[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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及蒸汽发生器堵板螺栓定位技术领域，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。

背景技术

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。

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。

发明内容

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。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

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。

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。

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。

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。

进一步地，所述激光器安装在镜头四周。

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。

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。