(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710815328.2
(22)申请日 2017.09.12
(71)申请人 中国石油天然气股份有限公司
地址 100007 北京市东城区东直门北大街9
号中国石油大厦
(72)发明人 康叶伟 郭正虹 林明春 孙伶
徐华天 韩朔 张一 王禹钦
蔡培培 王洪涛 陈洪源
(74)专利代理机构 北京三高永信知识产权代理
有限责任公司 11138
代理人 董亚军
(51)Int.Cl.
G01S 5/18(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
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
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。权利要求书3页 说明书11页 附图8页CN 109490831 A 2019.03.19
C N 109490831
A
1.一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，其特征在于，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。
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。
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。
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。
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的坐标。
9.一种储罐底板在线检测机器人定位系统，用于实施权利要求1～8任一项所述的定位方法，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(6)的机身上的声波发射换能器(7)，其特征在于，所述定位系统还包括：
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)的下端穿过所述外浮顶储罐的浮盘(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(7)固定在所述连接管(51)的下端。
10.根据权利要求9所述的定位系统，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(7)的信号线通过所述连接管(51)从所述外浮顶储罐内部穿出。
11.根据权利要求9所述的定位系统，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。
12.根据权利要求11所述的定位系统，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。
13.根据权利要求9～12任一项所述的定位系统，其特征在于，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。
储罐底板在线检测机器人定位方法及系统技术领域
[0001]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
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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：
[0005]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
[0006]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。
[0007]具体而言，包括以下的技术方案：
[0008]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：
[0009]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；
[0010]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
说 明 书
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