管道机器人是负责检测管道、清堵查障的重要工具,传统管道机器人在管内移动作业会受路径的影响,行动受限从而影响检修结果。本文设计了一种球形管道巡检机器人,解决了机器人在复杂路径中自由移动的问题,并运用极低频电磁波定位技术、图像处理算法和传感器定位技术,实现了对管内机器人的外部定位、管道内壁缺陷检测定位。本文的主要研究内容包括:(1)球形管道巡检机器人的硬件设计。选择3D立体相机、配合照明光带实现视频流拍摄,设计了低频信号发射装置、位移记录装置和供能电源。设计搭建了球形机器人借流体推力悬浮移动巡检的实验管道。(2)设计了极低频电磁波球形管道巡检机器人的外定位系统。通过仿真建立了22Hz极低频信号发射接收磁场强度模型,确定了线圈参数;搭建信号发射线圈和接收传感器阵;使用拟牛顿粒子群算法,经过迭代收敛得到方程组的最优解,即得到了机器人位置坐标。本实验外定位算法的误差小于15cm。(3)采用图像处理技术提取出管道缺陷。使用图像预处理技术对拍摄视频截取图像进行滤波降噪和模糊恢复,提取预处理后图片的HOG特征,训练SVM分类器,实现对管道内壁图像的分类,图像分类准确率可达到76%。(4)利用九轴传感器姿态数据与缺陷识别结果,实现管内缺陷的内定位。将九轴传感器数据使用姿态解算算法得到重力分量,对加速度积分得到位移数据实现机器人运动轨迹复原,运用时间对应关系得到管内缺陷位置坐标。