[发明专利]多用途的GIS管道自动对接装置

权利要求书

1.多用途的GIS管道自动对接装置，其特征在于：包括用于与不同起重设备（1）连接的可选配的专用安装架（2）、与可选配的专用安装架（2）连接的安装接口板（11）、用于空间多自由度调整的对接机构（4）、用于使对接机构（4）保持竖直向下的平衡机构（3）、用于抓取对接管道（7）的夹取机构（5）、用于调整夹取机构（5）位姿的回转机构（9）、用于采集目标管道（8）与对接管道（7）的相对空间位姿的视觉定位装置（6）、用于实现系统控制的控制装置，所述的平衡机构（3）设置于专用安装架（2）上，所述的回转机构（9）通过安装接口板（11）与专用安装架（2）连接，所述的对接机构（4）设于回转机构（9）的下面，所述的夹取机构（5）设于对接机构（4）的下面，视觉定位装置（6）用于设置在对接管道（7）上，其视觉感应方向为目标管道（8），所述的平衡机构（3）、对接机构（4）、夹取机构（5）、回转机构（9）、视觉定位装置（6）均连接到控制装置；

视觉定位装置（6）包括深度相机和相机固定座，深度相机连接固定于相机固定座上，相机固定座上设有法兰连接孔，深度相机与相机控制器连接，控制装置上设有相机控制器，深度相机与相机控制器之间通过有线或无线连接；

所述的对接机构（4）包括对接机构回转座（401）、夹取机构连接座（402）和多个位姿调节油缸（403），所述的位姿调节油缸（403）的上端通过球铰结构与对接机构回转座（401）所设的上固定块（404）连接，所述的位姿调节油缸（403）的下端通过球铰结构与夹取机构连接座（402）上所设的下固定块（405）连接；

在安装深度相机时，先固定对接管道（7）,保证对接管道（7）的其中一个法兰孔位于管道截面的正上方，该法兰孔作为标志定位孔，深度相机安装于标志定位孔侧，保证深度相机和标志定位孔平行，相机的中心和标志定位孔的对齐；

视觉定位装置（6）获取解算目标管道（8）与对接管道（7）的空间姿态和位置时，控制装置中的智能对齐视觉系统进行视觉识别测量步骤为：首先，深度相机对目标管道（8）进行拍摄，并把图像数据传递给智能对齐视觉系统；然后，智能对齐视觉系统通过对目标管道（8）图像进行边缘检测和深度识别，实现对目标管道的识别；最后，智能对齐视觉系统实现对目标管道（8）的管道平移距离、法兰孔姿态旋转的偏航角和俯仰角、法兰孔旋转角度进行测量识别；

智能对齐视觉系统需要识别的参数包括管道平移的距离、法兰孔姿态旋转的偏航角和俯仰角、法兰孔旋转的角度；

在识别管道平移的距离时，深度相机的摄像头中，目标管道（8）的位置中心点被识别，通过测量目标管道（8）中心点在摄像头视场中的偏移，从而获得目标管道（8）本身位置的偏差；目标管道（8）的位置的中心点的寻找通过对管道圆形面的识别，确定圆形的外接正方形的位置，通过计算从而获取圆形的位置；

识别法兰孔姿态旋转的偏航角、俯仰角时，通过对目标管道（8）截面水平方向上两个点相对于深度相机的摄像头的距离的测量，从而获得一个三角形，对该三角形求解，从而获取管道的偏航角；同理，通过对目标管道（8）截面垂直方向上两个点相对于摄像头的距离的测量，从而获得一个三角形，对该三角形求解，从而获得管道的俯仰角；

识别法兰孔旋转的角度时，通过深度相机对候选的待对齐的标志定位孔的在摄像头视场中偏离中心位置的距离，计算出管道的旋转角度。

2.根据权利要求1所述的多用途的GIS管道自动对接装置，其特征在于：所述的专用安装架（2）包括与安装接口板（11）连接的接口连接板（201）、设于接口连接板（201）上面的承重架（202）、设于承重架（202）上端与承重架（202）转动连接的起重设备（1）连接架，所述的平衡机构（3）包括设于承重架（202）上的平衡油缸（301），所述的平衡油缸（301）的伸出端和固定端分别转动地连接于承重架（202）和起重设备（1）连接架（203）上，以驱动承重架（202）竖向围绕承重架（202）的上端旋转。