[发明专利]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

权利要求书

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方法计算蒸汽发生器堵板螺栓(3)相对蒸汽发生器堵板螺栓孔(6)姿态，即俯仰角α和方向角β；

(3)、以俯仰角α和方向角β作为设定值控制多关节机械臂(2)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(3)平行于蒸汽发生器堵板螺栓孔(6)；

(4)、基于固定靶标(5)已知尺寸计算单位像素尺寸系数u；

(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(5)中心平移偏差(ΔX,ΔY)；

(6)、以投射靶标中心和固定靶标(5)中心平移偏差(ΔX,ΔY)作为设定值控制多关节机械臂(2)定位运动，使投射靶标中心和固定靶标(5)中心平移偏差(ΔX,ΔY)减小至0；

(7)、基于合作靶标图像像素比例计算蒸汽发生器堵板螺栓(3)与蒸汽发生器堵板螺栓孔(6)深度偏差ΔZ；

(8)、以-ΔZ作为设定值控制多关节机械臂(2)定位运动，使蒸汽发生器堵板螺栓(3)与蒸汽发生器堵板螺栓孔(6)深度偏差ΔZ减小到0；同时控制旋拧工具(4)启动，运动到位后投射靶标(7)和固定靶标(5)完全重合，蒸汽发生器堵板螺栓(3)旋拧到位。

8.根据权利要求7所述的基于单目视觉和合作靶标的机械臂定位方法，其特征在于，步骤1中，所述多关节机械臂(2)手动或自动运动到固定靶标(5)附近，所述多关节机械臂(2)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(2)自动控制由已知初始坐标作为设定值。

9.根据权利要求7所述的基于单目视觉和合作靶标的机械臂定位方法，其特征在于，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。

10.根据权利要求7所述的基于单目视觉和合作靶标的机械臂定位方法，其特征在于，步骤5中，根据合作靶标图像中投射靶标中心和固定靶标(5)中心平移偏差(Δx,Δy)，计算投射靶标中心和固定靶标(5)中心平移偏差(ΔX,ΔY)＝u(Δx,Δy)；步骤7中，根据合作靶标图像中投射靶标和固定靶标(5)面积之比或者边长之比，计算蒸汽发生器堵板螺栓(3)与蒸汽发生器堵板螺栓孔(6)深度偏差ΔZ。