王晓铮,王亚慧,张成林

(1.北京建筑大学,机器人仿生与功能研究北京市重点实验室,北京 100044;2.北京建筑大学电气与信息工程学院,北京 102616)

0 引言

管道作为燃气运输的主要方式,具有安全性高、运输方便等优点。然而随着全球燃气规模不断扩大,地下管线日益增多,异常复杂,难以进行日常巡检和维护,特别是管道内部的探测[1]。为了预防管道事故,天津大学开发了一种高精度数据采集和监控系统,目前已应用于管线泄漏检查[2];邓蕊等[3]、邢利辉等[4]设计了一种管道探测蛇形机器人,将检测到的管道内部环境信息上传至上位机,以便工作人员确定是否进行管道维护或开挖。因此对于管道内机器人的定位是至关重要的。

目前应用于管道无损检测中的定位技术有探地雷达法、电磁法和磁强计法等,然而这些方法的定位精度往往会受到外部环境影响。基于惯性器件的定位导航技术是一种完全自主式定位,具有短时间内定位精度高且不受环境影响的优点[5]。张成林等[6]为检测燃气管道内部设计了一种基于离散卡尔曼滤波算法的高精度捷联惯性定位系统,其定位误差最大不超过4.7%。然而惯性器件的定位误差会随着时间的推移不断累积,因而在实际应用中大多采用与其他传感器相结合的组合定位导航方式对惯导数据进行修正[7]。刘鸿宇[8]以微惯性测量单元与里程轮相结合完成地下管道机器人定位,有效提高了管线定位精度,但在工作过程中管道内壁往往存在焊缝或积存杂物等致使里程轮出现打滑甚至脱离与管道接触,从而影响测速导致定位误差增加。……