CN114834615B - 一种非接触式管道探测的水下机器人及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触式管道探测的水下机器人及方法，所述水下机器人包括机器人本体、多个探测模块、控制模块、推进器和机械臂；所述探测模块、所述推进器和所述机械臂均和所述控制模块通信连接；所述机械臂安装在所述机器人本体上，用于搭载所述探测模块；所述推进器与所述机器人本体连接用于控制所述机器人本体的运动；所述多个探测模块中至少一个探测模块为摄像头，所述多个探测模块分布在管道的周围，用于采集管道各方向的图像；所述控制模块用于根据采集到的图像进行管道损伤判断，并控制所述机器人本体的行进方向和/或位姿以进行管道跟踪探测。本发明的水下机器人能够全方位进行管道跟踪探测、且与管道无接触、跟踪准确率高。

Description

一种非接触式管道探测的水下机器人及方法

技术领域

本发明涉及水下机器人管道检修领域，特别是涉及一种非接触式管道探测的水下机器人及方法。

背景技术

海底管道是运输天然气、海洋石油等资源的重要通道。由于海底环境的复杂性，人类下潜进行海底管道检测维修的难度很大，而水下机器人可以适应多数的海洋环境，完成海底管道的跟踪检测，用于海底管道外部检测的作业机器人可分为接触式与非接触式。

接触式的海底管道检测通过固定装置，如夹具或支撑架等结构，将作业机器人固定在管道上，但受到洋流、风浪、微生物等影响时，作业机器人本体在水下会产生微小的晃动和摆动，且固定装置的外力作用可能会对管道产生损伤，此外夹具或支撑架结构等固定装置，对需要探测作业的管道直径有限制，难以适用于不同直径的海底管道探测。

非接触式的海底管道检测主要在水下机器人，如ROV(Remote Operated Vehicle，遥控操作车)或AUV(autonomous underwater vehicle，水下自治机器人)，上搭载常规工程探测器，如侧扫声呐、磁力探测仪和摄像设备等，在管道上方进行跟踪并检测。但现有的非接触式海底管道探测设备无法对管道进行全方位探测且跟踪准确率低。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本申请提供一种非接触式管道探测的水下机器人及方法。

为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：

一方面，本申请提供了一种非接触式管道探测的水下机器人，包括机器人本体、多个探测模块、控制模块、推进器和机械臂；所述探测模块、所述推进器和所述机械臂均和所述控制模块通信连接；所述机械臂安装在所述机器人本体上，用于搭载所述探测模块；所述推进器与所述机器人本体连接用于控制所述机器人本体的运动；所述多个探测模块中至少一个探测模块为摄像头，所述多个探测模块分布在管道的周围，用于采集管道各方向的图像；所述控制模块用于根据采集到的管道各方向的图像进行管道损伤判断，并根据采集到的管道各方向的图像控制所述机器人本体的行进方向和/或位姿以进行管道跟踪探测。

进一步地，所述探测模块有三个，所述机械臂有两个，其中一个探测模块安装在所述机器人本体的底部，另两个探测模块分别安装于一个对应的机械臂的末端，在进行管道跟踪探测时，三个所述探测模块距离管道外表面预定距离，且互成120度地分布在管道周围。

进一步地，所述探测模块均为摄像头。

进一步地，所述探测模块中一个探测模块为摄像头，另两个探测模块为镜面；或者所述探测模块中的两个探测模块为摄像头，另一个探测模块为镜面。

另一方面，本申请提供了一种利用所述的水下机器人进行非接触式管道探测的方法，包括如下步骤：

S1、以管道长度方向建立xyz坐标系，对探测模块采集到的管道各方向的图像进行处理，得到如下信息：管道相对于摄像头的位置和方向信息、以及水下机器人的俯仰角偏差；

S2、根据步骤S1得到的信息，控制水下机器人的行进方向和/或位姿，以对管道进行跟踪探测。

进一步地，所述步骤S1中得到管道相对于摄像头的方向信息是指：对管道各方向的图像进行形态学处理，进行直线识别，得到管道长度方向与水下机器人前进方向的夹角以及管道拟合中心点与图像的中轴线的距离；在步骤S2中：若管道各方向的图像中管道长度方向与水下机器人前进方向的夹角均为0，且管道拟合直线中心点与图像的中轴线的距离都为0，则表示管道长度方向与水下机器人前进方向一致，水下机器人管道跟踪方向正确，否则在步骤S2中需要调整水下机器人的行进方向。

进一步地，所述步骤S1中得到管道相对于摄像头的位置信息是指采用下述公式计算得到管道与摄像头的距离D：W＝α+β(D-D₀)，其中α、β均是与摄像头及管道相关的参数，通过已知管道与摄像头的距离及其成像结果联立方程求得；W表示管道图像底部的宽度，D为图像中管道相对于摄像头的距离，D₀为管道与摄像头的预设距离；在步骤S2中：当D≠D₀时，调整水下机器人的位姿，使得D＝D₀。

进一步地，所述α、β采用如下步骤求得：A1、在管道跟踪探测前，在水下机器人的俯仰角偏差为0的条件下，拍摄得到两张管道图像，拍摄时摄像头与管道的距离分别为d1和d2，摄像头所得的管道图像底部的宽度为w1、w2，管道与摄像头的预设距离为D₀，其中，d1≠d2≠D₀；A2，通过二元一次方程：w1＝α+β(d1-D₀)，w2＝α+β(d2-D₀)，求得α和β。

进一步地，所述步骤S1中得到水下机器人的俯仰角偏差是指采用下述公式计算得到水下机器人与管道xoz方向的俯仰角偏差Δpitch：Δpitch＝ω(W₁-V₁)/W₁，其中ω是与摄像头及管道相关的参数，通过已知管道与摄像头的距离及其成像结果联立方程求得；W₁是管道图像底部的宽度，V₁是管道图像顶部的宽度；在步骤S2中，当Δpitch≠0时，调整水下机器人的位姿，使得Δpitch＝0。

进一步地，所述ω采用下述步骤求得：B1、在管道跟踪探测前，在预设水下机器人的俯仰角偏差为不等于0的Δpitch₁且管道与摄像头的预设距离为D₀下，摄像头拍摄得到管道图像，所得管道图像底部的宽度为w₁，管道图像顶部的宽度为v₁；B2、根据公式Δpitch₁＝ω(w₁-v₁)/w₁，解一元一次方程求得ω。

本申请的水下机器人能够全方位进行管道跟踪探测、且与管道无接触、跟踪准确率高，具体地，上述技术方案中具有如下优点：

(1)通过在机器人本体上安装机械臂，在机械臂末端搭载探测模块，多个探测模块共同实现管道的全方位(管道顶部、侧面和底部)探测。

(2)根据不同位置的探测模块的数据结果综合决策，控制水下机器人的运动，提高了管道跟踪的实时性和准确性。

(3)在数据采集和管道跟踪探测过程中，水下机器人通过推进器推进，根据探测模块反馈的图像数据调整行进方向和/或位姿，整个过程与管道无接触，避免了外力造成的管道损伤。

(4)搭载探测器模块的机械臂可根据需要调整角度及方向，可以用于探测不同直径的水下管道，具有较强的适应性和可调节性。

附图说明

图1是本发明实施例中的水下机器人的正视图。

图2是本发明实施例中的水下机器人的斜仰视图。

图3是本发明实施例中管道与各摄像头的位置关系。

图4是本发明实施例中的各摄像头拍摄的管道图像拟合示意图。

图5是本发明实施例中的各摄像头与管道外表面的距离示意图；

图6是本发明实施例中的各摄像头拍摄的管道图像示意图。

图7是本发明实施例中的不同的俯仰角偏差下摄像头1拍摄的管道图像示意图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式做详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用,在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参阅图1和图2，本发明的一个实施例提供一种非接触式管道探测的水下机器人，包括机器人本体4(例如为ROV本体)、探测模块、控制模块5、推进器6和机械臂7，当然，水下机器人还具备必不可少的其他部件，例如用于给探测模块、推进器、机械臂等供电的电源模块(未图示)，其中：推进器包括电机和螺旋桨，在本示例中，有4个水平方向的推进器和4个垂直方向的推进器。机械臂安装在机器人本体上，水下机器人运行到目标管道上方后，机械臂可以根据管道直径及水下机器人与管道的相对位置调整位置和姿态，实现展开和收回，适应不同直径的管道检测任务，多个探测模块中至少一个探测模块为摄像头。多个探测模块分布在管道的周围，用于采集管道各方向的图像。探测模块、推进器和机械臂均和控制模块通信连接，探测模块采集管道的图像数据并发送给控制模块；控制模块根据探测模块采集到的图像数据进行管道损伤判断，并控制水下机器人的行进方向和/或位姿以进行管道跟踪探测。具体地，控制模块根据常规的管道损伤检测算法(例如《机器学习在地下排水管道缺陷图像分类中的应用》一文中介绍的管道损伤检测算法)判断当前管道的损坏状态，如损坏，则记录管道位置及状况。控制模块还根据摄像头反馈的图像信息综合决策，控制水下机器人的行进方向和/或位姿，更精准地完成管道跟踪。

在优选的实施例中，如图1-2所示，探测模块有三个，机械臂有两个，两个机械臂均安装于机器人本体的底部，其中一个探测模块安装在机器人本体的底部，另两个探测模块分别安装于一个对应的机械臂的末端，在进行管道跟踪探测时，三个探测模块距离管道外表面预定距离，且互成120度地分布在管道周围，即三个探测模块在管道的圆周方向上均匀分布，以便更好地实现全方位的管道检测。

在一个优选的实施例中，如图1-2所示，三个探测模块均为摄像头，具体为摄像头1、摄像头2和摄像头3，每个摄像头还可以配置探照灯，以用于提供照明以提高识别准确度。

可替代地，探测模块可以为摄像头和镜面的组合，例如，三个探测模块中一个探测模块为摄像头，另两个探测模块为镜面；或者三个探测模块中的两个探测模块为摄像头，另一个探测模块为镜面，较为优选的是，将镜面安装在机械臂末端，这样镜面的位置和角度可以随着机械臂进行调整，根据镜面反射原理，可以将管道侧面及下方的情况通过镜面反射到机器人本体的底部的摄像头中，计算和调整水下机器人与管道之间的距离，从而根据单个摄像头或两个摄像头的图像数据完成管道的全方位无接触检测。

本发明的另一个实施例提供一种利用所述的水下机器人进行非接触式管道探测的方法，包括如下步骤：

S1、以管道长度方向建立xyz坐标系，对探测模块采集到的管道各方向的图像进行处理，得到如下信息：管道相对于摄像头的位置和方向信息、以及水下机器人的俯仰角偏差；

S2、根据步骤S1得到的信息，控制水下机器人的行进方向和/或位姿，以对管道进行跟踪探测。

在一个优选的实施例中，所述步骤S1中得到管道相对于摄像头的方向信息是指：对管道各方向的图像进行形态学处理，进行直线识别，得到管道长度方向与水下机器人前进方向的夹角以及管道拟合中心点与图像的中轴线的距离；在步骤S2中：若管道各方向的图像中管道长度方向与水下机器人前进方向的夹角均为0，且管道拟合直线中心点与图像的中轴线的距离都为0，则表示管道长度方向与水下机器人前进方向一致，水下机器人管道跟踪方向正确，否则在步骤S2中需要调整水下机器人的行进方向。

在一个优选的实施例中，所述步骤S1中得到管道相对于摄像头的位置信息是指采用下述公式计算得到管道与摄像头的距离D：W＝α+β(D-D₀)，其中α、β均是与摄像头及管道相关的参数，通过已知管道与摄像头的距离及其成像结果联立方程求得；W表示管道图像底部的宽度，D为图像中管道相对于摄像头的距离，D₀为管道与摄像头的预设距离；在步骤S2中：当D≠D₀时，调整水下机器人的位姿，使得D＝D₀。

在一个优选的实施例中，所述α、β采用如下步骤求得：A1、在管道跟踪探测前，在水下机器人的俯仰角偏差为0的条件下，拍摄得到两张管道图像，拍摄时摄像头与管道的距离分别为d1和d2，摄像头所得的管道图像底部的宽度为w1、w2，管道与摄像头的预设距离为D₀，其中，d1≠d2≠D₀；A2，通过二元一次方程：w1＝α+β(d1-D₀)，w2＝α+β(d2-D₀)，求得α和β。

在一个优选的实施例中，所述步骤S1中得到水下机器人的俯仰角偏差是指采用下述公式计算得到水下机器人与管道xoz方向的俯仰角偏差Δpitch：Δpitch＝ω(W₁-V₁)/W₁，其中ω是与摄像头及管道相关的参数，通过已知管道与摄像头的距离及其成像结果联立方程求得；W₁是管道图像底部的宽度，V₁是管道图像顶部的宽度；在步骤S2中，当Δpitch≠0时，调整水下机器人的位姿，使得Δpitch＝0。

在一个优选的实施例中，所述ω采用下述步骤求得：B1、在管道跟踪探测前，在预设水下机器人的俯仰角偏差为不等于0的Δpitch₁且管道与摄像头的预设距离为D₀下，摄像头拍摄得到管道图像，所得管道图像底部的宽度为w₁，管道图像顶部的宽度为v₁；B2、根据公式Δpitch₁＝ω(w₁-v₁)/w₁，解一元一次方程求得ω。

以下以图1-2所示的水下机器人进行海底管道探测为例，进一步阐述非接触式管道探测的工作过程。

水下机器人在工作时，先根据其中一个摄像头，例如底部的摄像头1进行海底管道识别，识别到有管道后发出控制信号，在推进器作用下使水下机器人运动到管道上方一定距离处，并调整姿态使其行进方向与管道长度方向一致；随后将水下机器人的机械臂展开，伸出其末端搭载的摄像头2和摄像头3，根据当前检测的管道直径确定各摄像头的位置及与管道的距离，调整机械臂直至摄像头与管道的距离达到预设距离D₀后开始采集数据，保证管道各方向均可被检测到。各摄像头采集到的数据传输到控制模块，采用管道损伤检测算法进行处理和识别，检测管道外表面是否有损伤，如有损伤，则记录该处管道位置及情况，用于后续维修工作；如无损伤，水下机器人则通过推进器继续沿管道向前进行检测。

控制模块根据多个摄像头反馈的图像信息控制水下机器人的行进方向和/或位姿，更精准的完成管道跟踪，流程如下：

(1)对摄像头采集的图像进行滤波降噪、图像增强等预处理；

(2)对图像进行形态学处理，进行直线识别等，得到如下信息：管道相对于摄像头的位置信息、方向信息、以及机器人的俯仰角偏差。

(3)控制模块根据所得信息，控制水下机器人的行进方向和/或位姿，以对管道进行跟踪探测。

具体地，判定水下机器人的管道跟踪方向(即得到管道相对于摄像头的方向信息)的方法如下：图3为管道与各摄像头的位置关系，以管道长度方向建立xyz坐标系。图4为各摄像头拍摄的管道图像拟合示意图，其中，箭头表示水下机器人运动方向，黑粗实线表示管道拟合直线，(a)图为摄像头1拍摄的图像，(b)图为摄像头2拍摄的图像，(c)图为摄像头3拍摄的图像。底部的摄像头1得到的图像中，θ₁是管道的长度方向与水下机器人前进方向的夹角，表示水下机器人的运动方向在水平xoy面内相对于管道长度方向的偏角，d₁是管道拟合中心点P₁与摄像头1采集到的图像的竖直中轴线(如图4中的虚线所示)的距离，表示水下机器人在水平xoy面内的管道跟踪偏移距离；机械臂末端的摄像头2所得图像中，θ₂是管道的长度方向与水下机器人前进方向的夹角，表示水下机器人在竖直yoz面内的偏角，d₂是管道拟合中心点P₂与摄像头2采集到的图像的竖直中轴线的距离，表示水下机器人在竖直yoz面内的管道跟踪偏移距离；机械臂末端的摄像头3所得图像中，θ₃是管道的长度方向与水下机器人前进方向的夹角，表示水下机器人在竖直yoz面内的偏角，d₃是管道拟合中心点P₃与摄像头3采集到的图像的竖直中轴线的距离，表示水下机器人在竖直yoz面内的管道跟踪偏移距离。由以上可以从xyz三维空间内实现管道和水下机器人的相对定位。当各摄像头采集回的图像中水下机器人前进方向与管道长度方向重合(即θ₁＝θ₂＝θ₃＝0)，且管道拟合直线中心点位于图像的中轴线上(即d₁＝d₂＝d₃＝0)，则表示管道长度方向与水下机器人前进方向一致，水下机器人管道跟踪方向正确。

判定水下机器人的管道跟踪距离(即得到管道相对于摄像头的位置信息)的方法如下：假定摄像头1、摄像头2、摄像头3与管道外表面的距离分别为D₁、D₂、D₃，设定摄像头与管道的预期距离(可以根据实际需要，自定义合适的预期距离)为D₀，摄像头所得管道图像底部的宽度为W₁、W₂、W₃，如图5及图6所示，图6中，从左到右分别是摄像头1、摄像头2和摄像头3采集的图像。管道图像底部的宽度W和距离D成正比，则W＝α+β(D-D₀)，其中α、β均是与摄像头及管道相关的参数，可以通过已知管道与摄像头的距离及其成像结果联立方程求得。其中，α、β可以采用如下方法求得：在管道跟踪探测前，在水下机器人的俯仰角偏差为0的条件下，拍摄得到两张管道图像，拍摄时摄像头与管道的距离分别为d1和d2，摄像头所得的管道图像底部的宽度为w1、w2，管道与摄像头的预设距离为D₀，其中，d1≠d2≠D₀，将以上带入w₁＝α+β(d₁-D₀)，w₂＝α+β(d₂-D₀)，联立二元一次方程即可求得α和β。因此：

D₁＝(W₁-α)/β+D₀

D₂＝(W₂-α)/β+D₀

D₃＝(W₃-α)/β+D₀

将已知的W₁、W₂、W_3、α、β、D₀代入上式，可以求得管道与各摄像头的距离D₁、D₂、D₃，将距离信息发送给控制模块，控制电机调节水下机器人与管道之间距离适当(即各个摄像头与管道外表面的距离均为预期距离D₀)。

判定水下机器人的管道跟踪俯仰角(即得到水下机器人的俯仰角偏差)的方法如下：若水下机器人与管道xoz方向的俯仰角偏差Δpitch为0时，摄像头中管道成像为矩形，若水下机器人与管道xoz方向的俯仰角偏差Δpitch不为0时，摄像头中管道成像为梯形，假定其中一个摄像头，如摄像头1所得管道图像底部的宽度为W₁，管道图像顶部的宽度为V₁，如图7所示，图7中，左图为Δpitch为0时摄像头1拍摄的图像，右图为Δpitch不为0时摄像头1拍摄的图像。俯仰角偏差Δpitch与W₁、V₁成正比，则Δpitch＝ω(W₁-V₁)/W₁，其中ω是与摄像头及管道相关的参数，可以通过已知管道与摄像头的距离及其成像结果联立方程求得。将已知的ω、W₁、V₁代入上式，可以求得水下机器人管道跟踪的俯仰角偏差Δpitch，将俯仰角偏差信息发送给控制模块，控制电机实现水下机器人管道跟踪。其中，ω可以通过下述方法求得：在管道跟踪探测前，在预设水下机器人与管道xoz方向的俯仰角偏差为不等于0的Δpitch₁，且管道与摄像头的预设距离为D₀下，摄像头拍摄得到管道图像，所得管道图像底部的宽度为w₁，管道图像顶部的宽度为v₁；将以上带入Δpitch₁＝ω(w₁-v₁)/w₁，解一元一次方程即可求得ω。

可替代地，若将上述实施例中的三个摄像头中的摄像头2和摄像头3替换成镜面，则非接触式管道探测的工作过程与上述实施例的区别在于：

1.将携带镜面的机械臂调整至合适位置，使摄像头1可以拍摄到管道上方图像和镜面反射的管道侧下方图像；

2.管道损伤检测算法中仅靠摄像头1拍摄的图像进行判断管道是否有损伤；

3.水下机器人的管道跟踪控制时，仅控制摄像头1与管道的距离(保持图像中管道所占面积比例为自定义比例)。其余均同三个摄像头的方案。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (8)

1.一种非接触式管道探测的水下机器人，其特征在于，包括机器人本体、多个探测模块、控制模块、推进器和机械臂；

所述探测模块、所述推进器和所述机械臂均和所述控制模块通信连接；

所述机械臂安装在所述机器人本体上，用于搭载所述探测模块；

所述推进器与所述机器人本体连接用于控制所述机器人本体的运动；

所述多个探测模块中至少一个探测模块为摄像头，所述多个探测模块分布在管道的周围，用于采集管道各方向的图像；

所述控制模块用于根据采集到的管道各方向的图像进行管道损伤判断，并根据采集到的管道各方向的图像控制所述机器人本体的行进方向和/或位姿以进行管道跟踪探测；其中，所述控制模块控制所述水下机器人本体的行进方向和/或位姿，以对管道进行跟踪探测包括如下步骤：

S1、以管道长度方向建立xyz坐标系，对探测模块采集到的管道各方向的图像进行处理，得到如下信息：管道相对于摄像头的位置和方向信息、以及水下机器人的俯仰角偏差；

S2、根据步骤S1得到的信息，控制水下机器人的行进方向和/或位姿，以对管道进行跟踪探测；

所述步骤S1中得到水下机器人的俯仰角偏差是指采用下述公式计算得到水下机器人与管道xoz方向的俯仰角偏差∆pitch：∆pitch=ω(W₁-V₁)/W₁，其中ω是与摄像头及管道相关的参数，通过已知管道与摄像头的距离及其成像结果联立方程求得；W₁是管道图像底部的宽度，V₁是管道图像顶部的宽度；在步骤S2中，当∆pitch≠0时，调整水下机器人的位姿，使得∆pitch＝0。

2.如权利要求1所述的非接触式管道探测的水下机器人，其特征在于：所述探测模块有三个，所述机械臂有两个，其中一个探测模块安装在所述机器人本体的底部，另两个探测模块分别安装于一个对应的机械臂的末端，在进行管道跟踪探测时，三个所述探测模块距离管道外表面预定距离，且互成120度地分布在管道周围。

3.如权利要求1或2所述的非接触式管道探测的水下机器人，其特征在于：所述探测模块均为摄像头。

4.如权利要求2所述的非接触式管道探测的水下机器人，其特征在于：所述探测模块中一个探测模块为摄像头，另两个探测模块为镜面；或者所述探测模块中的两个探测模块为摄像头，另一个探测模块为镜面。

5.如权利要求1所述的非接触式管道探测的水下机器人，其特征在于，所述步骤S1中得到管道相对于摄像头的方向信息是指：对管道各方向的图像进行形态学处理，进行直线识别，得到管道长度方向与水下机器人前进方向的夹角以及管道拟合中心点与图像的中轴线的距离；

在步骤S2中：若管道各方向的图像中管道长度方向与水下机器人前进方向的夹角均为0，且管道拟合直线中心点与图像的中轴线的距离都为0，则表示管道长度方向与水下机器人前进方向一致，水下机器人管道跟踪方向正确，否则在步骤S2中需要调整水下机器人的行进方向。

6.如权利要求1所述的非接触式管道探测的水下机器人，其特征在于，所述步骤S1中得到管道相对于摄像头的位置信息是指采用下述公式计算得到管道与摄像头的距离D：

W=α+β(D-D₀)，其中α、β均是与摄像头及管道相关的参数，通过已知管道与摄像头的距离及其成像结果联立方程求得；W表示管道图像底部的宽度，D为图像中管道相对于摄像头的距离，D₀为管道与摄像头的预设距离；

在步骤S2中：当D≠D₀时，调整水下机器人的位姿，使得D＝D₀。

7.如权利要求6所述的非接触式管道探测的水下机器人，其特征在于，所述α、β采用如下步骤求得：

A1、在管道跟踪探测前，在水下机器人的俯仰角偏差为0的条件下，拍摄得到两张管道图像，拍摄时摄像头与管道的距离分别为d1和d2，摄像头所得的管道图像底部的宽度为w1、w2，管道与摄像头的预设距离为D₀，其中，d1≠d2≠D₀；

A2，通过二元一次方程：w1=α+β(d1- D₀)，w2=α+β(d2- D₀)，求得α和β。

8.如权利要求1所述的非接触式管道探测的水下机器人，其特征在于，所述ω采用下述步骤求得：

B1、在管道跟踪探测前，在预设水下机器人的俯仰角偏差为不等于0的∆pitch₁且管道与摄像头的预设距离为D₀下，摄像头拍摄得到管道图像，所得管道图像底部的宽度为w₁，管道图像顶部的宽度为v₁；

B2、根据公式∆pitch₁=ω(w₁-v₁)/w₁，解一元一次方程求得ω。

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