CN109490831B - 储罐底板在线检测机器人定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储罐底板在线检测机器人定位方法及系统。定位方法中，在储罐内液面以下设置至少6个声波接收换能器，且声波接收换能器位于声波发射换能器上方；具体步骤包括：对在当前定位周期内接收到声波发射换能器发出的声波信号的声波接收换能器进行分组，每组包括至少3个声波接收换能器，每组声波接收换能器中至少有一个声波接收换能器距离储罐底板的高度与其他声波接收换能器距离储罐底板的高度不同；根据声波信号接收时差、声波接收换能器的位置坐标及声波传播速度计算得到在线检测机器人当前的位置坐标，并基于在线检测机器人的运动距离对计算结果进行合理性验证。采用该方法可对储罐底板在线检测机器人进行精确定位。

Description

储罐底板在线检测机器人定位方法及系统

技术领域

本发明涉及机器人定位技术领域，特别涉及一种储罐底板在线检测机器人定位方法及系统。

背景技术

外浮顶立式储罐是存储石油的重要设备。外浮顶立式储罐通常采用金属材料制造，金属材料的腐蚀严重威胁储罐的安全使用。有关统计资料表明，储罐底板腐蚀约占储罐腐蚀的80％。因此，需要定期对储罐底板的腐蚀情况进行检测。目前较为先进的储罐底板腐蚀情况检测方法是利用在线检测机器人对储罐底板的腐蚀情况进行检测。具体来说，是将在线检测机器人放置在储罐的底板上，控制在线检测机器人在储罐底板上运动，在线检测机器人将储罐底板的情况传输至控制系统，工作人员根据在线检测机器人采集的数据对储罐底板的腐蚀情况进行判断。在线检测机器人通常还具有定位能力，以便工作人员能够掌握储罐底板出现腐蚀部位的位置。

目前，在线检测机器人通常通过以下方法定位：在在线检测机器人的机身上设置声波发射换能器，在外浮顶立式储罐的外壁上设置多个声波接收换能器，且声波发射换能器和声波接收换能器与储罐底板之间的距离相同。基于声波发射换能器发出的声波达到声波接收换能器的时差来确定在线检测机器人的位置。

在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：

现有的在线检测机器人的定位方法中，声波接收换能器设置在储罐外壁，声波发射换能器发出的声波在经过罐壁时会发生衰减，影响在线检测机器人定位的精确度。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供一种能够实现在线检测机器人精确定位的储罐底板在线检测机器人定位方法及系统。

具体而言，包括以下的技术方案：

一方面，本发明实施例提供了一种储罐底板在线检测机器人定位方法，所述在线检测机器人的机身上设置有声波发射换能器，在所述储罐内液面以下设置至少6个声波接收换能器，且所述声波接收换能器位于所述声波发射换能器上方；所述方法包括以下步骤：

S1、对在当前定位周期内接收到所述声波发射换能器发出的声波信号的所述声波接收换能器进行分组，每组包括至少3个所述声波接收换能器，每组所述声波接收换能器中至少有一个所述声波接收换能器距离所述储罐底板的高度与其他所述声波接收换能器距离所述储罐底板的高度不同，每组所述声波接收换能器在所述储罐底板上的投影不在同一条直线上；

S2、根据任意一组声波接收换能器中每个所述声波接收换能器的位置坐标、每个所述声波接收换能器接收到所述声波信号的时间与所述声波发射换能器发出所述声波信号的时间的时间差、以及声波在所述储罐内的液体中的传播速度，计算得到所述在线检测机器人当前的位置坐标；

S3、根据所述在线检测机器人当前的位置坐标以及上一个定位周期内的位置坐标得到所述在线检测机器人在两个定位周期内的移动距离的计算值H，根据所述在线检测机器人的运行速度得到所述在线检测机器人在两个定位周期内的移动距离的实际值L₁；

S4，判断|1-H/L₁|的值是否小于或者等于预设值，如果是，则以步骤S2得到的位置坐标作为所述在线检测机器人在当前定位周期内的有效位置坐标。

进一步地，步骤S4中，判断|1-H/L₁|的值是否小于或者等于预设值，如果否，则重新执行步骤S2。

进一步地，在步骤S1之前，所述定位方法还包括：

在当前定位周期内，所述声波发射换能器发射所述声波信号；

记录每个所述声波接收换能器接收到所述声波信号的时间与所述声波发射换能器发出所述声波信号的时间的时间差以及接收到所述声波信号的声波接收换能器的数量；

判断接收到所述声波信号的声波接收换能器的数量是否大于或者等于3，如果是，则执行步骤S1，如果否，则所述声波发射换能器重新发出所述声波信号。

进一步地，所述定位方法还包括：对所述在线检测机器人的位置进行初始化；

所述对所述在线检测机器人的位置进行初始化，包括：

a、对在当前定位周期内接收到所述声波发射换能器发出的声波信号的所述声波接收换能器进行分组，每组包括至少3个所述声波接收换能器，每组所述声波接收换能器中至少有一个所述声波接收换能器距离所述储罐底板的高度与其他所述声波接收换能器距离所述储罐底板的高度不同，每组所述声波接收换能器在所述储罐底板上的投影不在同一条直线上；

b、根据每组声波接收换能器中每个所述声波接收换能器的位置坐标、每个所述声波接收换能器接收到所述声波信号的时间与所述声波发射换能器发出所述声波信号的时间的时间差、以及声波在所述储罐内的液体中的传播速度，得到至少一个所述在线检测机器人的初始位置坐标；

c，使所述在线检测机器人移动一段预设距离L₂，重复执行步骤a和b，得到至少一个所述在线检测机器人的移动后的位置坐标；

d，计算所述在线检测机器人的初始位置坐标的平均值和移动后的位置坐标的平均值，并根据所述初始位置坐标的平均值和所述移动后的位置坐标的平均值得到所述在线检测机器人移动距离的计算值D；

e，判断D/L₂的值是否在预设范围内，如果是，则以所述初始位置坐标的平均值作为初始化结果。

进一步地，当步骤a中分组的数量大于或者等于3组时，步骤b具体包括：

根据每组声波接收换能器中每个所述声波接收换能器的位置坐标、每个所述声波接收换能器接收到所述声波信号的时间与所述声波发射换能器发出所述声波信号的时间的时间差、以及声波在所述储罐内的液体中的传播速度，分别得到每组声波接收换能器对应的所述在线检测机器人的初始位置坐标；

对每组声波接收换能器对应的所述在线检测机器人的初始位置坐标进行聚类，并保留个体数量最多的类；

在步骤d中，计算个体数量最多的类中所述初始位置坐标的平均值以及所述移动的位置坐标的平均值。

进一步地，步骤S1中，每3个所述声波接收换能器分为一组；步骤S2中，根据三点定位算法计算得到所述在线检测机器人当前的位置坐标。

进一步地，步骤a中，每3个所述声波接收换能器分为一组；步骤b中，根据三点定位算法分别计算得到每组声波接收换能器对应的所述在线检测机器人的初始位置坐标及移动后的位置坐标。

进一步地，采用全站仪获取每个所述声波接收换能器的坐标。

进一步地，所述声波发射换能器和所述声波接收换能器的形状均为球型。

另一方面，本发明实施例提供了一种储罐底板在线检测机器人定位系统，用于实施本发明实施例第一方面所述的定位方法，所述储罐为外浮顶储罐，所述定位系统包括：

设置在所述在线检测机器人的机身上的声波发射换能器，以及至少6个声波接收换能器以及与每个所述声波接收换能器对应的、用于固定所述声波接收换能器的固定装置；

所述固定装置包括连接管以及卡盘；

所述连接管的下端穿过所述外浮顶储罐的浮盘上的立柱套管伸入所述外浮顶储罐内部，所述连接管的上端位于所述立柱套管外部；

所述卡盘套设在所述连接管位于所述立柱套管外部的部分上，所述卡盘的外径大于所述立柱套管的外径；

所述声波接收换能器固定在所述连接管的下端。

进一步地，所述连接管为两端开放且中空的管体，所述声波接收换能器的信号线通过所述连接管从所述外浮顶储罐内部穿出。

进一步地，所述固定装置还包括：配重块，所述配重块套设在所述连接管位于所述立柱套管外部的部分且位于所述卡盘上方；所述配重块的侧面沿所述连接管的长度方向设置有开口。

进一步地，所述连接管的材质为聚氨酯，所述配重块的材料为混凝土。

进一步地，所述声波发射换能器和所述声波接收换能器的形状均为球型。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果：

本发明实施例提供的储罐底板在线检测机器人的定位方法中，通过将声波接收换能器设置在储罐内部液面以下，并且对根据声波发射换能器发出的声波达到声波接收换能器的时差来确定在线检测机器人的位置的方法做了相应的优化改进，从而实现在线检测机器人的精确定位，进而使工作人员能够准确掌握储罐底板的腐蚀情况，保证储罐的使用安全。

本发明实施例提供的定位方法尤其适合于对用于外浮顶储罐底板腐蚀情况检测的在线检测机器人进行定位。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍

图1为根据一示例性实施例示出的一种储罐底板在线检测机器人定位方法的流程图；

图2为根据一示例性实施例示出的另一种储罐底板在线检测机器人定位方法的流程图；

图3为根据一示例性实施例示出的又一种储罐底板在线检测机器人定位方法的流程图；

图4为根据一示例性实施例示出的一种储罐底板在线检测机器人定位方法中对在线检测机器人的位置进行初始化的方法的流程图；

图5为根据一示例性实施例示出的另一种储罐底板在线检测机器人定位方法中对在线检测机器人的位置进行初始化的方法的流程图；

图6为根据一示例性实施例示出的一种储罐底板在线检测机器人定位系统的立体结构示意图；

图7为根据一示例性实施例示出的一种储罐底板在线检测机器人定位系统的俯视结构示意图；

图8为根据一示例性实施例示出的一种储罐底板在线检测机器人定位系统中固定装置的结构示意图。

图中附图标记分别表示：

1-浮盘；

2-立柱；

3-立柱套管；

4-人孔；

5-固定装置；

51-连接管；

52-卡盘；

53-配重块；

6-在线检测机器人；

7-声波发射换能器；

8-声波接收换能器。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。

图1示出了一种储罐底板在线检测机器人定位方法，该定位方法是基于设置在在线检测机器人的机身上的声波发射换能器以及设置在储罐内液面以下的声波接收换能器实现的，其中，声波接收换能器至少设置有6个，并且声波接收换能器位于声波发射换能器上方。

如图1所示，该定位方法具体包括以下步骤：

步骤101、对在当前定位周期内接收到声波发射换能器发出的声波信号的声波接收换能器进行分组，每组包括至少3个声波接收换能器，每组声波接收换能器中至少有一个声波接收换能器距离储罐底板的高度与其他声波接收换能器距离储罐底板的高度不同，每组声波接收换能器在储罐底板上的投影不在同一条直线上。

步骤102、根据任意一组声波接收换能器中每个声波接收换能器的位置坐标、每个声波接收换能器接收到声波信号的时间与声波发射换能器发出声波信号的时间的时间差、以及声波在储罐内的液体中的传播速度，计算得到在线检测机器人当前的位置坐标。

步骤103、根据在线检测机器人当前的位置坐标以及上一个定位周期内的位置坐标得到在线检测机器人在两个定位周期内的移动距离的计算值H，根据在线检测机器人的运行速度得到在线检测机器人在两个定位周期内的移动距离的实际值L₁。

步骤104，判断|1-H/L₁|的值是否小于或者等于预设值，如果是，则以步骤102得到的位置坐标作为在线检测机器人在当前定位周期内的有效位置坐标；如果否，则重新执行步骤102，根据另一组声波接收换能器中每个声波接收换能器的位置坐标、每个声波接收换能器接收到声波信号的时间与声波发射换能器发出声波信号的时间的时间差、以及声波在储罐内的液体中的传播速度，计算得到另一个在线检测机器人当前的位置坐标，在判断基于该位置坐标的|1-H/L₁|的值是否小于或者等于预设值，直至根据某一组声波接收换能器的有关数据得到的位置坐标满足|1-H/L₁|的值小于或者等于预设值的要求。

本发明实施例提供的储罐底板在线检测机器人的定位方法中，通过将声波接收换能器设置在储罐内部液面以下，并且对根据声波发射换能器发出的声波达到声波接收换能器的时差来确定在线检测机器人的位置的方法做了相应的优化改进，从而实现在线检测机器人的精确定位，进而使工作人员能够准确掌握储罐底板的腐蚀情况，保证储罐的使用安全。

本发明实施例中，储罐内部是指储罐内除内壁以外的区域。

进一步地，本发明实施例提供的定位方法中，在步骤101之前还可包括以下步骤：在当前定位周期内，声波发射换能器发射声波信号；记录每个声波接收换能器接收到声波信号的时间与声波发射换能器发出声波信号的时间的时间差以及接收到声波信号的声波接收换能器的数量；判断接收到声波信号的声波接收换能器的数量是否大于或者等于3，如果是，则执行步骤101，如果否，则声波发射换能器重新发出声波信号。

进一步地，本发明实施例提供的定位方法中，还可包括对在线检测机器人在储罐底板的位置进行初始化的步骤，以提高定位的准确性。

进一步地，本发明实施例中，可根据实际需要设置参考坐标系来确定声波接收换能器和在线检测机器人的位置坐标。可以理解的是，参考坐标系为立体坐标系，可以以储罐底板的某个点，例如储罐底板的中心作为坐标原点，也可根据实际情况选择储罐外的某个点作为坐标原点

图2示出了另一种储罐底板在线检测机器人定位方法，该定位方法是基于设置在在线检测机器人的机身上的声波发射换能器以及设置在储罐内液面以下的声波接收换能器实现的，其中，声波接收换能器至少设置有6个，并且声波接收换能器位于声波发射换能器上方，其中，储罐内部是指储罐内除内壁以外的区域。

如图2所示，该定位方法包括以下步骤：

步骤201，对在线检测机器人的位置进行初始化。

当需要对储罐底板的腐蚀情况进行检测时，通过储罐罐顶的人孔将设置有声波发射换能器在线检测机器人下放至储罐底板后，对在线检测机器人的位置进行初始化。

如图4所示，对在线检测机器人的位置进行初始化的具体步骤包括：

步骤2011，在当前定位周期内，声波发射换能器发射声波信号，记录每个声波接收换能器接收到声波信号的时间与声波发射换能器发出声波信号的时间的时间差以及接收到声波信号的声波接收换能器的数量。

在在线检测机器人运行过程中，声波发射换能器每隔预设时间发出一次声波信号，声波发射换能器相邻两次发出声波信号的时间间隔即为一个定位周期。在当前声波信号发出后至下一次声波信号发出之前的时间内，声波接收换能器接收到的声波信号都应作为计算当前定位周期内在线检测机器人的位置坐标的数据。

步骤2012，判断接收到声波信号的声波接收换能器的数量是否大于或者等于3，如果是，则继续执行后续的步骤2013，如果否，则重新执行步骤2011，即声波发射换能器重新发出声波信号，重新记录每个声波接收换能器接收到声波信号的时间与声波发射换能器发出声波信号的时间的时间差以及接收到声波信号的声波接收换能器的数量。

由于声波接收换能器所处位置的不同，有些声波接收换能器可能在一个定位周期内接收不到声波信号，而在后续的位置坐标计算过程中，至少需要有3个声波接收换能器接收到声波信号，因此，在进行后续步骤之前，先对接收到声波信号的声波接收换能器的数量进行统计，如果接收到声波信号的声波接收换能器的数量小于3个，则控制在线检测机器人移动一段距离后再重新发出声波信号。

步骤2013，对在当前定位周期内接收到声波发射换能器发出的声波信号的声波接收换能器进行分组，每组包括至少3个声波接收换能器，每组声波接收换能器中至少有一个声波接收换能器距离储罐底板的高度与其他声波接收换能器距离储罐底板的高度不同，每组声波接收换能器在储罐底板上的投影不在同一条直线上。

作为优选，每组声波接收换能器中所有声波接收换能器距离储罐底板的高度均不同，这样有利于增加在线检测机器人的位置坐标的计算的准确性。更优选地，所有的声波接收换能器距离储罐底板的高度均不同，这样在对声波接收换能器进行分组时就能够保证每组声波接收换能器中各声波接收换能器距离储罐底板的高度均不同。各声波接收换能器距离储罐底板的高度的具体数值本发明实施例不作特殊限定，可以根据实际情况进行设置。

步骤2014，根据每组声波接收换能器中每个声波接收换能器的位置坐标、每个声波接收换能器接收到声波信号的时间与声波发射换能器发出声波信号的时间的时间差、以及声波在储罐内的液体中的传播速度，得到至少一个在线检测机器人的初始位置坐标。

该步骤中，每个声波接收换能器的位置坐标可通过全站仪测定获得。可根据实际需要设置参考坐标系来确定声波接收换能器和在线检测机器人的位置坐标。可以理解的是，参考坐标系为立体坐标系(对于在线检测机器人来说，由于其在储罐底板上运行时高度方向的位置基本不会变化，因此其Z轴方向的坐标变化较小)。可以以储罐底板的某个点，例如储罐底板的中心作为坐标原点，也可根据实际情况选择储罐外的某个点作为坐标原点。

可以理解的是，根据每个声波接收换能器接收到声波信号的时间与声波发射换能器发出声波信号的时间的时间差、以及声波在储罐内的液体中的传播速度可以得到每个声波接收换能器与声波发射换能器之间距离，再已知每个声波接收换能器的位置坐标，则相当于根据多个点的坐标以及多个点到未知点的距离计算未知点的坐标。

例如，当步骤2013中将每3个声波接收换能器分为一组时，则在该步骤中，可根据三点定位算法分别计算得到每组声波接收换能器对应的在线检测机器人的初始位置坐标。当步骤2013中将每4个声波接收换能器分为一组时，可根据GPS(Global PositioningSystem，全球定位系统)定位原理来计算每组声波接收换能器对应的在线检测机器人的初始位置坐标。

需要说明的是，对于采用三点定位算法计算在线检测机器人的初始位置坐标来说，由于声波信号采集过程中会引入随机误差，实际上很难找到一个共同的交点，因此，可以通过最小二乘法得到误差最小的解。

如果步骤2014中仅得到了一个在线检测机器人的初始位置坐标，则可直接以该初始位置坐标作为初始化结果，如果步骤2014中得到了两个或者两个以上的在线检测机器人的初始位置坐标，则可直接以多个初始位置坐标的平均值作为初始化结果。为了使初始化结果更加准确，本发明实施例提供的初始化方法还包括后续步骤2015～步骤2017以在线检测机器人运行距离为基准进行合理性验证的步骤。

步骤2015，使在线检测机器人移动一段预设距离L₂，重复执行步骤2011～步骤2014，得到至少一个在线检测机器人的移动后的位置坐标。

步骤2016，计算在线检测机器人的初始位置坐标的平均值和移动后的位置坐标的平均值，并根据初始位置坐标的平均值和移动后的位置坐标的平均值得到在线检测机器人移动距离的计算值D。

步骤2017，判断D/L₂的值是否在预设范围内，如果是，则以初始位置坐标的平均值作为初始化结果。

其中，D/L₂的取值的预设范围没有严格限定，可以根据实际需要进行设定，例如，0.95≤D/L₂≤1.05。

可以理解的是，步骤2017中，如果D/L₂的值不在预设范围内，则需要重新执行步骤2011，重新进行位置初始化。

为了进一步提高位置初始化的准确性，声波接收换能器的分组数量优选大于或者等于3组，同时，步骤2014具体包括：

步骤20141，根据每组声波接收换能器中每个声波接收换能器的位置坐标、每个声波接收换能器接收到声波信号的时间与声波发射换能器发出声波信号的时间的时间差、以及声波在储罐内的液体中的传播速度，分别得到每组声波接收换能器对应的在线检测机器人的初始位置坐标；

步骤20142，对每组声波接收换能器对应的在线检测机器人的初始位置坐标进行聚类，并保留个体数量最多的类。

在步骤2016中，计算个体数量最多的类中初始位置坐标的平均值以及移动后的位置坐标的平均值。

其中，可以采用K-means聚类算法。

本发明实施例提供的初始化方法中，还可对每个声波接收换能器进行编号、并设置类计数器、循环计数器等，基于此，在本发明实施例一种可选的实施方式中，如图5所示，具体通过以下步骤对在线检测机器人的位置进行初始化。

1、对每个声波接收换能器进行编号，分别为Q₁，Q₂，……,Q_n，n≥6，并设置类计数器j＝2。

2、在一个有效的定位周期内，从在线检测机器人的声波发射换能器发射声波信号开始，记录接收到声波信号的声波接收换能器的序号及接收时差，并统计接收到声波信号的声波接收换能器的数量m。

3、判断接收到声波信号的声波接收换能器的数量m是否大于或者等于3，如果是则执行步骤4，如果否则重复执行步骤2(即控制在线检测机器人移动一段距离后重新发射声波信号)。

4、将接收到声波信号的声波接收换能器每3个分为一组，共分

组，每组3个声波接收换能器距离储罐底板的距离均不相同，且在储罐底板的投影不在同一条直线上，同时设置循环计数器

5、针对第i个分组，根据第i个分组中每个声波接收换能器的位置坐标、声波在储罐内的液体中的传播速度、以及接收时差，采用三点定位算法得到第i个分组对应的在线检测机器人的初始位置坐标P_i并保存。

6、循环计数器i减1；

7、判断循环计数器i是否大于0，如果是，则执行步骤5，如果否则执行步骤8。

8、对获得的

个在线检测机器人的初始位置坐标P_i基于绝对误差进行聚类，并保留个体数量最多的类，记为R₁。

9、类计数器j减1。

10、判断j是否大于0，如果是，则控制在线检测机器人运行一小段距离L₂，并重复执行步骤2至步骤7，得到在线检测机器人移动的位置坐标中个体数量最多的类，记为R₂；如果否执行步骤11。

11、计算类R₁和R₂的个体平均值，分别记为A₁和A₂，并根据A₁和A₂计算在线检测机器人移动距离的计算值D。

12、判断D/L₂的值是否满足0.95≤D/L₂≤1.05，如果是，则位置初始化过程结束，并将R₁的个体平均值A₁作为在线检测机器人的位置初始化结果；如果否，重新进行执行步骤1，重新进行位置初始化。

对在线检测机器人的位置初始化完成后进行在线检测机器人的定位。

步骤202，在当前定位周期内，声波发射换能器发射声波信号；记录每个声波接收换能器接收到声波信号的时间与声波发射换能器发出声波信号的时间的时间差以及接收到声波信号的声波接收换能器的数量。

声波发射换能器相邻两次发出声波信号的时间间隔即为一个定位周期。在当前声波信号发出后至下一次声波信号发出之前的时间内，声波接收换能器接收到的声波信号都应作为计算当前定位周期内在线检测机器人的位置坐标的数据。

步骤203，判断接收到声波信号的声波接收换能器的数量是否大于或者等于3，如果是，则执行步骤204，如果否，重新执行步骤202。

由于在后续的位置坐标计算过程中，至少需要3个声波接收换能器的数据，因此，如果接收到声波信号的声波接收换能器的数量小于3个，需要重新执行步骤202。

步骤204，对在当前定位周期内接收到声波发射换能器发出的声波信号的声波接收换能器进行分组，每组包括至少3个声波接收换能器，每组声波接收换能器中至少有一个声波接收换能器距离储罐底板的高度与其他声波接收换能器距离储罐底板的高度不同，每组声波接收换能器在储罐底板上的投影不在同一条直线上。

作为优选，每组声波接收换能器中所有声波接收换能器距离储罐底板的高度均不同，这样有利于增加在线检测机器人的位置坐标的计算的准确性。更优选地，所有的声波接收换能器距离储罐底板的高度均不同，这样在对声波接收换能器进行分组时就能够保证每组声波接收换能器中各声波接收换能器距离储罐底板的高度均不同。

步骤205，根据任意一组声波接收换能器中每个声波接收换能器的位置坐标、每个声波接收换能器接收到声波信号的时间与声波发射换能器发出声波信号的时间的时间差、以及声波在储罐内的液体中的传播速度，计算得到在线检测机器人当前的位置坐标。

与上述在线检测机器人位置初始化过程相同，当步骤204中将每3个声波接收换能器分为一组时，在该步骤中，可根据三点定位算法分别计算得到该组声波接收换能器对应的在线检测机器人的当前的位置坐标；当步骤204中将每4个声波接收换能器分为一组时，可根据GPS定位原理来计算该组声波接收换能器对应的在线检测机器人的当前的位置坐标。

可以通过最小二乘法得到误差最小的解。

步骤206，根据在线检测机器人当前的位置坐标以及上一个定位周期内的位置坐标得到在线检测机器人在两个定位周期内的移动距离的计算值H，根据在线检测机器人的运行速度得到在线检测机器人在两个定位周期内的移动距离的实际值L₁。

步骤207，判断|1-H/L₁|的值是否小于或者等于预设值，如果是，则以步骤205得到的位置坐标作为在线检测机器人在当前定位周期内的有效位置坐标。

通过步骤206和步骤207对步骤205中根据任意一组声波接收换能器的数据计算得到的在线检测机器人的当前位置坐标的合理性进行验证，如果满足要求，则以该位置坐标作为当前定位周期内的有效位置坐标，如果不满足要求，也即|1-H/L₁|的值没有在预设的范围内，则重新执行步骤205，根据另外一组声波接收换能器的相关数据计算得到另一个当前位置坐标，并对该当前位置坐标的合理性进行验证，直至找到满足要求的当前位置坐标。如果根据所有组声波接收换能器的数据对应得到的在线检测机器人的当前位置坐标均不符合要求，则需要重新进行步骤201中的位置初始化过程。

可以理解的是，在步骤206中，对于位置初始化后的第一个定位周期来说，对其进行合理性验证时的上一个定位周期内的位置坐标即为通过步骤201得到的初始坐标。

在步骤207中，对于|1-H/L₁|的预设范围本发明实施例不作特殊限定，可根据实际需要进行确定，例如可以设置为|1-H/L₁|≤0.05。

本发明实施例提供的定位方法中，也可将所有满足|1-H/L₁|小于或者等于预设值的在线检测机器人的当前位置坐标都保存下来，最终以|1-H/L₁|的值最小的当前位置坐标作为当前定位周期内的有效位置坐标，或者以所有满足|1-H/L₁|小于或者等于预设值的在线检测机器人的当前位置坐标的平均值作为当前定位周期内的有效位置坐标。

基于以上所述，在本发明实施例一种可选的实施方式中，如图3所示，具体通过以下步骤对在线检测机器人进行定位。

1、对每个声波接收换能器进行编号，分别为Q₁，Q₂，……,Q_n，n≥6。

2、在当前定位周期内，从在线检测机器人的声波发射换能器发射声波信号开始，记录接收到声波信号的声波接收换能器的序号及接收时差，并统计接收到声波信号的声波接收换能器的数量m。

3、判断接收到声波信号的声波接收换能器的数量m是否大于或者等于3，如果是则执行步骤4，如果否则重复执行步骤2。

4、将接收到声波信号的声波接收换能器每3个分为一组，共分

组，每组3个声波接收换能器距离储罐底板的距离均不相同，且在储罐底板的投影不在同一条直线上，同时设置循环计数器

5、针对第i个分组，根据第i个分组中每个声波接收换能器的位置坐标、声波在储罐内的液体中的传播速度、以及接收时差，采用三点定位算法得到第i个分组对应的在线检测机器人的初始位置坐标P_i并保存。

6、根据P_i以及在线检测机器人上一个定位周期内的位置坐标得到在线检测机器人在两个定位周期内的移动距离的计算值H，并根据在线检测机器人的运行速度得到在线检测机器人在两个定位周期内的移动距离的实际值L₁。

7、判断|1-H/L₁|的值是否满足|1-H/L₁|≤0.05，如果是则以P_i为作为在线检测机器人当前定位周期内的有效位置坐标，如果否则执行步骤8。

8、循环计数器i减1。

9、判断i是否大于0，如果是，重新执行步骤5，如果否，重新进行位置初始化。

综上，本发明实施例提供的定位方法中，通过将声波接收换能器设置在储罐内部液面以下，使声波接收换能器能够直接接收到定位声波信号，避免储罐的罐壁造成的声波信号衰减，使声波信号接收更加可靠、精确。并且，本发明实施例提供的定位方法中，对根据声波发射换能器发出的声波达到声波接收换能器的时差来确定在线检测机器人的位置的方法做了相应的优化改进，采用冗余验证机制和合理性验证机制进一步保证定位的精确。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

对于声波接收换能器在储罐内部的设置方式本发明实施例不作特殊限定，可以根据实际情况进行设置。参见图6、图7和图8，本发明实施例提供了一种用于外浮顶储罐底板在线检测机器人定位的定位系统，该定位系统巧妙地利用了外浮顶储罐本身的结构特点，将声波接收换能器设置在储罐内部液面以下的位置，并且可调整声波接收换能器与储罐底板之间的距离，基于该定位系统，即可采用上述的定位方法对外浮顶储罐底板在线检测机器人进行定位。

如图6、图7、图8所示，该定位系统包括：

设置在在线检测机器人6的机身上的声波发射换能器7，至少6个声波接收换能器8以及与每个声波接收换能器对应的、用于固定声波接收换能器8的固定装置5。

其中，固定装置5包括连接管51以及卡盘52；连接管51的下端穿过外浮顶储罐的浮盘1上的立柱套管3伸入外浮顶储罐内部，连接管51的上端位于立柱套管3外部；卡盘52套设在连接管51位于立柱套管3外部的部分上，卡盘52的外径大于立柱套管3的外径；声波接收换能器8固定在连接管51的下端。

为了便于对本发明实施例提供的定位系统的理解，在此对外浮顶储罐的结构作简要介绍，外浮顶储罐是通过浮盘1实现将储罐内液体与外界环境隔离的。浮盘1直接覆盖在液面上，浮盘1可随着液面高度的变化而上下运动。在浮盘1上设置有人孔4。浮盘1上还设置有多个立柱套管3，立柱套管3内部可拆卸的设置有立柱2，立柱2的一端穿过立柱套管3深入储罐内部，立柱2用于在储罐大修时支撑浮盘1。

当需要对储罐底板的腐蚀情况进行检测时，将在线检测机器人6通过人孔4下放至储罐的底板，将立柱2拆下下来，将连接管51的下端穿过立柱套管3伸入储罐内液面以下，从而将固定在连接管51的下端的声波接收换能器8固定在储罐内液面以下的位置。由于卡盘52的外径大于立柱套管3的外径，因此可通过卡盘52将连接管51固定在立柱套管3内。

可以通过调整卡盘52在连接管51上的位置来调整连接管51伸入储罐内部的长度，从而调整声波接收换能器8距离储罐底板的高度。

本发明实施例提供的定位系统中，连接管51的外径小于支柱套管3的内径，连接管51的外径可以为80mm。卡盘52可以为圆环形，卡盘52的内径与连接管51的外径相同，卡盘52的外径可以比支柱套管3的外径大30mm。

进一步地，连接管51为两端开放且中空的管体，声波接收换能器8的信号线通过连接管51从外浮顶储罐内部穿出，并且声波接收换能器8与连接管51的下端密封连接。

进一步地，固定装置5还包括：配重块53，配重块53套设在连接管51位于立柱套管3外部的部分且位于卡盘52上方；配重块53的侧面沿连接管51的长度方向设置有开口，该开口用于穿过声波接收换能器8的信号线。配重块53也可以为圆环形，配重块53的内径可以略大于连接管51的外径，配重块53的外径与卡盘52的外径直径接近。

连接管51的材质可以为聚氨酯，配重块53的材料可以为混凝土。

进一步地，本发明实施例提供的定位系统中，声波发射换能器和声波接收换能器的形状均优选为球型，球型声波换能器能有利于声波信号的发射和接收，采用球型的声波换能器可有效避免声波接收换能器接收不到声波信号问题的发生，提高定位的准确性和定位的效率。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种储罐底板在线检测机器人定位方法，应用在储罐底板在线检测机器人定位系统中，所述在线检测机器人的机身上设置有声波发射换能器（7），其特征在于，所述定位系统包括至少6个声波接收换能器（8）以及与每个所述声波接收换能器（8）对应的、用于固定所述声波接收换能器（8）的固定装置（5）；所述固定装置（5）包括连接管（51）以及卡盘（52）；所述连接管（51）的下端穿过外浮顶储罐的浮盘（1）上的立柱套管（3）伸入所述外浮顶储罐内部，所述连接管（51）的上端位于所述立柱套管（3）外部；所述卡盘（52）套设在所述连接管（51）位于所述立柱套管（3）外部的部分上，所述卡盘（52）的外径大于所述立柱套管（3）的外径；所述声波接收换能器（8）固定在所述连接管（51）的下端；

所述方法包括以下步骤：

S1、对在当前定位周期内接收到所述声波发射换能器（7）发出的声波信号的所述声波接收换能器（8）进行分组，每组包括至少3个所述声波接收换能器（8），每组所述声波接收换能器（8）中至少有一个所述声波接收换能器（8）距离所述储罐底板的高度与其他所述声波接收换能器（8）距离所述储罐底板的高度不同，每组所述声波接收换能器（8）在所述储罐底板上的投影不在同一条直线上；

S2、根据任意一组声波接收换能器（8）中每个所述声波接收换能器（8）的位置坐标、每个所述声波接收换能器（8）接收到所述声波信号的时间与所述声波发射换能器（7）发出所述声波信号的时间的时间差、以及声波在所述储罐内的液体中的传播速度，计算得到所述在线检测机器人当前的位置坐标；

S3、根据所述在线检测机器人当前的位置坐标以及上一个定位周期内的位置坐标得到所述在线检测机器人在两个定位周期内的移动距离的计算值H，根据所述在线检测机器人的运行速度得到所述在线检测机器人在两个定位周期内的移动距离的实际值L₁；

S4，判断|1-H/L₁|的值是否小于或者等于预设值，如果是，则以步骤S2得到的位置坐标作为所述在线检测机器人在当前定位周期内的有效位置坐标。

2.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，步骤S4中，判断|1-H/L₁|的值是否小于或者等于预设值，如果否，则重新执行步骤S2。

3.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，在步骤S1之前，所述定位方法还包括：

在当前定位周期内，所述声波发射换能器（7）发射所述声波信号；

记录每个所述声波接收换能器（8）接收到所述声波信号的时间与所述声波发射换能器（7）发出所述声波信号的时间的时间差以及接收到所述声波信号的声波接收换能器（8）的数量；

判断接收到所述声波信号的声波接收换能器（8）的数量是否大于或者等于3，如果是，则执行步骤S1，如果否，则所述声波发射换能器（7）重新发出所述声波信号。

4.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述定位方法还包括：对所述在线检测机器人的位置进行初始化；

所述对所述在线检测机器人的位置进行初始化，包括：

a、对在当前定位周期内接收到所述声波发射换能器（7）发出的声波信号的所述声波接收换能器（8）进行分组，每组包括至少3个所述声波接收换能器（8），每组所述声波接收换能器（8）中至少有一个所述声波接收换能器（8）距离所述储罐底板的高度与其他所述声波接收换能器（8）距离所述储罐底板的高度不同，每组所述声波接收换能器（8）在所述储罐底板上的投影不在同一条直线上；

b、根据每组声波接收换能器（8）中每个所述声波接收换能器（8）的位置坐标、每个所述声波接收换能器（8）接收到所述声波信号的时间与所述声波发射换能器（7）发出所述声波信号的时间的时间差、以及声波在所述储罐内的液体中的传播速度，得到至少一个所述在线检测机器人的初始位置坐标；

c，使所述在线检测机器人移动一段预设距离L₂，重复执行步骤a和b，得到至少一个所述在线检测机器人的移动后的位置坐标；

d，计算所述在线检测机器人的初始位置坐标的平均值和移动后的位置坐标的平均值，并根据所述初始位置坐标的平均值和所述移动后的位置坐标的平均值得到所述在线检测机器人移动距离的计算值D；

e，判断D/L₂的值是否在预设范围内，如果是，则以所述初始位置坐标的平均值作为初始化结果。

5.根据权利要求4所述的定位方法，其特征在于，当步骤a中分组的数量大于或者等于3组时，步骤b具体包括：

根据每组声波接收换能器（8）中每个所述声波接收换能器（8）的位置坐标、每个所述声波接收换能器（8）接收到所述声波信号的时间与所述声波发射换能器（7）发出所述声波信号的时间的时间差、以及声波在所述储罐内的液体中的传播速度，分别得到每组声波接收换能器（8）对应的所述在线检测机器人的初始位置坐标；

对每组声波接收换能器（8）对应的所述在线检测机器人的初始位置坐标进行聚类，并保留个体数量最多的类；

在步骤d中，计算个体数量最多的类中所述初始位置坐标的平均值以及所述移动后的位置坐标的平均值。

6.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，步骤S1中，每3个所述声波接收换能器（8）分为一组；步骤S2中，根据三点定位算法计算得到所述在线检测机器人当前的位置坐标。

7.根据权利要求5所述的定位方法，其特征在于，步骤a中，每3个所述声波接收换能器（8）分为一组；步骤b中，根据三点定位算法分别计算得到每组声波接收换能器（8）对应的所述在线检测机器人的初始位置坐标及移动后的位置坐标。

8.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，采用全站仪获取每个所述声波接收换能器（8）的坐标。

9.根据权利要求1-8任一项所述的定位方法，其特征在于，所述连接管（51）为两端开放且中空的管体，所述声波接收换能器（8）的信号线通过所述连接管（51）从所述外浮顶储罐内部穿出。

10.根据权利要求1-8任一项所述的定位方法，其特征在于，所述固定装置还包括：配重块（53），所述配重块（53）套设在所述连接管（51）位于所述立柱套管（3）外部的部分且位于所述卡盘（52）上方；所述配重块（53）的侧面沿所述连接管（51）的长度方向设置有开口。

11.根据权利要求10所述的定位方法，其特征在于，所述连接管（51）的材质为聚氨酯，所述配重块（53）的材料为混凝土。

12.根据权利要求1-8任一项所述的定位方法，其特征在于，所述声波发射换能器（7）和所述声波接收换能器（8）的形状均为球型。

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