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CN120161122A - 一种基于管道机器人的管道探伤检测方法及系统 - Google Patents

一种基于管道机器人的管道探伤检测方法及系统 Download PDF

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CN120161122A CN202510350689.9A CN202510350689A CN120161122A CN 120161122 A CN120161122 A CN 120161122A CN 202510350689 A CN202510350689 A CN 202510350689A CN 120161122 A CN120161122 A CN 120161122A
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Abstract

本发明涉及管道检测技术领域，公开了一种基于管道机器人的管道探伤检测方法及系统，包括通过集成多种先进的检测技术和模块，不仅提高了管道检测的效率和准确性，还为后续的管道维护和修复提供了宝贵的数据支持。系统具备高适应性运动机构、高精度多模态检测、智能数据融合分析和模块化设计，易维护等特点。通过设定结构完整性因子的阈值，实现了对管道健康状况的实时监控，并在必要时通过无线通信模块向远程终端发送警报信息，确保管道的长期安全运行。

Description

一种基于管道机器人的管道探伤检测方法及系统
技术领域
本发明涉及管道检测技术领域，具体而言，涉及一种基于管道机器人的管道探伤检测方法及系统。
背景技术
随着管道输送技术的发展，石油、天然气、供水等长输管道广泛应用于工业和民用领域。然而，管道长期服役过程中，由于腐蚀、裂纹、机械损伤等因素，可能导致管道结构失效，进而引发泄漏、爆炸等严重事故。因此，管道的定期检测和维护对于保障其安全运行至关重要。
目前，常见的管道检测方式包括人工巡检、无人机检测、机器人检测等。其中，人工巡检受管道结构复杂性和环境因素限制，难以实现高效全面的检测；无人机检测适用于外部表面检测，但对于地下管道或狭窄空间的管道检测存在局限性。相比之下，管道检测机器人凭借其自主移动、精准探测等优势，成为管道内部探伤检测的主要技术手段。
然而，现有的管道检测机器人在运动控制、检测精度、数据融合等方面仍存在诸多不足。例如，部分机器人依靠履带或轮式驱动，难以灵活适应不同直径或形变的管道；部分超声波检测系统受限于固定探头的安装方式，难以覆盖管道内壁的全部检测区域；此外，现有检测系统对多种传感器数据的融合能力较弱，难以形成完整的管道健康评估体系。因此，亟需一种能够高效、自适应地检测管道缺陷的机器人探伤检测设备，以提高管道安全管理水平。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种基于管道机器人的管道探伤检测方法及系统，旨在解决现有管道检测机器人在管道探伤检测中存在的不足，提供一种高效、自适应的管道缺陷检测方案。
本发明提出了一种基于管道机器人的管道探伤检测系统，包括：
机器人主体框架；
球轮式运动机构，包含左球轮组、右球轮组、十字支撑轴和旋转驱动电机，其中，所述左球轮组和右球轮组通过十字支撑轴与机器人主体框架铰接，并对称分布；每个球轮由独立电机驱动旋转，所述旋转驱动电机通过控制信号与主控系统连接，驱动所述球轮式运动机构调整机器人姿态，使机器人绕管道轴线自转；
超声波探伤装置，包含探伤球轮、超声波发射/接收探头、信号处理单元和数据采集模块；其中，所述超声波发射/接收探头集成于所述探伤球轮上；所述信号处理单元与数据采集模块电连接，并通过柔性电缆与所述主控系统通信连接，以传输超声波检测数据；所述探伤球轮连接于所述十字支撑轴上，使得所述探伤球轮、左球轮组和右球轮组形成等腰三角形；
视觉模块，包含高分辨率摄像头、补光灯和图像处理芯片；其中，所述高分辨率摄像头固定于所述机器人主体框架，并面向管道内壁；所述图像处理芯片与主控系统通信连接，以对采集的管道内壁图像进行处理分析；
线性激光雷达模块，包含激光发射器、接收器和处理器；其中，所述线性激光雷达模块安装于所述机器人主体框架顶部；所述处理器与主控系统通信连接，以获取管道内部结构信息并进行定位和路径规划；
主控系统，包含中央处理器、电源管理单元和通信模块；其中，所述中央处理器分别与所述球轮式运动机构、超声波探伤装置、视觉模块和线性激光雷达模块电连接，以协调各模块协同工作，实现管道检测；所述电源管理单元向各模块供电，并监测系统整体运行状态；所述通信模块用于数据传输，并与外部终端通信连接，以远程传输检测数据。
优选的，所述左球轮组和右球轮组分别包含多个球轮。
优选的，所述超声波探伤装置被配置为测量管道壁厚，并计算腐蚀率，计算式为：
其中，Cr表示腐蚀率；d0表示管道初始壁厚；d表示当前测得的壁厚；
所述腐蚀率计算结果存储于主控系统，并用于后续风险评估。
优选的，所述视觉模块用于检测管道裂纹，并计算裂纹生长率，计算式为：
其中，Gc表示裂纹生长率；lt表示当前裂纹长度；l0表示历史裂纹长度；t表示时间间隔；
所述裂纹生长率计算结果存储于主控系统，并用于风险评估。
优选的，所述主控系统基于管道探测数据计算管道结构完整性因子，计算式为：
Sf＝1-(k1×Cr+k2×Gc)；
其中，Sf表示结构完整性因子；Cr表示腐蚀率；Gc表示裂纹生长率；k1和k2分别表示权重系数。
优选的，所述主控系统基于探测数据和结构完整性因子Sf确定管道检测结果，并在结构完整性因子Sf低于设定阈值时，通过通信模块向远程终端发送警报信息。
优选的，所述线性激光雷达模块用于测量管道形变情况，并与超声波探测数据融合计算管道剩余寿命，计算式为：
其中，Tr表示管道剩余寿；Vd表示壁厚衰减速率；t表示时间间隔。
优选的，所述探伤球轮可转动的连接于所述十字支撑轴，以使所述球轮式运动机构根据管道内壁形态进行自适应调整。
优选的，所述视觉模块、超声波探伤装置和线性激光雷达模块均采用插拔式连接。
优选的，所述超声波发射/接收探头采用阵列式分布。
本发明还提供一种基于管道机器人的管道探伤检测方法，用于实现上述的基于管道机器人的管道探伤检测系统，包括：
利用所述线性激光雷达模块的激光SLAM技术构建管道内部三维地图，并规划机器人运动路径；通过主控系统控制球轮式运动机构，使机器人沿管道中心轴移动，并绕管道轴线自转；通过所述超声波探伤装置，获取管道壁厚数据并计算腐蚀率；利用所述视觉模块，采集管道内壁图像，并计算裂纹生长率；数据融合与风险评估：结合壁厚衰减速率、裂纹扩展速率计算结构完整性因子，并预测管道剩余寿命；若低于设定阈值，则通过无线通信模块向远程终端发送检测报告和警报信息。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
高适应性运动机构：采用球轮式运动机构，可在不同直径的管道内自由调整姿态，并实现绕管道轴线自转，提高探测区域覆盖率。通过独立驱动的球轮调整机器人接触力，适应不同管道形状，包括弯管、变径管等复杂结构。
高精度多模态检测：超声波探伤装置与球轮式机构结合，实现管道壁厚的全方位测量，精确计算腐蚀率并监测裂纹深度。视觉模块结合图像处理算法，可实时识别裂纹、焊缝缺陷等，并计算裂纹扩展速率，提高检测可靠性。线性激光雷达模块用于实时获取管道形态数据，实现高精度三维建模，提升机器人定位能力和缺陷匹配精度。
智能数据融合分析：结合超声波、视觉和激光雷达数据，通过主控系统计算管道结构完整性因子，并预测剩余寿命，提供全面的管道健康评估。采用无线通信模块远程传输检测数据，便于实时监控和数据存储，提高运维效率。
模块化设计，易维护：采用模块化设计，超声波探头、视觉摄像头、激光雷达等检测单元均可拆卸更换，提高设备的可维护性和扩展性。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明基于管道机器人的管道探伤检测系统的功能框图；
图2为优选实施例的结构示意图。
图中：1、十字支撑轴；2、左球轮；3、左全向轮；4、探伤球轮；5、超声波发射/接收探头；6、线性激光雷达模块；7、视觉模块；8、右球轮；9、右全向轮。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参阅图1，本实施例提供了一种基于管道机器人的管道探伤检测系统，包括：
机器人主体框架；
球轮式运动机构，包含左球轮组、右球轮组、十字支撑轴和旋转驱动电机，其中，所述左球轮组和右球轮组分别包含多个球轮；所述左球轮组和右球轮组通过十字支撑轴与机器人主体框架铰接，并对称分布；每个球轮由独立电机驱动旋转，所述旋转驱动电机通过控制信号与主控系统连接，驱动所述球轮式运动机构调整机器人姿态，使机器人绕管道轴线自转；
超声波探伤装置，包含探伤球轮、超声波发射/接收探头、信号处理单元和数据采集模块；其中，所述超声波发射/接收探头集成于所述探伤球轮上；所述信号处理单元与数据采集模块电连接，并通过柔性电缆与所述主控系统通信连接，以传输超声波检测数据；所述探伤球轮连接于所述十字支撑轴上，使得所述探伤球轮、左球轮组和右球轮组形成等腰三角形；
视觉模块，包含高分辨率摄像头、补光灯和图像处理芯片；其中，所述高分辨率摄像头固定于所述机器人主体框架，并面向管道内壁；所述图像处理芯片与主控系统通信连接，以对采集的管道内壁图像进行处理分析；
线性激光雷达模块，包含激光发射器、接收器和处理器；其中，所述线性激光雷达模块安装于所述机器人主体框架顶部；所述处理器与主控系统通信连接，以获取管道内部结构信息并进行定位和路径规划；
主控系统，包含中央处理器、电源管理单元和通信模块；其中，所述中央处理器分别与所述球轮式运动机构、超声波探伤装置、视觉模块和线性激光雷达模块电连接，以协调各模块协同工作，实现管道检测；所述电源管理单元向各模块供电，并监测系统整体运行状态；所述通信模块用于数据传输，并与外部终端通信连接，以远程传输检测数据。
可以理解的是，本实施例提出了一种创新的管道探伤检测系统，该系统基于先进的管道机器人技术，旨在提高管道检测的效率和准确性。系统的主要组成部分包括：
机器人主体框架，它是整个系统的基础结构，为其他组件提供安装和支撑平台；
球轮式运动机构，它由左球轮组、右球轮组、十字支撑轴和旋转驱动电机组成。左球轮组和右球轮组各自由多个球轮构成，这些球轮通过十字支撑轴与机器人主体框架相连，并且它们对称地分布在主体框架的两侧。每个球轮都由一个独立的电机驱动，能够独立旋转。旋转驱动电机与主控系统通过控制信号相连，使得球轮式运动机构能够根据需要调整机器人的姿态，确保机器人能够灵活地绕管道轴线进行自转，以适应不同管道的检测需求；
超声波探伤装置，它由探伤球轮、超声波发射/接收探头、信号处理单元和数据采集模块构成。超声波发射/接收探头被巧妙地集成在探伤球轮上，以确保探头能够紧贴管道内壁进行检测。信号处理单元与数据采集模块通过电气连接，并通过柔性电缆与主控系统通信连接，以便将超声波检测数据传输至主控系统进行进一步的分析和处理。探伤球轮连接在十字支撑轴上，与左球轮组和右球轮组形成一个稳定的等腰三角形结构，这有助于保持机器人在管道内的稳定性和检测精度；
视觉模块，它由高分辨率摄像头、补光灯和图像处理芯片组成。高分辨率摄像头被固定安装在机器人主体框架上，并且面向管道内壁，以便捕捉管道内壁的详细图像。图像处理芯片与主控系统通信连接，负责对采集到的管道内壁图像进行实时处理和分析，以识别可能存在的缺陷或损伤；
线性激光雷达模块，它包括激光发射器、接收器和处理器。该模块安装在机器人主体框架的顶部，能够发射激光并接收反射回来的激光信号，以此来获取管道内部的结构信息。处理器与主控系统通信连接，负责处理激光雷达收集的数据，进行实时定位和路径规划，确保机器人能够精确地沿着预定路径移动，同时避免与管道内部结构发生碰撞；
强大的主控系统，它由中央处理器、电源管理单元和通信模块组成。中央处理器是整个系统的大脑，它与球轮式运动机构、超声波探伤装置、视觉模块和线性激光雷达模块通过电气连接，协调各模块的协同工作，实现对管道的全面检测。电源管理单元负责向各个模块提供稳定的电源，并实时监测系统的整体运行状态，确保系统稳定运行。通信模块则用于数据传输，它能够与外部终端通信连接，实现检测数据的远程传输，使得操作人员能够及时获取检测结果，进行进一步的分析和决策。
在本申请的其中一些实施例中，所述左球轮组包含左球轮和左全向轮，右球轮组包含右球轮和右全向轮，以适应不同直径和材质的管道检测需求。
在本申请的其中一些实施例中，每个球轮表面覆盖有耐磨防滑材料，以增强在管道内壁的附着力和运动稳定性。
在本申请的其中一些实施例中，所述十字支撑轴采用高强度轻质合金材料制成。既保证了结构的坚固性，又减轻了机器人的整体重量，提高了运动灵活性和能效。
图2为本申请的一个优选实施例的结构示例，十字支撑轴1为基础框架结构，左球轮2、左全向轮3、探伤球轮4、超声波发射/接收探头5、线性激光雷达模块6、视觉模块7、右球轮8和右全向轮9均设置于十字支撑轴1上；其中，左球轮2和右球轮8分别由各自的旋转驱动电机驱动；超声波发射/接收探头5和探伤球轮4集成一体；
更优选的，十字支撑轴1为可折叠式，用于调整机器人主体框架与各个组件之间的相对位置，以适应不同管道直径和复杂环境，进一步增强了系统的灵活性和适应性。
在本申请的其中一些实施例中，所述超声波探伤装置被配置为测量管道壁厚，并计算腐蚀率，计算式为：
其中，Cr表示腐蚀率；d0表示管道初始壁厚；d表示当前测得的壁厚；
所述腐蚀率计算结果存储于主控系统，并用于后续风险评估。
可以理解的是，本实施例的管道探伤检测系统通过集成多种先进的检测技术和模块，不仅提高了管道检测的效率和准确性，还为后续的管道维护和修复提供了宝贵的数据支持。例如，超声波探伤装置不仅能够实时测量管道的壁厚，还能根据初始壁厚和当前测得的壁厚精确计算出腐蚀率，这一功能对于评估管道的安全性能和预测潜在风险具有重要意义。主控系统则负责存储这些关键数据，并在需要时提供给操作人员进行分析和决策，从而确保了管道检测工作的科学性和有效性。此外，该系统还具备高度的灵活性和适应性，能够根据不同的管道环境和检测需求进行灵活调整。
在本申请的其中一些实施例中，所述视觉模块用于检测管道裂纹，并计算裂纹生长率，计算式为：
其中，Gc表示裂纹生长率；lt表示当前裂纹长度；l0表示历史裂纹长度；t表示时间间隔；
所述裂纹生长率计算结果存储于主控系统，并用于风险评估。
可以理解的是，本实施例的管道探伤检测系统通过集成视觉模块，进一步增强了系统的检测能力。视觉模块的应用，使得系统能够精准识别管道表面的裂纹，并根据历史裂纹长度、当前裂纹长度以及时间间隔，精确计算出裂纹生长率。这一功能对于及时发现管道隐患、预防管道破裂等安全事故具有至关重要的作用。主控系统同样负责存储裂纹生长率等关键数据，为操作人员提供更全面的管道状况分析。
在本申请的其中一些实施例中，所述主控系统基于管道探测数据计算管道结构完整性因子，计算式为：
Sf＝1-(k1×Cr+k2×Gc)；
其中，Sf表示结构完整性因子；Cr表示腐蚀率；Gc表示裂纹生长率；k1和k2分别表示权重系数。
可以理解的是，本实施例的管道探伤检测系统通过主控系统对腐蚀率和裂纹生长率进行综合考量，引入了管道结构完整性因子这一概念，以更全面地评估管道的整体健康状况。权重系数k1和k2的设定，使得系统能够根据不同的管道材质、工作环境和使用年限等因素，灵活调整腐蚀率和裂纹生长率在管道结构完整性评估中的比重，从而提高了评估结果的准确性和针对性。这一创新性的设计，不仅提升了管道探伤检测系统的智能化水平，还为管道的长期安全运行提供了更加坚实的技术保障。
在本申请的其中一些实施例中，所述主控系统基于探测数据和结构完整性因子Sf确定管道检测结果，并在结构完整性因子Sf低于设定阈值时，通过通信模块向远程终端发送警报信息。
可以理解的是，本实施例的管道探伤检测系统通过设定结构完整性因子的阈值实现了对管道健康状况的实时监控。当管道的结构完整性因子Sf低于这一阈值时，系统能够迅速识别出潜在的安全风险，并通过通信模块向远程终端发送警报信息。这一功能不仅提高了管道维护的及时性，还有效降低了因管道故障导致的损失。远程终端接收到警报信息后，操作人员可以迅速采取行动，对管道进行必要的检修或更换，从而确保管道的长期安全运行。
在本申请的其中一些实施例中，所述线性激光雷达模块用于测量管道形变情况，并与超声波探测数据融合计算管道剩余寿命，计算式为：
其中，Tr表示管道剩余寿命；Vd表示壁厚衰减速率；t表示时间间隔。
可以理解的是，本实施例的管道探伤检测系统通过引入线性激光雷达模块，实现了对管道形变情况的精确测量。这一模块与超声波探测数据的融合，为管道剩余寿命的准确计算提供了有力支持。壁厚衰减速率Vd作为计算管道剩余寿命Tr的关键因素之一，反映了管道材料随时间推移而发生的性能变化。结合时间间隔t，系统能够综合考虑管道的使用历史和当前状态，从而得出更为准确的剩余寿命预测结果。这一设计不仅提高了管道维护的科学性，还为管道的安全运行提供了更为可靠的技术支撑。
在本申请的其中一些实施例中，所述探伤球轮可转动的连接于所述十字支撑轴，以使所述球轮式运动机构根据管道内壁形态进行自适应调整。
可以理解的是，本实施例的管道探伤检测系统通过设计探伤球轮可转动的连接于十字支撑轴，极大地增强了系统的适应性和灵活性。在复杂的管道环境中，球轮式运动机构能够根据管道内壁的形态进行自适应调整，确保探伤检测的全面性和准确性。这种设计不仅提高了检测效率，还有效避免了因管道形态变化而导致的检测盲区，为管道的全面检测和维护提供了有力保障。
在本申请的其中一些实施例中，所述视觉模块、超声波探伤装置和线性激光雷达模块均采用插拔式连接。
可以理解的是，本实施例的管道探伤检测系统通过采用插拔式连接，为系统的维护和升级带来了极大的便利。视觉模块、超声波探伤装置和线性激光雷达模块作为系统的核心组件，其插拔式设计使得在需要时可以轻松更换或升级这些模块，而无需对整个系统进行拆解。这一设计不仅降低了维护成本，还提高了系统的可扩展性和灵活性。同时，插拔式连接也确保了各模块之间的连接稳定性和数据传输的可靠性，为系统的稳定运行提供了有力保障。
在本申请的其中一些实施例中，所述超声波发射/接收探头采用阵列式分布。
可以理解的是，本实施例的管道探伤检测系统通过超声波发射/接收探头的阵列式分布，显著提升了检测的精度和效率。阵列式分布的探头能够同时覆盖更广泛的管道区域，从而在短时间内获取更为详尽的探测数据。这种设计不仅加快了检测速度，还有效提高了检测结果的准确性。此外，阵列式分布的探头还能够更好地适应复杂多变的管道环境，确保在各种条件下都能获得可靠的探测结果。
本实施例还提供一种基于管道机器人的管道探伤检测方法，用于实现上述的基于管道机器人的管道探伤检测系统，包括：
利用所述线性激光雷达模块的激光SLAM技术构建管道内部三维地图，并规划机器人运动路径；通过主控系统控制球轮式运动机构，使机器人沿管道中心轴移动，并绕管道轴线自转；通过所述超声波探伤装置，获取管道壁厚数据并计算腐蚀率；利用所述视觉模块，采集管道内壁图像，并计算裂纹生长率；数据融合与风险评估：结合壁厚衰减速率、裂纹扩展速率计算结构完整性因子，并预测管道剩余寿命；若低于设定阈值，则通过无线通信模块向远程终端发送检测报告和警报信息。
可以理解的是，本实施例的管道探伤检测方法通过结合多种技术手段，实现了对管道内部状况的全方位、高精度检测。首先，利用线性激光雷达模块的激光SLAM技术构建管道内部三维地图，为机器人的运动提供了精确的导航信息。通过主控系统对球轮式运动机构的精准控制，机器人能够沿着管道中心轴稳定移动，并绕管道轴线自转，确保了对管道内壁的全面检测。超声波探伤装置的引入，使得机器人能够准确获取管道壁厚数据，并计算出腐蚀率，为评估管道健康状况提供了重要依据。同时，视觉模块的采集功能，使得机器人能够捕捉到管道内壁的详细图像，通过计算裂纹生长率，进一步揭示了管道的潜在风险。最后，通过数据融合与风险评估步骤，系统能够综合多种检测数据，计算出结构完整性因子，并预测管道的剩余寿命。当检测结果低于设定阈值时，系统能够自动通过无线通信模块向远程终端发送检测报告和警报信息，为管道的及时维护提供了有力支持。这一方法不仅提高了检测的准确性和效率，还大大减轻了人工检测的劳动强度，为管道的安全运行提供了有力保障。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序商品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例，或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序商品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)和计算机程序商品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框，以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于管道机器人的管道探伤检测系统，其特征在于，包括：
机器人主体框架；
球轮式运动机构，包含左球轮组、右球轮组、十字支撑轴和旋转驱动电机，其中，所述左球轮组和右球轮组通过十字支撑轴与机器人主体框架铰接，并对称分布；每个球轮由独立电机驱动旋转，所述旋转驱动电机通过控制信号与主控系统连接，驱动所述球轮式运动机构调整机器人姿态，使机器人绕管道轴线自转；
超声波探伤装置，包含探伤球轮、超声波发射/接收探头、信号处理单元和数据采集模块；其中，所述超声波发射/接收探头集成于所述探伤球轮上；所述信号处理单元与数据采集模块电连接，并通过柔性电缆与所述主控系统通信连接，以传输超声波检测数据；所述探伤球轮连接于所述十字支撑轴上，使得所述探伤球轮、左球轮组和右球轮组形成等腰三角形；
视觉模块，包含高分辨率摄像头、补光灯和图像处理芯片；其中，所述高分辨率摄像头固定于所述机器人主体框架，并面向管道内壁；所述图像处理芯片与主控系统通信连接，以对采集的管道内壁图像进行处理分析；
线性激光雷达模块，包含激光发射器、接收器和处理器；其中，所述线性激光雷达模块安装于所述机器人主体框架顶部；所述处理器与主控系统通信连接，以获取管道内部结构信息并进行定位和路径规划；
主控系统，包含中央处理器、电源管理单元和通信模块；其中，所述中央处理器分别与所述球轮式运动机构、超声波探伤装置、视觉模块和线性激光雷达模块电连接，以协调各模块协同工作，实现管道检测；所述电源管理单元向各模块供电，并监测系统整体运行状态；所述通信模块用于数据传输，并与外部终端通信连接，以远程传输检测数据。
2.根据权利要求1所述的基于管道机器人的管道探伤检测系统，其特征在于，所述超声波探伤装置被配置为测量管道壁厚，并计算腐蚀率，计算式为：
其中，Cr表示腐蚀率；d0表示管道初始壁厚；d表示当前测得的壁厚；
所述腐蚀率计算结果存储于主控系统，并用于后续风险评估。
3.根据权利要求2所述的基于管道机器人的管道探伤检测系统，其特征在于，所述视觉模块用于检测管道裂纹，并计算裂纹生长率，计算式为：
其中，Gc表示裂纹生长率；lt表示当前裂纹长度；l0表示历史裂纹长度；t表示时间间隔；
所述裂纹生长率计算结果存储于主控系统，并用于风险评估。
4.根据权利要求3所述的基于管道机器人的管道探伤检测系统，其特征在于，所述主控系统基于管道探测数据计算管道结构完整性因子，计算式为：
Sf＝1-(k1×Cr+k2×Gc)；
其中，Sf表示结构完整性因子；Cr表示腐蚀率；Gc表示裂纹生长率；k1和k2分别表示权重系数。
5.根据权利要求4所述的基于管道机器人的管道探伤检测系统，其特征在于，所述主控系统基于探测数据和结构完整性因子Sf确定管道检测结果，并在结构完整性因子Sf低于设定阈值时，通过通信模块向远程终端发送警报信息。
6.根据权利要求5所述的基于管道机器人的管道探伤检测系统，其特征在于，所述线性激光雷达模块用于测量管道形变情况，并与超声波探测数据融合计算管道剩余寿命，计算式为：
其中，Tr表示管道剩余寿命；Vd表示壁厚衰减速率；t表示时间间隔。
7.根据权利要求1所述的基于管道机器人的管道探伤检测系统，其特征在于，所述探伤球轮可转动的连接于所述十字支撑轴，以使所述球轮式运动机构根据管道内壁形态进行自适应调整。
8.根据权利要求1所述的基于管道机器人的管道探伤检测系统，其特征在于，所述视觉模块、超声波探伤装置和线性激光雷达模块均采用插拔式连接。
9.根据权利要求1所述的基于管道机器人的管道探伤检测系统，其特征在于，所述超声波发射/接收探头采用阵列式分布。
10.一种基于管道机器人的管道探伤检测方法，用于实现权利要求1-9任一项所述的基于管道机器人的管道探伤检测系统，其特征在于，包括：
利用所述线性激光雷达模块的SLAM技术构建管道内部三维地图，并规划机器人运动路径；通过主控系统控制球轮式运动机构，使机器人沿管道中心轴移动，并绕管道轴线自转；通过所述超声波探伤装置，获取管道壁厚数据并计算腐蚀率；利用所述视觉模块，采集管道内壁图像，并计算裂纹生长率；结合壁厚衰减速率、裂纹扩展速率计算结构完整性因子，并预测管道剩余寿命；若低于设定阈值，则通过无线通信模块向远程终端发送检测报告和警报信息。
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