本发明专利技术具体涉及一种多关节机械臂拆装蒸汽发生器堵板螺栓定位系统，包括单目相机、合作靶标、工控机、旋拧工具和多关节机械臂；所述蒸汽发生器堵板表面设有合作靶标，所述单目相机安装在多关节机械臂执行末端，采集蒸汽发生器堵板表面合作靶标图像并发送工控机；所述工控机接收并处理单目相机采集的蒸汽发生器堵板表面合作靶标图像，向多关节机械臂输出控制指令；所述多关节机械臂与旋拧工具连接，所述多关节机械臂执行控制指令，运载旋拧工具到位后旋拧蒸汽发生器堵板螺栓到位。本发明专利技术的多关节机械臂拆装蒸汽发生器堵板螺栓定位系统，实现堵板螺栓拆装机械臂末端高效和可靠运行。现堵板螺栓拆装机械臂末端高效和可靠运行。现堵板螺栓拆装机械臂末端高效和可靠运行。
【技术实现步骤摘要】
一种多关节机械臂拆装蒸汽发生器堵板螺栓定位系统和方法
[0001]本专利技术涉及蒸汽发生器堵板螺栓定位
，特别是涉及一种多关节机械臂拆装蒸汽发生器堵板螺栓定位系统和方法。
技术介绍
[0002]核电站换料大修期间，需要通过一次侧高水位堵板对蒸汽发生器主管道进行隔离，可保证核电站高水位时可同时进行容器内的其他检修工作，以缩短大修时间。当前，国内外很多研究单位已经开始研究利用多关节机械臂自动完成高水位堵板安装，其中难点是机械臂末端携带螺栓旋拧到位，不仅要求螺栓姿态对正螺栓孔，而且要求螺栓进入螺栓孔深度达标。不然，前者直接损伤堵板螺纹，导致堵板块报废；后者导致堵板安装失效，一回路水大量泄露造成核岛大面积放射性污染。
[0003]传统机械臂执行末端定位普遍采用双目视觉法或激光三角法或单目视觉和激光测距法测量三维空间坐标实现，虽然测量精度可以满足机械臂作业任务需求，但是存在如下问题，一是建立精确三维坐标计算量大，不能实现在线测量和控制；二是传感器成本高，而且体积较大。由于堵板螺栓安装为关键路径，允许安装时间有限，而且容器内空间受限，多关节机械臂负载有限，因此上述方法无法满足堵板拆装机械臂安装螺栓要求。
技术实现思路
[0004]基于此，有必要针对现有机械臂执行末端定位存在上述问题不能满足拆装蒸汽发生器堵板螺栓要求的问题，提供一种多关节机械臂拆装蒸汽发生器堵板螺栓定位系统和方法，实现堵板螺栓拆装机械臂末端高效和可靠运行。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种多关节机械臂拆装蒸汽发生器堵板螺栓定位系统，包括单目相机、合作靶标、工控机、旋拧工具和多关节机械臂；所述蒸汽发生器堵板表面设有合作靶标，所述单目相机安装在多关节机械臂执行末端，采集蒸汽发生器堵板表面合作靶标图像并发送工控机；所述工控机接收并处理单目相机采集的蒸汽发生器堵板表面合作靶标图像，向多关节机械臂输出控制指令；所述多关节机械臂与旋拧工具连接，所述多关节机械臂执行控制指令，运载旋拧工具到位后旋拧蒸汽发生器堵板螺栓到位。
[0007]工作原理：使用多关节机械臂拆装蒸汽发生器堵板螺栓定位系统时，通过合作靶标的相对位姿测量，计算蒸汽发生器堵板螺栓与蒸汽发生器堵板螺栓孔之间的相对姿态和相对位置。在蒸汽发生器堵板表面设有合作靶标，通过合作靶标的透视映射关系确定蒸汽发生器堵板螺栓与蒸汽发生器堵板螺栓孔之间的相对姿态；利用合作靶标上n个相对位置已知的点确定蒸汽发生器堵板螺栓与蒸汽发生器堵板螺栓孔的相对深度位置和相对平移位置。根据蒸汽发生器堵板螺栓与蒸汽发生器堵板螺栓孔之间的相对姿态、相对深度位置和相对平移位置控制多关节机械臂运载旋拧工具旋拧蒸汽发生器堵板螺栓到位。
[0008]进一步地，所述合作靶标包括固定靶标和投射靶标；所述单目相机上安装激光器，
所述激光器向蒸汽发生器堵板螺栓孔表面投射激光束，形成投射靶标；所述蒸汽发生器堵板表面螺栓孔附近安装固定靶标；所述固定靶标和旋拧到位状态的投射靶标共同构成合作靶标。
[0009]进一步地，所述单目相机包括相机本体、镜头和照明灯，所述相机本体上安装镜头，所述镜头四周安装照明灯。
[0010]进一步地，所述激光器安装在镜头四周。
[0011]进一步地，所述固定靶标和旋拧到位状态的投射靶标的形状和尺寸相同。
[0012]进一步地，所述固定靶标和旋拧到位状态的投射靶标的形状为圆形、十字方标或矩形。
[0013]本专利技术还提供一种基于单目视觉和合作靶标的机械臂定位方法，包括如下步骤：
[0014]1、多关节机械臂运动到固定靶标附近，固定靶标进入单目相机视野；
[0015]2、基于几何特征量的自主位姿测量方法计算蒸汽发生器堵板螺栓相对蒸汽发生器堵板螺栓孔姿态，即俯仰角α和方向角β；
[0016]3、以俯仰角α和方向角β作为设定值控制多关节机械臂定位运动,使俯仰角α和方向角β减小为0，此时蒸汽发生器堵板螺栓平行于蒸汽发生器堵板螺栓孔；
[0017]4、基于固定靶标已知尺寸计算单位像素尺寸系数u；
[0018]5、基于合作靶标图像像素比例计算投射靶标中心和固定靶标中心平移偏差 (ΔX,ΔY)；
[0019]6、以投射靶标中心和固定靶标中心平移偏差(ΔX,ΔY)作为设定值控制多关节机械臂定位运动，使投射靶标中心和固定靶标中心平移偏差(ΔX,ΔY)减小至 0；
[0020]7、基于合作靶标图像像素比例计算蒸汽发生器堵板螺栓与蒸汽发生器堵板螺栓孔深度偏差ΔZ；
[0021]8、以
‑
ΔZ作为设定值控制多关节机械臂定位运动，使蒸汽发生器堵板螺栓与蒸汽发生器堵板螺栓孔深度偏差ΔZ减小到0；同时控制旋拧工具启动，运动到位后投射靶标和固定靶标完全重合，蒸汽发生器堵板螺栓旋拧到位。
[0022]进一步地，步骤1中，所述多关节机械臂手动或自动运动到固定靶标附近，所述多关节机械臂手动控制由第三视角相机结合人工辅助初步定位，所述多关节机械臂自动控制由已知初始坐标作为设定值。
[0023]进一步地，步骤4中，根据固定靶标已知特征长度L和合作靶标图像中对应特征像素m，计算单位像素尺寸系数u＝L/m。
[0024]进一步地，步骤5中，根据合作靶标图像中投射靶标中心和固定靶标中心平移偏差(Δx,Δy)，计算投射靶标中心和固定靶标中心平移偏差(ΔX,ΔY)＝ u(Δx,Δy)。
[0025]进一步地，步骤7中，根据合作靶标图像中投射靶标和固定靶标面积之比或者边长之比，计算蒸汽发生器堵板螺栓与蒸汽发生器堵板螺栓孔深度偏差ΔZ。
[0026]本专利技术的有益技术效果:
[0027]本专利技术的多关节机械臂拆装蒸汽发生器堵板螺栓定位系统和方法,综合利用合作靶标及PnP问题方法优点，分别解决姿态测量和位置测量，可实现螺栓对于螺栓孔快速、精确定位。
[0028]本专利技术的多关节机械臂拆装蒸汽发生器堵板螺栓定位系统和方法,系统结构简
单，仅由摄像机、激光模块构成，无复杂且精密传感器；定位方法计算量小，可实时在线控制机械臂运动，定位精度高；通用性强，可推广应用到其工业机械臂。
附图说明
[0029]图1为本专利技术的多关节机械臂拆装蒸汽发生器堵板螺栓定位系统结构示意图；
[0030]图2为单目相机和激光器结构示意图；
[0031]图3为十字方标形状固定靶标结构示意图；
[0032]图4为固定靶标在蒸汽发生器堵板上位置示意图；
[0033]图5为本专利技术的多关节机械臂拆装蒸汽发生器堵板螺栓定位方法流程示意图；
[0034]图6为本专利技术的多关节机械臂拆装蒸汽发生器堵板螺栓定位方法的步骤(1) 中合作靶标俯视示意图；
[0035]图7为本专利技术的多关节机械臂拆装蒸汽发生器堵板螺栓定位方法的步骤(3) 中合作靶标俯视示意图；
[0036]图8为本专利技术的多关节机械臂拆装蒸汽发生器堵板螺栓定位方法的步骤(6) 中本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多关节机械臂拆装蒸汽发生器堵板螺栓定位系统，其特征在于，包括单目相机(1)、合作靶标、工控机、旋拧工具(4)和多关节机械臂(2)；所述蒸汽发生器堵板表面设有合作靶标，所述单目相机(1)安装在多关节机械臂(2)执行末端，采集蒸汽发生器堵板表面合作靶标图像并发送工控机；所述工控机接收并处理单目相机(1)采集的蒸汽发生器堵板表面合作靶标图像，向多关节机械臂(2)输出控制指令；所述多关节机械臂(2)与旋拧工具(4)连接，所述多关节机械臂(2)执行控制指令，运载旋拧工具(4)到位后旋拧蒸汽发生器堵板螺栓(3)到位。2.根据权利要求1所述的多关节机械臂拆装蒸汽发生器堵板螺栓定位系统，其特征在于，所述合作靶标包括固定靶标(5)和投射靶标(7)；所述单目相机(1)上安装激光器(8)，所述激光器(8)向蒸汽发生器堵板螺栓孔(6)表面投射激光束，形成投射靶标(7)；所述蒸汽发生器堵板表面螺栓孔附近安装固定靶标(5)；所述固定靶标(5)和投射靶标(7)共同构成合作靶标。3.根据权利要求2所述的多关节机械臂拆装蒸汽发生器堵板螺栓定位系统，其特征在于，所述单目相机(1)包括相机本体、镜头(10)和照明灯(9)，所述相机本体上安装镜头(10)，所述镜头(10)四周安装照明灯(9)。4.根据权利要求3所述的多关节机械臂拆装蒸汽发生器堵板螺栓定位系统，其特征在于，所述激光器(8)安装在镜头(10)四周。5.根据权利要求1所述的多关节机械臂拆装蒸汽发生器堵板螺栓定位系统，其特征在于，所述固定靶标(5)和旋拧到位状态的投射靶标(7)的形状和尺寸相同。6.根据权利要求5所述的多关节机械臂拆装蒸汽发生器堵板螺栓定位系统，其特征在于，所述固定靶标(5)和旋拧到位状态的投射靶标(7)的形状为圆形、十字方标或矩形。7.一种基于单目视觉和合作靶标的机械臂定位方法，其特征在于，使用权利要求1
‑
6任意一项所述的基于单目视觉和合作靶标的机械臂定位系统，包括如下步骤：(1)、多关节机械臂(2)运动到固定靶标(5)附近，固定靶标(5)进入单目相机(1)视野；(2)、基于几何特征量的自主位姿测量...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，胡鑫，胡娜，杨斌，肖可，王俊兰，
申请(专利权)人：核动力运行研究所，
类型：发明
国别省市：
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