市政污水管道是现代人类生活不可或缺的重要组成部分,其局部的损伤和堵塞会带来全局的瘫痪,甚至造成灾难性的恶果。由于这些管道结构尺寸多样及管内环境复杂多变,造成管内人工巡检和作业困难,极大地阻碍雨污管道运维的有效实施。因此,开展面向雨污管道的巡检和作业技术的研究具有十分重要的意义。目前,将移动机器人与机器视觉或声呐检测技术融合而实施的污水管道巡检技术,已成为了该领域的研究热点,并逐步得到了应用。而现有的巡检技术对管道环境要求苛刻,国家标准也对机器人巡检时管内水位进行了强行限制,且作业前需要人工对管道清淤和截流处理,以保证管内无水或低水位的环境。据此研制出管道机器人检测系统爬行方式固定、检测方法单一以及巡检范围有限,无法在淤泥堆积和高水位环境下爬行和巡检,难以应用于自然状态下雨污管道的运维。事实上,融合机器视觉或声呐检测的机器人在雨污管道内爬行时,管内水位高低不同、水质复杂多变以及淤泥堆积,机器人在爬行时车轮与淤泥和水流的耦合作用,会出现打滑、抖动和偏航等位姿难以控制的问题,造成采集的管内视觉图像模糊和掉帧,声呐图像噪声大和分辨率低,严重的影响了机器人巡检的效果。基于以上背景,提出开展基于两栖机器人的雨污管道自动化巡检技术研究。在了解雨污排水管道机器人巡检相关技术研究现状及其发展趋势的基础上,确定基于两栖机器人的雨污排水管道自动化巡检总体技术方案,重点开展了管内复杂环境下两栖机器人运动控制及管道视觉和声呐检测等关键技术的研究,解决了雨污管道机器人在混浊水下目标检测及运动控制等难题。同时,完成了两栖机器人本体和视觉声呐检测模块的设计,并将两者相结合研发出了一套基于两栖机器人的雨污管道检测系统。另外,还利用所研发的系统开展实验研究,证实了本文所研发技术的可行性和有效性。主要的研究工作体现在:第一章,论述雨污管道应用及其巡检技术研究的重要意义,系统总结了国内外管道机器人及其巡检相关技术的研究现状及其发展趋势,分析了当前管道机器人自动化巡检技术所存在的问题及相应的对策,明确论文的研究方向。同时,还对论文的研究内容及其章节进行安排。第二章,分析了水介质内声波传播机理及其声学效应,明确了声呐成像特点和影响因素,并分析了视觉成像原理及其稳像处理技术基础,明确稳像处理步骤和相关关键技术,建立了视觉稳像处理模型。同时,在明确雨污管道自动化巡检系统功能和性能目标的基础上,完成系统总体方案的设计,并凝练了有待解决的关键技术。第三章,开展管内两栖机器人机械本体设计与运动控制技术的研究。在明确雨污管道机器人巡检系统功能与性能目标的基础上,完成了一种具有水陆两栖爬行能力的轮式机器人机械本体的设计分析。同时,建立了两栖机器人管内运动学与动力学模型,并实现管内复杂下机器人的运动控制,奠定面向管内巡检的移动机器人技术基础。第四章,开展管内复杂环境的声呐与视觉巡检图像处理技术的研究。在建立管内无水环境下动态视觉成像运动干扰模型的基础上,采用特征匹配对视觉图像帧的像素点进行运动估计、卡尔曼滤波对全局运动矢量进行平滑处理及相邻域补偿对图像进行重构拼接,实现动态视觉图像的稳像处理。同时,对污水声呐图像进行降噪处理,并完成声呐图像对比度增强,采用Laplace算子对图像灰暗区域锐化增强,从而实现声呐图像的清晰化处理,奠定面向管道巡检的视觉和声呐检测的技术基础。第五章,通过上述各章节所研发的理论与技术成果,采用分布式的体系结构、模块化的设计策略,在完成具有管内水陆两栖爬行能力的管道机器人加工制造的基础上,将管内声呐和视觉检测与机电一体化技术相结合,采用电力载波通讯方式实现系统的集成,研发出一套基于两栖机器人的雨污管道巡检系统。同时,利用该系统进行相关实验研究,证实了本文所研发技术与系统的可行性与有效性。第六章,对本文的研究内容进行总结,对以后的进一步深入研究进行展望。