本發(fā)明涉及管道檢測，具體而言，涉及一種基于管道機器人的管道探傷檢測方法及系統(tǒng)。
背景技術：
1、隨著管道輸送技術的發(fā)展，石油、天然氣、供水等長輸管道廣泛應用于工業(yè)和民用領域。然而，管道長期服役過程中，由于腐蝕、裂紋、機械損傷等因素，可能導致管道結構失效，進而引發(fā)泄漏、爆炸等嚴重事故。因此，管道的定期檢測和維護對于保障其安全運行至關重要。
2、目前，常見的管道檢測方式包括人工巡檢、無人機檢測、機器人檢測等。其中，人工巡檢受管道結構復雜性和環(huán)境因素限制，難以實現高效全面的檢測；無人機檢測適用于外部表面檢測，但對于地下管道或狹窄空間的管道檢測存在局限性。相比之下，管道檢測機器人憑借其自主移動、精準探測等優(yōu)勢，成為管道內部探傷檢測的主要技術手段。
3、然而，現有的管道檢測機器人在運動控制、檢測精度、數據融合等方面仍存在諸多不足。例如，部分機器人依靠履帶或輪式驅動，難以靈活適應不同直徑或形變的管道；部分超聲波檢測系統(tǒng)受限于固定探頭的安裝方式，難以覆蓋管道內壁的全部檢測區(qū)域；此外，現有檢測系統(tǒng)對多種傳感器數據的融合能力較弱，難以形成完整的管道健康評估體系。因此，亟需一種能夠高效、自適應地檢測管道缺陷的機器人探傷檢測設備，以提高管道安全管理水平。
技術實現思路
1、鑒于此，本發(fā)明提出了一種基于管道機器人的管道探傷檢測方法及系統(tǒng)，旨在解決現有管道檢測機器人在管道探傷檢測中存在的不足，提供一種高效、自適應的管道缺陷檢測方案。
2、本發(fā)明提出了一種基于管道機器人的管道探傷檢測系統(tǒng)，包括：
3、機器人主體框架；
4、球輪式運動機構，包含左球輪組、右球輪組、十字支撐軸和旋轉驅動電機，其中，所述左球輪組和右球輪組通過十字支撐軸與機器人主體框架鉸接，并對稱分布；每個球輪由獨立電機驅動旋轉，所述旋轉驅動電機通過控制信號與主控系統(tǒng)連接，驅動所述球輪式運動機構調整機器人姿態(tài)，使機器人繞管道軸線自轉；
5、超聲波探傷裝置，包含探傷球輪、超聲波發(fā)射/接收探頭、信號處理單元和數據采集模塊；其中，所述超聲波發(fā)射/接收探頭集成于所述探傷球輪上；所述信號處理單元與數據采集模塊電連接，并通過柔性電纜與所述主控系統(tǒng)通信連接，以傳輸超聲波檢測數據；所述探傷球輪連接于所述十字支撐軸上，使得所述探傷球輪、左球輪組和右球輪組形成等腰三角形；
6、視覺模塊，包含高分辨率攝像頭、補光燈和圖像處理芯片；其中，所述高分辨率攝像頭固定于所述機器人主體框架，并面向管道內壁；所述圖像處理芯片與主控系統(tǒng)通信連接，以對采集的管道內壁圖像進行處理分析；
7、線性激光雷達模塊，包含激光發(fā)射器、接收器和處理器；其中，所述線性激光雷達模塊安裝于所述機器人主體框架頂部；所述處理器與主控系統(tǒng)通信連接，以獲取管道內部結構信息并進行定位和路徑規(guī)劃；
8、主控系統(tǒng)，包含中央處理器、電源管理單元和通信模塊；其中，所述中央處理器分別與所述球輪式運動機構、超聲波探傷裝置、視覺模塊和線性激光雷達模塊電連接，以協(xié)調各模塊協(xié)同工作，實現管道檢測；所述電源管理單元向各模塊供電，并監(jiān)測系統(tǒng)整體運行狀態(tài)；所述通信模塊用于數據傳輸，并與外部終端通信連接，以遠程傳輸檢測數據。
9、優(yōu)選的，所述左球輪組和右球輪組分別包含多個球輪。
10、優(yōu)選的，所述超聲波探傷裝置被配置為測量管道壁厚，并計算腐蝕率，計算式為：
11、
12、其中，cr表示腐蝕率；d0表示管道初始壁厚；d表示當前測得的壁厚；
13、所述腐蝕率計算結果存儲于主控系統(tǒng)，并用于后續(xù)風險評估。
14、優(yōu)選的，所述視覺模塊用于檢測管道裂紋，并計算裂紋生長率，計算式為：
15、
16、其中，gc表示裂紋生長率；lt表示當前裂紋長度；l0表示歷史裂紋長度；t表示時間間隔；
17、所述裂紋生長率計算結果存儲于主控系統(tǒng)，并用于風險評估。
18、優(yōu)選的，所述主控系統(tǒng)基于管道探測數據計算管道結構完整性因子，計算式為：
19、sf＝1-(k1×cr+k2×gc)；
20、其中，sf表示結構完整性因子；cr表示腐蝕率；gc表示裂紋生長率；k1和k2分別表示權重系數。
21、優(yōu)選的，所述主控系統(tǒng)基于探測數據和結構完整性因子sf確定管道檢測結果，并在結構完整性因子sf低于設定閾值時，通過通信模塊向遠程終端發(fā)送警報信息。
22、優(yōu)選的，所述線性激光雷達模塊用于測量管道形變情況，并與超聲波探測數據融合計算管道剩余壽命，計算式為：
23、
24、其中，tr表示管道剩余壽；vd表示壁厚衰減速率；t表示時間間隔。
25、優(yōu)選的，所述探傷球輪可轉動的連接于所述十字支撐軸，以使所述球輪式運動機構根據管道內壁形態(tài)進行自適應調整。
26、優(yōu)選的，所述視覺模塊、超聲波探傷裝置和線性激光雷達模塊均采用插拔式連接。
27、優(yōu)選的，所述超聲波發(fā)射/接收探頭采用陣列式分布。
28、本發(fā)明還提供一種基于管道機器人的管道探傷檢測方法，用于實現上述的基于管道機器人的管道探傷檢測系統(tǒng)，包括：
29、利用所述線性激光雷達模塊的激光slam技術構建管道內部三維地圖，并規(guī)劃機器人運動路徑；通過主控系統(tǒng)控制球輪式運動機構，使機器人沿管道中心軸移動，并繞管道軸線自轉；通過所述超聲波探傷裝置，獲取管道壁厚數據并計算腐蝕率；利用所述視覺模塊，采集管道內壁圖像，并計算裂紋生長率；數據融合與風險評估：結合壁厚衰減速率、裂紋擴展速率計算結構完整性因子，并預測管道剩余壽命；若低于設定閾值，則通過無線通信模塊向遠程終端發(fā)送檢測報告和警報信息。
30、與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于：
31、高適應性運動機構：采用球輪式運動機構，可在不同直徑的管道內自由調整姿態(tài)，并實現繞管道軸線自轉，提高探測區(qū)域覆蓋率。通過獨立驅動的球輪調整機器人接觸力，適應不同管道形狀，包括彎管、變徑管等復雜結構。
32、高精度多模態(tài)檢測：超聲波探傷裝置與球輪式機構結合，實現管道壁厚的全方位測量，精確計算腐蝕率并監(jiān)測裂紋深度。視覺模塊結合圖像處理算法，可實時識別裂紋、焊縫缺陷等，并計算裂紋擴展速率，提高檢測可靠性。線性激光雷達模塊用于實時獲取管道形態(tài)數據，實現高精度三維建模，提升機器人定位能力和缺陷匹配精度。
33、智能數據融合分析：結合超聲波、視覺和激光雷達數據，通過主控系統(tǒng)計算管道結構完整性因子，并預測剩余壽命，提供全面的管道健康評估。采用無線通信模塊遠程傳輸檢測數據，便于實時監(jiān)控和數據存儲，提高運維效率。
34、模塊化設計，易維護：采用模塊化設計，超聲波探頭、視覺攝像頭、激光雷達等檢測單元均可拆卸更換，提高設備的可維護性和擴展性。
1.一種基于管道機器人的管道探傷檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的基于管道機器人的管道探傷檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲波探傷裝置被配置為測量管道壁厚，并計算腐蝕率，計算式為：
3.根據權利要求2所述的基于管道機器人的管道探傷檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述視覺模塊用于檢測管道裂紋，并計算裂紋生長率，計算式為：
4.根據權利要求3所述的基于管道機器人的管道探傷檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述主控系統(tǒng)基于管道探測數據計算管道結構完整性因子，計算式為：
5.根據權利要求4所述的基于管道機器人的管道探傷檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述主控系統(tǒng)基于探測數據和結構完整性因子sf確定管道檢測結果，并在結構完整性因子sf低于設定閾值時，通過通信模塊向遠程終端發(fā)送警報信息。
6.根據權利要求5所述的基于管道機器人的管道探傷檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述線性激光雷達模塊用于測量管道形變情況，并與超聲波探測數據融合計算管道剩余壽命，計算式為：
7.根據權利要求1所述的基于管道機器人的管道探傷檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述探傷球輪可轉動的連接于所述十字支撐軸，以使所述球輪式運動機構根據管道內壁形態(tài)進行自適應調整。
8.根據權利要求1所述的基于管道機器人的管道探傷檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述視覺模塊、超聲波探傷裝置和線性激光雷達模塊均采用插拔式連接。
9.根據權利要求1所述的基于管道機器人的管道探傷檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲波發(fā)射/接收探頭采用陣列式分布。
10.一種基于管道機器人的管道探傷檢測方法，用于實現權利要求1-9任一項所述的基于管道機器人的管道探傷檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括：