控制棒导向筒开口销检测机器人及定位方法技术

本发明专利技术公开了一种控制棒导向筒开口销检测机器人及定位方法，它包括车本体、垂直升降机构、探头组件、视频定位机构以及三自由度定位机构，三自由度定位机构包括θ轴驱动机构、Y轴驱动机构和X轴驱动机构，垂直升降机构安装于X轴驱动机构上，θ轴驱动机构安装于垂直升降机构上，探头组件安装于θ轴驱动机构上，X轴驱动机构的驱动方向和Y轴驱动方向相垂直且均与车本体上端面相平行，θ轴驱动机构带动探头组件旋转，垂直升降机构垂直车本体上端面。能够克服有限视觉空间影响，实现精确定位，并提供一定的柔性，自适应定位误差和安装误差，且探头晶片与开口销接触压力恒定，有利于超声波检查的可重复性。

Control rod guide tube pin detection robot and positioning method

The invention discloses a control rod guide tube pin detection robot and positioning method, which comprises a car body, a vertical lifting mechanism, probe assembly, video positioning mechanism and a three degree of freedom positioning mechanism, three degree of freedom positioning mechanism comprises a theta axis driving mechanism, a driving mechanism of Y axis and X axis driving mechanism, vertical lifting installation mechanism in the X axis drive mechanism, theta axis driving gear is arranged on the vertical lifting mechanism, the probe assembly mounted to a theta axis of the driving mechanism, the driving mechanism drives the X axis direction and Y axis perpendicular to the direction of driving and car body and end in parallel, theta axis driving mechanism drives the probe assembly rotation, vertical lifting the car body vertical body surface. To overcome the limited visual spatial effects, to achieve accurate positioning, and provide a flexible, adaptive localization error and installation error, and wafer probe and cotter pin contact pressure constant, repeatability for ultrasonic inspection.

【技术实现步骤摘要】
控制棒导向筒开口销检测机器人及定位方法
本专利技术涉及核电设备检测领域，特别涉及一种控制棒导向筒开口销检测机器人及定位方法。
技术介绍
控制棒导向筒开口销位于核电站反应堆上部堆内构件内，其作用是为控制棒导向筒提供定位和横向支承，是核电机组功率调节和应急停堆时控制棒能否按要求下落的重要影响因素。国外核电站多次出现开口销失效现象，其后果体现在两个方面，其一是控制棒导向筒错位，进而影响控制棒下落时间，其二是断裂的开口销部件作为异物进入核电站一回路中循环，会损伤其他重要设备，影响核电设备的完整性。因此有必要对控制棒导向筒开口销实施在役检查，以监测其运行过程中的质量状态，提高核电站的可靠性、安全性、完整性。在役检查一般在核电机组大修过程中进行。大修时，上部堆内构件组件整体被存放在构件水池内。为进行开口销关键区域的超声波检查，需将一种扁形探头插入开口销凹槽中，凹槽在安装状态宽度在2.696mm～2.896mm之间，而探头组件宽度在2.4mm左右，水下定位精度要求较高。而且开口销端部凹入上栅格板底面37.75mm，这对开口销端面的观察和定位带来了很大难度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可实现超声波探头组件三自由度高精度定位和垂直升降，以在堆内构件下方实施控制棒导向筒开口销超声波检查的控制棒导向筒开口销检测机器人。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种控制棒导向筒开口销检测机器人，它包括车本体、垂直升降机构、探头组件、视频定位机构以及安装于所述车本体上的三自由度定位机构，所述三自由度定位机构包括θ轴驱动机构、安装于所述车本体上的Y轴驱动机构和安装于所述Y轴驱动机构上的X轴驱动机构，所述垂直升降机构安装于所述X轴驱动机构上，所述θ轴驱动机构安装于所述垂直升降机构上，所述探头组件安装于所述θ轴驱动机构上，所述X轴驱动机构的驱动方向和Y轴驱动方向相垂直且均与所述车本体上端面相平行，所述θ轴驱动机构带动所述探头组件旋转，所述垂直升降机构垂直所述车本体上端面。优化的，所述车本体包括罩体、安装于所述罩体其中相对的两个侧壁上的两个车轮组件、密封安装于所述罩体内且与所述车轮组件相连接的传动组件。优化的，每个所述车轮组件包括主动同步带轮、从动同步带轮以及连接于所述主动同步带轮和从动同步带轮上的双面齿同步带。优化的，所述Y轴驱动机构包括设于所述车本体上端面上的Y轴导轨、与所述Y轴导轨相平行设置的Y轴丝杆组件、滑动连接于所述Y轴导轨上且与所述Y轴丝杆组件相连接的Y轴底座以及驱动所述Y轴丝杆组件移动的Y轴电机，所述Y轴电机的输出轴与所述Y轴丝杆组件的丝杆相平行或同轴设置。进一步地，所述X轴驱动机构包括固定于所述Y轴底座上且与所述Y轴导轨相垂直设置的X轴导轨、安装于所述Y轴底座上且与所述X轴导轨相平行设置的X轴丝杆组件、滑动连接于所述X轴导轨上且与所述X轴丝杆组件的螺母相固定连接的X轴底座以及用于驱动所述X轴丝杆组件转动的X轴电机。更进一步地，所述X轴电机与所述X轴丝杆组件的丝杆相垂直设置且两者通过锥齿轮组相传动连接，所述X轴电机与所述Y轴电机相平行设置，所述X轴底座具有延伸部，所述延伸部上设有用于安装所述锥齿轮组的X轴框体，所述X轴电机固定安装于所述X轴框体上。优化的，所述垂直升降机构包括垂直所述车本体上端面设置的竖向安装板、安装于所述竖向安装板其中一个侧面上且伸缩方向垂直所述车本体上端面设置的竖向气缸，安装有所述竖向气缸的侧面为第一侧面，所述垂直升降机构还包括安装于所述第一侧面上且与所述竖向气缸的伸缩方向相平行设置的竖向导轨、滑动连接于所述竖向导轨上且与所述竖向气缸的活塞杆相固定连接的竖向底座。优化的，视频定位机构包括安装于所述车本体上的粗定位部以及安装于所述垂直升降机构上的精定位部，所述精定位部安装于竖向安装板上且与所述第一侧面相对的侧面上。粗定位部包视频旋转座、安装于可以转动的视频旋转座上的水平摄像头，所述精定位部为竖向设置的竖向摄像头，竖向摄像头的拍摄方向朝上。优化的，所述探头组件包括探头晶片、用于固定所述探头晶片的晶片固定架、底板以及连接于所述底板和所述晶片固定架之间的第一缓冲组件，所述第一缓冲组件与所述晶片固定架之间还设有第二缓冲组件，所述第二缓冲组件包括与所述第一缓冲组件相连接的中板、套设于所述中板上的筒体以及固定于所述筒体内部的弹性橡胶，所述晶片固定架固定插设于所述弹性橡胶内且与所述中板间存在间隙，所述探头晶片与所述晶片固定架高出所述第二缓冲组件部分的高度大于开口销凹槽最深处至上栅格板下端面的距离，该距离为压缩距离。本专利技术还提供了一种检测开口销的定位方法，其包括以下步骤：(一).利用水平摄像头观察水下环境，并控制检测机器人移动至待检测开口销下方附近。(二)建立竖向摄像头坐标系，以竖向摄像头中心为原点，以平行于X轴方向为X方向，以平行于Y轴方向为Y方向，探头组件中心与竖向摄像头中心相对位置固定，△X为0，△Y为固定值，且探头组件初始方向与摄像头坐标系X方向平行；(三).利用竖向摄像头拍摄开口销端面图像，提取开口销中心的相对摄像头的坐标和凹槽角度，利用机器人的X/Y定位机构，将竖向摄像头运动至开口销中心对齐，探头组件由θ轴电机驱动旋转至凹槽角度；(四).定位机构Y轴移动△Y，这样探头组件完全定位在开口销下方，可由垂直升降机构升入开口销凹槽。优化的，所述探头组件包括探头晶片、用于固定所述探头晶片的晶片固定架、底板以及连接于所述底板和所述晶片固定架之间的第一缓冲组件，所述第一缓冲组件与所述晶片固定架之间还设有第二缓冲组件，所述第二缓冲组件包括与所述第一缓冲组件相连接的中板、套设于所述中板上的筒体以及固定于所述筒体内部的弹性橡胶，所述晶片固定架固定插设于所述弹性橡胶内且与所述中板间存在间隙，所述探头晶片与所述晶片固定架高出所述第二缓冲组件部分的高度大于开口销凹槽最深处至上栅格板下端面的距离，该距离为压缩距离。本专利技术的有益效果在于：能够克服有限视觉空间影响，实现精确定位，并提供一定的柔性，自适应定位误差和安装误差，且探头晶片与开口销接触压力恒定，有利于超声波检查的可重复性。附图说明附图1为检测机器人工作环境示意图；附图2为探头晶片插入开口销时的检测机器人的立体视图；附图3为缓冲限位机构的结构示意图；附图4为探头晶片插入开口销时的探头组件的立体视图；附图5为探头组件的剖视图；附图6为探头组件的剖视图；附图7为探头组件贴紧开口销凹槽后，探头组件盖板与上栅格板底面距离3mm。具体实施方式下面结合附图所示的实施例对本专利技术作以下详细描述：如图2所示，控制棒导向筒开口销检测机器人包括车本体1、垂直升降机构、探头组件、视频定位机构以及安装于所述车本体1上的三自由度定位机构，所述三自由度定位机构包括θ轴驱动机构、安装于所述车本体1上的Y轴驱动机构和安装于所述Y轴驱动机构上的X轴驱动机构，所述垂直升降机构安装于所述X轴驱动机构上，所述θ轴驱动机构安装于所述垂直升降机构上，所述探头组件安装于所述θ轴驱动机构上，所述X轴驱动机构的驱动方向和Y轴驱动方向相垂直且均与所述车本体1上端面相平行，所述θ轴驱动机构带动所述探头组件旋转，所述垂直升降机构垂直所述车本体1上端面。所述车本体1包括罩体、安装于所述罩体其中相对的两个侧壁上的两个车轮组件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制棒导向筒开口销检测机器人，其特征在于：它包括车本体、垂直升降机构、探头组件、视频定位机构以及安装于所述车本体上的三自由度定位机构，所述三自由度定位机构包括θ轴驱动机构、安装于所述车本体上的Y轴驱动机构和安装于所述Y轴驱动机构上的X轴驱动机构，所述垂直升降机构安装于所述X轴驱动机构上，所述θ轴驱动机构安装于所述垂直升降机构上，所述探头组件安装于所述θ轴驱动机构上，所述X轴驱动机构的驱动方向和Y轴驱动方向相垂直且均与所述车本体上端面相平行，所述θ轴驱动机构带动所述探头组件旋转，所述垂直升降机构垂直所述车本体上端面。

【技术特征摘要】
1.一种控制棒导向筒开口销检测机器人，其特征在于：它包括车本体、垂直升降机构、探头组件、视频定位机构以及安装于所述车本体上的三自由度定位机构，所述三自由度定位机构包括θ轴驱动机构、安装于所述车本体上的Y轴驱动机构和安装于所述Y轴驱动机构上的X轴驱动机构，所述垂直升降机构安装于所述X轴驱动机构上，所述θ轴驱动机构安装于所述垂直升降机构上，所述探头组件安装于所述θ轴驱动机构上，所述X轴驱动机构的驱动方向和Y轴驱动方向相垂直且均与所述车本体上端面相平行，所述θ轴驱动机构带动所述探头组件旋转，所述垂直升降机构垂直所述车本体上端面。2.根据权利要求1所述的控制棒导向筒开口销检测机器人，其特征在于：所述车本体包括罩体、安装于所述罩体其中相对的两个侧壁上的两个车轮组件、密封安装于所述罩体内且与所述车轮组件相连接的传动组件。3.根据权利要求1所述的控制棒导向筒开口销检测机器人，其特征在于：每个所述车轮组件包括主动同步带轮、从动同步带轮以及连接于所述主动同步带轮和从动同步带轮上的双面齿同步带。4.根据权利要求1所述的控制棒导向筒开口销检测机器人，其特征在于：所述Y轴驱动机构包括设于所述车本体上端面上的Y轴导轨、与所述Y轴导轨相平行设置的Y轴丝杆组件、滑动连接于所述Y轴导轨上且与所述Y轴丝杆组件相连接的Y轴底座以及驱动所述Y轴丝杆组件移动的Y轴电机，所述Y轴电机的输出轴与所述Y轴丝杆组件的丝杆相平行或同轴设置。5.根据权利要求4所述的控制棒导向筒开口销检测机器人，其特征在于：所述X轴驱动机构包括固定于所述Y轴底座上且与所述Y轴导轨相垂直设置的X轴导轨、安装于所述Y轴底座上且与所述X轴导轨相平行设置的X轴丝杆组件、滑动连接于所述X轴导轨上且与所述X轴丝杆组件的螺母相固定连接的X轴底座以及用于驱动所述X轴丝杆组件转动的X轴电机。6.根据权利要求5所述的控制棒导向筒开口销检测机器人，其特征在于：所述X轴电机与所述X轴丝杆组件的丝杆相垂直设置且两者通过锥齿轮组相传动连接，所述X轴电机与所述Y轴电机相平行设置，所述X轴底座具有延伸部，所述延伸部上设有用于安装所述锥齿轮组的X轴框体，所述X轴电机固定安装于所述X轴框体上。7.根据权利要求1所述的控制棒导向筒开口销检测机器人，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：马超，马官兵，许俊龙，朱传雨，王韦强，汤建帮，曾晨明，汪双印，吴健荣，高建民，陈怀东，李明，林戈，洪茂成，张鹏飞，
申请(专利权)人：中广核检测技术有限公司，苏州热工研究院有限公司，中国广核集团有限公司，中国广核电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44