离数据T(t)，通过公式h(t)＝T(t)cosθ计算所述当前位置的h值。

6.如权利要求2所述的用于核电站蒸汽发生器二次侧的爬壁机器人位置跟踪方法，其特征在于，所述步骤(22)包括：

获得所述测距传感器检测到的距离数据T(t)；

依据公式计算临界角α，l为所述测距传感器距离所述筒体内壁的距离；依据公式计算所述当前位置的h值。

7.如权利要求2所述的用于核电站蒸汽发生器二次侧的爬壁机器人位置跟踪方法，其特征在于，所述步骤(23)中计算所述ω值的具体步骤为：获得所述摄像机获得的视频数据，使用边缘检测算法和Hough变换计算出蒸汽发生器二次侧的筒体内部管道相对于所述爬壁机器人的位置，对比所述蒸汽发生器二次侧的筒体内部管道分布图纸，获得所述当前位置的ω值。

8.如权利要求2所述的用于核电站蒸汽发生器二次侧的爬壁机器人位置跟踪方法，其特征在于，所述步骤(24)之前还包括：采用卡尔曼滤波算法处理所述第一组数据、第二组数据、第三组数据。

9.如权利要求2所述的用于核电站蒸汽发生器二次侧的爬壁机器人位置跟踪方法，其特征在于，所述步骤(24)包括：所述第一组数据符合高斯分布的估计N₁(μ，σ²)，所述第二组数据符合高斯分布的估计N₂(μ，σ²)，所述第三组数据符合高斯分布的估计N₃(μ，σ²)，通过公式N(μ，σ²)＝ω₁N₁*ω₂N₂*ω₃N₃进行加权计算获得对所述爬壁机器人当前位置分布的估计N(μ，σ²)，ω₁、ω₂、ω₃为所述N₁、N₂、N₃的权重，以所述N(μ，σ²)的峰值作为所述爬壁机器人的当前位置的坐标(x、ω、h)。

10.如权利要求1所述的用于核电站蒸汽发生器二次侧的爬壁机器人位置跟踪方法，其特征在于，所述爬壁机器人包括：

车体，所述车体呈扁平状且其内安装有加速度传感器、陀螺仪；

驱动机构，包括永磁驱动轮及第一电机，所述第一电机呈密封地设置于车体内，所述第一电机的输出轴与所述永磁驱动轮连接，所述永磁驱动轮位于所述车体的底部两侧，且还凸伸出所述车体的底部；及

摄像机，所述摄像机具有补光灯，所述摄像机呈密封地嵌设于所述车体的左右两侧壁及前侧壁中；

测距传感器，呈密封地嵌设于所述车体的左右两侧壁中。

11.如权利要求10所述的用于核电站蒸汽发生器二次侧的爬壁机器人位置跟踪方法，其特征在于，所述爬壁机器人还包括转动连接于所述车体的前侧壁上的前端连接体和前端电机，所述前端电机控制所述前端连接体相对于所述车体转动，所述前端连接体的前端具有接口，所述爬壁机器人包括与所述接口呈插拔连接的检测设备。

12.如权利要求10所述的用于核电站蒸汽发生器二次侧的爬壁机器人位置跟踪方法，其特征在于，所述爬壁机器人还包括后端连接体，所述后端连接体呈三角形状且枢转地连接于所述车体的后侧壁上。

13.如权利要求12所述的用于核电站蒸汽发生器二次侧的爬壁机器人位置跟踪方法，其特征在于，所述爬壁机器人还包括永磁万向导向轮，所述车体的底部及所述后端连接体的底部均设置有所述永磁万向导向轮。

14.如权利要求10所述的用于核电站蒸汽发生器二次侧的爬壁机器人位置跟踪方法，其特征在于，所述爬壁机器人还包括呈弹性结构的清理片，所述车体的两侧贯穿开设安装孔，所述永磁驱动轮设置于所述安装孔中，所述清理片设置于所述车体的正面上且伸入所述安装孔中。

15.如权利要求14所述的用于核电站蒸汽发生器二次侧的爬壁机器人位置跟踪方法，其特征在于，每一所述安装孔对应设置两所述清理片，与所述安装孔对应的两所述清理片呈对称的倾斜设置。