CN115302235A - 一种风电螺栓装配机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风电螺栓装配机器人系统，该系统包括：轮毂定位设备，变桨轴承夹具和螺栓装配机器人，机器人包括：第一组传感器模块，用于采集待装配螺栓和/或待装配变桨轴承的特征信息；螺栓装配控制器，螺栓装配控制器包括：螺栓识别模块，用于根据待装配螺栓的特征信息，确定待装配螺栓是否与当前的螺栓装配作业相匹配；轴承识别模块，用于根据待装配变桨轴承的特征信息，确定待装配变桨轴承是否与当前的螺栓装配作业相匹配；螺栓装配控制模块，用于当待装配螺栓或者待装配变桨轴承与当前的螺栓装配作业不匹配时，控制停止执行当前的螺栓装配作业，并输出异常提示信息。该方案可提高对风电物料的识别准确率和装配效率。

Description

一种风电螺栓装配机器人系统

技术领域

本发明涉及工业机械手技术领域，具体是指一种风电螺栓装配机器人系统。

背景技术

我国工厂的机械化、现代化生产模式已经逐渐成为主流。发明在实现本发明的过程中还发现，在传统的风电工厂中，通过工人对生产线上使用的装配物料进行识别，经常发生物料识别错误的现象，从而发生装配错误或装配异常情况，影响装配质量和效率，进而影响风力发电机组的质量和安全性。在某些可能的情况中，工人可能将2.1MW或2.2MW的变桨轴承识别为2MW的变桨轴承，从而发生装配错误或装配缺陷。又例如，由于工人疏忽用错螺栓，使用错误的规格或属生的螺栓进行装配，导致两个待装配零件之间的螺栓预紧力不足，或力矩不合格，从而导致紧固效果不达标的问题，在未来产生产品的安全隐患。又例如，可能存在供应商物料发货错误的问题。

因此需要一种用于风电智能工厂的螺栓紧固装配方案，以提高对风电物料的识别准确率、螺栓装配作业的工作效率或者正确率。

发明内容

针对上述情况，本发明实施例提供一种风电螺栓装配机器人系统，以提高对风电物料的识别准确率、装配工作效率或者正确率。

第一方面，提供一种风电螺栓装配机器人系统，其包括：

轮毂定位设备，用于将待装配轮毂进行固定；

变桨轴承夹具，用于将待装配变桨轴承夹持在所述待装配轮毂的轴承装配面；

螺栓装配机器人，所述螺栓装配机器人包括：

第一组传感器模块，用于采集所述待装配螺栓和/或所述待装配变桨轴承的特征信息；

螺栓装配控制器，所述螺栓装配控制器包括：

螺栓识别模块，用于根据所述待装配螺栓的特征信息，确定所述待装配螺栓是否与当前的螺栓装配作业相匹配；

轴承识别模块，用于根据所述待装配变桨轴承的特征信息，确定所述待装配变桨轴承是否与当前的螺栓装配作业相匹配；

螺栓装配控制模块，用于当所述待装配螺栓或者所述待装配变桨轴承与当前的螺栓装配作业不匹配时，控制停止执行当前的螺栓装配作业，并且输出异常提示信息。

在一些可选实施方式中，所述螺栓装配机器人上配置有激光对中传感器，用于将待装配螺栓与待装配的螺栓孔的各自中心轴线进行对准，生成轴线对齐检测信号；

所述变桨轴承夹具包括：

夹持座，用于夹持待装配的变桨轴承；

水平平移机构，用于驱动所述夹持座沿第一方向移动；

前后平移机构，用于驱动所述夹持座沿第二方向移动；

上下升降机构，用于驱动所述夹持座沿第三方向移动；以及，

夹持控制器，用于接收所述螺栓装配机器人发送的轴线对齐检测信号，所述轴线对齐检测信号用于指示变桨轴承的螺栓孔与待装配轮毂的轴承装配面上的螺栓孔之间是否轴线对齐，以及在两者未对齐时输出位移偏差信号；根据所述位移偏差信号控制所述上下升降机构、所述水平平移机构、所述前后平移机构中的一个或多个的移动距离，以使得所述变桨轴承的螺栓孔与待装配轮毂的轴承装配面上的螺栓孔之间的中心轴线对齐。

在一些可选实施方式中，所述夹持座包括：

底座；

设置于所述底座上的第一夹持部、第二夹持部、第三夹持部、和第四夹持部；

在所述第一夹持部和所述第二夹持部之间沿第一方向容纳变桨轴承，在所述第三夹持部和所述第四夹持部之间沿第二方向容纳变桨轴承；

所述第三夹持部在第二方向上设置有第一夹持组件和第二夹持组件，所述第四夹持部在第二方向上设置有第三夹持组件和第四夹持组件；

所述第二夹持组件相对于所述第一夹持组件更加靠近待装配轮毂的轴承装配面；

所述第四夹持组件相对于所述第三夹持组件更加靠近待装配轮毂的轴承装配面；

所述第一夹持部、所述第二夹持部中的至少一个是与所述底座相固定，而另一个能够相对于所述底座沿第一方向移动；

所述第二夹持组件和所述第四夹持组件能够进行上下升降运动或者旋转运动。

在一些可选实施方式中，所述夹持控制器，用于当所述变桨轴承的螺栓孔与待装配轮毂的轴承装配面的螺栓孔初步对齐后，控制所述第二夹持组件和所述第四夹持组件向下收缩隐藏至所述夹持座的内腔中，或者向下移动至所述变桨轴承以下的位置，或者旋转到脱离所述变桨轴承的位置，从而使得所述第二夹持组件和所述第四夹持组件不再处于所述变桨轴承的装配面与待装配轮毂上的轴承装配面之间；然后接收所述螺栓装配机器人发送的轴线对齐检测信号，所述轴线对齐检测信号用于指示变桨轴承的螺栓孔与待装配轮毂的轴承装配面上的螺栓孔之间是否轴线对齐，以及在两者未对齐时输出位移偏差信号；根据所述位移偏差信号控制所述上下升降机构、所述水平平移机构、所述前后平移机构中的一个或多个的移动距离，以使得所述变桨轴承的螺栓孔与待装配轮毂的轴承装配面上的螺栓孔之间的中心轴线对齐。

第二方面，提供一种风电螺栓装配机器人的控制方法，其包括：

获取待装配螺栓和/或所述待装配变桨轴承的特征信息；

根据所述待装配螺栓的特征信息，确定所述待装配螺栓是否与当前的螺栓装配作业相匹配；

根据所述待装配变桨轴承的特征信息，确定所述待装配变桨轴承是否与当前的螺栓装配作业相匹配；

当所述待装配螺栓或者所述待装配变桨轴承与当前的螺栓装配作业不匹配时，控制停止执行当前的螺栓装配作业，并且输出异常提示信息。

第三方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的任意一种所述的风电螺栓装配机器人的控制方法。

第四方面，提供一种螺栓装配控制器，其包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如上所述的任意一种风电螺栓装配机器人的控制方法。

本发明实施例的上述技术方案的有益技术效果在于：

本发明实施例的风电螺栓装配机器人系统设置有智能物料识别系统，其包括螺栓识别模块和轴承识别模块，用于识别与当前装配作业相匹配的正确的装配对象，如果当前的装配对象不正确，该风电螺栓装配机器人系统停止装配作业。本发明实施例的风电螺栓装配机器人系统，可以提高对风电物料的识别准确率、装配工作效率或正确率，以提高产品质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1A是本发明实施例的一种风电螺栓装配机器人系统的示意图；

图1B是本发明实施例的一种风电螺栓装配机器人的局部结构示意图；

图2A是本发明实施例的变桨轴承夹具的结构示意图一；

图2B是本发明实施例的变桨轴承夹具的结构示意图二；

图3是本发明实施例的轮毂上装配有三个变桨轴承的结构示意图；

图4是本发明实施例的变桨轴承与轮毂在螺栓装配完成前的一个视角的组合示意图；

图5是本发明实施例的变桨轴承与轮毂在螺栓装配完成前的另一视角的组合示意图；

图6是本发明实施例的一种风电螺栓装配机器人的功能框图；

图7是本发明实施例的另一种风电螺栓装配机器人的细化功能框图；

图8是本发明实施例的又一种风电螺栓装配机器人的细化功能框图；

图9A是本发明实施例的第一种螺栓扭矩变化曲线的对比示意图；

图9B是本发明实施例的第二种螺栓扭矩变化曲线的对比示意图；

图9C是本发明实施例的第三种螺栓扭矩变化曲线的示意图；

图10是本发明实施例的一种风电螺栓装配机器人的控制方法的流程图。

附图标号说明：

100、螺栓装配机器人；110、第一组传感器模块；120、螺栓装配控制器；130、第二组传感器模块；140、螺栓装配执行器；200、轮毂定位设备；210、驱动电机；400、轮毂； 500、变桨轴承；311、底座；312、第一夹持部、314、第二夹持部、316、第三夹持部、 318、第四夹持部；320、水平平移机构；330、上下升降机构；340、夹持控制器；316B、第二夹持组件；318B、第四夹持组件；承载平台350；360、移动机构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在风力发电机组中，需要将多个零部件利用螺栓进行连接。例如：轮毂沿着轴向与发电机的转动轴通过多个连接螺栓进行连接，二者一起共同旋转。叶片与轮毂之间通过变桨轴承进行可转动连接，变桨轴承与轮毂的法兰面之间通过螺栓进行连接。底座通过偏航轴承与塔筒顶端进行可转动连接，底座上的法兰面与偏航轴承通过螺栓进行连接。

发明人发现在当前风电行业中，通过安装人员进行人工打螺栓的方式，存在螺栓力矩不一致，以及人身安全事故，安装效率低，装配周期长，安装人员长时间工作引起的疲劳和工作负担重等一系列技术问题。

基于上述技术问题，本发明实施例提供的一种用于风电智能工厂的新型机械臂，可用于风电装备的零部件之间安装连接螺栓，在螺栓的安装过程中通过设置于该机械臂上的末端执行器，例如力矩控制装置，可以保证装配的螺栓扭力或力矩的合格性和一致性，同时提高装配效率、装配质量、降低装配工作对安装人员的人身安全风险。

变桨轴承具有固定圈和转动圈，固定圈和转动圈的安装面上具有多个螺栓安装孔，通常需要安装54至56颗螺栓，螺栓沿着轴线插到铸造出来的轮毂的装配面上，然后再安装螺母。在传统的风电工厂中，工人拿着力矩扳手螺栓，力矩扳手自重约19公斤，人工打螺栓的质量结果不一致，耗时长，工人非常辛苦，而且在车间产生大量噪声。

本发明实施例的用于风电智能工厂的机械臂上设置有智能装配对象识别系统，该智能装配对像识别系统用于识别与当前任务相匹配的正确的装配对象，如果当前的装配对象不正确，该机械臂停止装配作业。

实施例一

图1A是本发明实施例的一种风电螺栓装配机器人系统的示意图；图1B是本发明实施例的一种风电螺栓装配机器人的局部结构示意图；图2A是本发明实施例的变桨轴承夹具的结构示意图一；图2B是本发明实施例的变桨轴承夹具的结构示意图二；图3是本发明实施例的轮毂上装配有三个变桨轴承的结构示意图；图4是本发明实施例的变桨轴承与轮毂在螺栓装配完成前的一个视角的组合示意图；图5是本发明实施例的变桨轴承与轮毂在螺栓装配完成前的另一视角的组合示意图；图6是本发明实施例的一种风电螺栓装配机器人的功能框图。如图1-图6所示，该风电螺栓装配机器人系统包括：

轮毂定位设备200，用于将待装配轮毂进行固定；

变桨轴承夹具300，用于将待装配变桨轴承夹持在待装配轮毂的轴承装配面；该夹具能够使得螺栓在安装过程中不承受或者减少承受垂直向下的重力；

螺栓装配机器人100，螺栓装配机器人100可以包括：

第一组传感器模块110，用于采集待装配螺栓和/或待装配变桨轴承的特征信息；

螺栓装配控制器120，该螺栓装配控制器120可以包括：螺栓识别模块121，用于根据待装配螺栓的特征信息，确定待装配螺栓是否与当前的螺栓装配作业相匹配；轴承识别模块122，用于根据待装配变桨轴承的特征信息，确定待装配变桨轴承是否与当前的螺栓装配作业相匹配；螺栓装配控制模块123，用于当待装配螺栓或者待装配变桨轴承与当前的螺栓装配作业不匹配时，控制停止执行当前的螺栓装配作业，并且输出异常提示信息。

在一些可能的实施例中，螺栓装配机器人100是单臂机器人、双臂机器人、或者三个及以上机械臂的机器人。该螺栓装配机器人100可采用关节机器人，具有多个关节和自由度。在螺栓装配机器人100的工作空间对应的地面上可以设置具有压力传感器的柔性垫，当工人站在这个柔性垫上时，压力传感器产生监测信号传送到控制器，该控制器阻止螺栓装配机器人100启动或使其停止。上述工作空间是指机器人操作机移动其末端执行器的限制区域。该关节机器人的机械臂的末端安装有末端执行器，该末端执行器可以是用于装配和紧固螺栓的力矩扳手，该力矩扳手对应的动力源驱动机构类型包括：电动、液压、或者气动驱动机构。为了提供更大的载荷，较佳地采用液压力矩扳手或液压拉伸器。

图4是装配有变桨轴承的风电轮毂的结构示意图。如图4所示，风电轮毂400具有三个轴承装配面，用于通过连接螺栓可转动地安装三个变桨轴承500。

如图2A所示，在一些可能的实施例中，变桨轴承夹具300，用于固定待装配的变桨轴承，并且调整待装配的变桨轴承的第一方向例如X方向、第二方向例如Y方向、第三方向例如Z方向的坐标。变桨轴承夹具300包括：夹持座310，用于夹持待装配的变桨轴承；设置于夹持座310的一个或两个侧部的水平平移机构320，其用于驱动夹持座310沿第一方向即水平方向(X方向)移动；设置于夹持座310正面的前后平移机构(未绘出)，其用于驱动夹持座沿第二方向即前后方向(Y方向)移动；设置于夹持座310的底部的上下升降机构330，其用于驱动夹持座310沿第三方向即竖直方向(Z方向)移动；以及夹持控制器340，用于控制水平平移机构320、上下升降机构330和前后平移机构的移动距离；承载平台350，用于承载上述夹持座310；以及，设置于承载平台350的底部的移动机构 360。移动机构360可采用滚轮移动机构或者能够在轨道上移动的机构。在一些实施例中，移动机构360构造成万向轮以实现多个方向的自由移动，实现对变桨轴承500的粗略定位。在一些实施例中，承载平台350设置有中空通道，用于供上下升降机构330在上下升降时通过。在一些实施例中，承载平台350不具有中空通道，上下升降机构330驱动承载平台 350沿Z方向上下升降。

上述水平平移机构320或者上下升降机构330可采用液压缸，气缸，或者直线导轨或滚轮导轨。上下升降机构330可以采用剪叉式、升缩式、套筒式、升缩臂式、折臂式上下升降机构。上下升降机构330较佳地采用液压升降台。作为示例，一种可采用的直线导轨是由电机驱动齿轮齿条传动机构作直线运动。

夹持座310包括：设置于底座311上的第一夹持部312、第二夹持部314、第三夹持部316、第四夹持部318，在第一夹持部312和第二夹持部314之间沿第一方向容纳变桨轴承，在第三夹持部316和第四夹持部318之间沿第二方向容纳变桨轴承。第三夹持部316 在第二方向上设置有第一夹持组件和第二夹持组件316B，第四夹持部318在第二方向上设置有第三夹持组件和第四夹持组件318B。在装配作业过程中，第二夹持组件相对于第一夹持组件更加靠近轮毂的轴承装配面；第四夹持组件相对于第三夹持组件更加靠近轮毂的轴承装配面。在一些的实施例中，第一夹持部312、第二夹持部314中的至少一个是与底座 311相固定，而另一个能够相对于底座311沿水平方向即第一方向移动。或者，第一夹持部312、第二夹持部314均能够相对于底座311沿第一方向移动。第二夹持组件、第四夹持组件能够进行上下升降运动或者旋转运动。在可能的实施例中，第一夹持部312、第二夹持部314、第三夹持部316、第四夹持部318中的任意一个或多个还包括吸附模块，该吸附模块用于将上述夹持部与变桨轴承的轴向端面或者外圈圆周面紧密吸附。该吸附模块可以采用真空吸附模块和电磁吸附模块。真空吸附模块包括真空泵、管路和真空吸盘，管路连通真空泵和真空吸盘；电磁吸附模块包括通电产生磁性的电磁铁。第一夹持部312和 /或第二夹持部314能够相对于底座311沿第一方向移动，第三夹持部316和第四夹持部 318能够相对于底座311沿第三方向移动或者沿YZ平面转动。

如图2B所示，在一些实施例中，底座311和承载平台350均设置有多个内腔，每个内腔用于收纳至少部分的第二夹持组件316B或者至少部分的第四夹持组件318B。底座311 的内腔和承载平台350的内腔沿Z方向即竖直方向布置。

在一些实施例中，第二夹持组件316B和第四夹持组件318B与底座311可转动连接。

当变桨轴承500的螺栓孔与轮毂的轴承装配面的螺栓孔初步对齐后，夹持控制器控制第二夹持组件、第四夹持组件向下至少部分地收缩隐藏至底座311和承载平台350的内腔中，或者向下移动至变桨轴承500以下的位置，或者旋转到脱离变桨轴承500的位置，从而使得第二夹持组件、第四夹持组件不再处于变桨轴承500的装配面与轮毂上的轴承装配面之间。前后平移机构驱动夹持座整体向轮毂的轴承装配面移动，直到变桨轴承500与上述装配面贴合接触。夹持控制器340接收螺栓装配机器人的轴线对齐检测信号，该轴线对齐检测信号用于指示变桨轴承500的螺栓孔与轮毂装配面上的螺栓孔之间是否轴线对齐，以及在两者未对齐时输出位移偏差信号。夹持控制器340根据该位移偏差信号控制上下升降机构、水平平移机构、前后平移机构中的一个或多个，以使得变桨轴承500的螺栓孔与轮毂装配面上的螺栓孔之间的中心轴线对齐。其中，螺栓装配机器人上配置有激光对中传感器，用于将待装配螺栓与待装配螺栓孔的各自中心轴线进行对准，生成轴线对齐检测信号。

在一些可能的实施例中，还可以包括：运输轨道，用于将待装配的变桨轴承和待装配轮毂运输至装配工位。在可能的实施例中，螺栓装配机器人还可以包括：移动机构，用于将螺栓装配机器人移动至装配工位。在可能的实施例中，该移动机构可以包括：行走轮式移动机构、履带式移动机构、轨道式移动机构、或者行车悬吊式移动机构。在可能的实施例中，轮毂定位设备能够围绕自身轴线进行旋转，以在一个装配面完成轴承装配后，自动旋转到第二个或第三个轴承装配面，避免人工参与转动轮毂，以提高工作效率，实现自动化装配，保障工人安全。在可能的实施例中，轮毂定位设备可以包括：定位台以及驱动定位台水平转动的驱动电机210，驱动电机210每次能够将待轮毂转动至少120度。

在一些可能的实施例中，螺栓装配控制模块123，可以用于向风电智能工厂的监控中心的控制设备输出异常提示信息；该异常提示信息可以包括：第一异常提示信息，用于提示当前装配物料的属性不符合当前的装配作业；第二异常提示信息，用于提示移除当前装配物料，并且提示更换属性符合当前的装配作业的装配物料。在一些可能的实施例中，传送带、叉车、或者行车均属于无人控制的智能设备，均配置有通信模块或物联网模块，能够接收智能工厂的监控中心服务器的控制指令。监控中心服务器控制触发传送带、叉车、行车处于等待或待命状态，根据调度算法，从传送带、叉车、行车中选择合适的运输设备，把错误的装配对象(装配物料)从装配台移走，把属性正确的装配对象重新安装到装配台。在智能工厂的监控大屏上能够显示异常提示信息，该异常提示信息包括文字、语音、图像、视频、编码中的一种或多种。

本发明实施例的用于风电智能工厂的螺栓装配机器人系统，其配置有智能装配对象识别系统，包括螺栓认别模块和轴承识别模块，从而能够在进行当前的装配作业之前，判断当前装配对象的属性是否与当前的装配作业相匹配，如果不匹配，则控制螺栓装配机器人停止当前的装配作业，并输出异常提示信息。

在本发明实施例中，如果当前装配对象的属性(特征量)不合格、不符合或不匹配当前装配任务时，借用语音系统提示操作平台进行人工处理。即当检测到装配对象的属性错误或者装配对象无法识别时，不浪费时间进行闲置等待，而是及时提示智能工厂监控中心控制室的控制设备进行报警，提示启动异常处理。如果装配对象的属性不合格，则指示更换属性合格的装配对象，在更换装配对象以后，重新对更换后的装配对象进行识别。

图7是本发明实施例的另一种风电螺栓装配机器人的细化功能框图。如图7所示，在一些可能的实施例中，第一组传感器模块110可以包括：第一图像传感器11，用于采集待装配螺栓的第一图像；以及，长度传感器112，用于检测待装配螺栓的长度特征信息；

螺栓识别模块121可以包括：

第一相似度对比分析子模块1211，用于将当前待装配螺栓的第一图像与预设的当前的螺栓装配作业的螺栓标准图像进行相似度分析，获得相似度值，当相似度值高于预设的相似度阈值时，生成第一螺栓识别信号；在一个可能的实施例中，待装配螺栓被存储于螺栓物料车中，该螺栓物料车上设置有条形码或二维码，螺栓装配机器人100上还设置有扫码设备，通过该扫码设备对该条形码或二维码进行扫描操作，以获取当前螺栓物料车上装载的螺栓的身份信息，例如螺栓的型号、规格参数信息和螺栓的标准图像。在另一个可能的实施例中，螺栓装配控制器从与其通信连接的存储器或云端数据库中获取预先存储的当前螺栓装配作业对应的螺栓标准图像和/或螺栓规格参数。

长度特征对比分析子模块1212，用于将长度特征信息，与当前的螺栓装配作业预设的参考长度特征信息进行比较，如果装配螺栓的长度特征信息与预设的标准长度特征信息相匹配时，生成第二螺栓识别信号；

螺栓确定子模块1213，用于当同时接收到第一螺栓识别信号和第二螺栓识别信号时，确定待装配螺栓与当前的螺栓装配作业相匹配。

在一些可能的实施例中，长度特征对比分析子模块1212，具体可以用于：根据待装配螺栓的螺栓轴向长度、待装配螺栓的螺纹轴向长度，确定螺纹轴向长度与螺栓轴向长度之间的比值；将该比值与当前螺栓装配作业预设的比值信息进行比较，确定是否生成所述第二螺栓识别信号。

本发明实施例可对待使用的螺栓进行随机抽检，例如一个包装箱中具有108个螺栓，螺栓装配机器人的机械臂从该包装箱中随机抓取10％-15％总量的螺栓，放置在螺栓检测平台上，对螺栓进行图像采集和图像分析处理，以判断当前使用的螺栓的属性或特征信息是否与当前作业任务相符合。

当螺栓使用错误后，虽然两个风电零部件能够连接，但没有实现紧固连接，连接的预紧力不足，导致两个风电零部件的接触面的接触状态不紧密，从而两者之间的静摩擦力不足，该静摩擦力可以阻止滑移。对于发电机而言，发电机的定子支架与定轴之间通过连接螺栓进行连接，由于发电机相对于竖直方向有5度左右的倾角，从而产生重力分力，可能产生剪切力使得连接螺栓被切断，从而使发电机下塔维护，风力发电机组停止，损失发电量和吊装费。本发明实施例的螺栓智能识别方案有利于解决上述技术问题。

如图7所示，在一些可能的实施例中，第一组传感器模块110可以包括：第二图像传感器113，用于采集当前待装配变桨轴承的第二图像；以及，直径检测传感器113，用于测量当前待装配变桨轴承的直径值；

轴承识别模块122可以包括：

第二相似度对比分析子模块1221，用于将当前待装配变桨轴承的第二图像与预设的当前的螺栓装配作业的变桨轴承的标准图像进行相似度分析，获得相似度值，当相似度值高于预设的相似度阈值时，生成第一轴承识别信号；

特征提取统计子模块1222，用于从当前待装配变桨轴承的第二图像中提取多个目标特征，并且统计多个目标特征的数量，当目标特征的数量与预设的当装配作业的变桨轴承的目标特征的数量相匹配时，生成第二轴承识别信号；

直径对比分析子模块1223，用于将当前待装配变桨轴承的直径值，与预设的当前的装配作业的变桨轴承的标准直径值或标准直径范围进行对比，如果当前待装配变桨轴承的直径等于标准直径值或者处于标准直径范围内时，生成第三轴承识别信号；

轴承确定子模块1225，用于判断是否同时接收到的第一轴承识别信号、第二轴承识别信号和第三轴承识别信号，如果是，则确定待装配变桨轴承与当前装配作业相匹配；如果不是，则输出错误信号或异常信号，提示维护人员进行检查。

在一些可能的实施例中，扫描至少正交的两个方向的直径值，然后取平均值。为了降低激光测量误差，本发明实施例可以对待装配对象执行沿水平方向的直径测量、沿竖直方向的直径测量、沿45度方向的直径测量、沿135度方向的直径测量中的多次测量，将多次测量结果取平均值，得到最终的直径测量值。

在一些可能的实施例中，第一组传感器模块，还可以包括：称重传感器115，用于检测当前待装配变桨轴承的重量值；

轴承识别模块122，还可以包括：

重量对比分析子模块1224，用于根据当前待装配变桨轴承的重量值，与预设的当前装配作业的变桨轴承的标准重量值或标准重量范围进行对比，如果当前待装配变桨轴承的直径值等于标准直径值或者处于标准重量范围内时，生成第四轴承识别信号；

轴承确定子模块1225，还用于判断是否接收到第一轴承识别信号、第二轴承识别信号、第三轴承识别信号和第四轴承识别信号，如果是，则确定当前待装配变桨轴承与当前螺栓装配作业相匹配；如果不是，则输出异常提示信息。

在一些可能的实施例中，直径检测传感器114可以包括：激光扫描直径检测传感器， CCD投影直径检测传感器，或者激光衍射直径检测传感器；在其他的实施例中可采用激光测径仪、光幕、激光雷达。在可替换的实施例中，直径检测传感器114被替换为视觉系统，采用视觉系统，能够通过图像传感器拍摄的数据，获取各类直径尺寸信息。根据拍摄的数据，可以测量部件及产品各部位的尺寸，并判定尺寸是否处于公差范围内。利用视觉系统进行直径检测，在抑制成本的同时，可以实现产品质量的稳定化，检测的高速化。通过视觉系统实施的直径检测，是基于边缘检测技术进行测量。边缘是指图像内明亮部位与阴暗部分的边缘。边缘检测是通过视觉系统来检测这种浓淡变化的边缘。

直径检测传感器114，具体可以用于检测当前待装配变桨轴承沿第一方向、第二方向、以及第三方向的直径，根据沿第一方向、第二方向、以及第三方向的直径确定装配对象的最终直径；

特征提取统计子模块1222，可以用于从当前待装配变桨轴承的图像中提取多个目标特征，并且统计多个目标特征的数量，目标特征是当前待装配变桨轴承的图像中包含的螺栓孔，计算确定当前待装配变桨轴承的中包含的螺栓孔数量，当螺栓孔数量与预设的当前装配作业的变桨轴承的螺栓孔数量相匹配时，生成第二识别信号。

举例如下，当前的工作任务或工序中的正确的装配对象是2MW变桨轴承，如果此时生产线上传输过来一台1.5MW或者3MW的变桨轴承时，该智能装配对像识别系统通过图像传感器拍摄该变桨轴承的照片，与数据库或存储装置中的标准的变桨轴承照片进行对比分析，当相似度值大于例如90％时，确定装配对象的类型正确，属于变桨轴承，生成第一识别信号。特征提取统计模块对该1.5MW或者3MW的变桨轴承的图像进行目标特征提取处理，该目标特征是该变桨轴承图像中包含的螺栓孔，计算确定该图像中包含的螺栓孔数量，将测量的螺栓孔数量与数据库或存储装置中预设的2MW变桨轴承的螺栓孔数量进行对比分析，当两者相等或匹配时，表明当前传输过来的变桨轴承的螺栓孔数量正确，生成第二识别信号。直径检测传感器对该1.5MW或者3MW的变桨轴承的直径进行测量，获得测量直径值，将测量直径值与数据库或存储装置中预设的标准直径值或参考直径范围进行对比分析，当该测量直径值与标准直径值或参考直径范围相匹配时，确定当前装配对象的直径规格正确，属于2MW的变桨轴承的直径规格，生成第三识别信号。对象身份确定模块用于当接收到上述第一识别信号、第二识别信号和第三识别信号时，判断确定当前装配对象属于2MW规格的变桨轴承，则触发正常启动后续的螺栓安装作业，否则发出报警信号，提示装配对象错误，拒绝执行后续的螺栓安装作业。

图8是本发明实施例的又一种风电螺栓装配机器人的细化功能框图。如图8所示，在一些可能的实施例中，风电螺栓装配机器人还可以包括：第二组传感器模块130和螺栓装配执行器140；

第二组传感器模块130，其可以包括：螺栓孔定位器131和激光对中传感器132；螺栓孔定位器131，用于对待装配工件上的处于特定位置的多个目标螺栓孔进行定位；激光对中传感器132，用于将待装配螺栓与待装配螺栓孔的各自中心轴线进行对准；激光对中传感器可以保障螺栓的轴线与螺栓孔的轴线对准或对齐，提高螺栓装配质量；

螺栓装配执行器140，可以用于根据螺栓装配控制器的控制信号，将多个螺栓安装到处于特定位置的多个目标螺栓孔中，待多个目标螺栓孔中的螺栓安装完成后，再根据预设的顺序对多个螺栓执行多轮打力矩操作。依次往复执行，直至所有的螺栓均完成多轮打力矩操作。上述特定位置是指处于对称位置或对角位置，即处于对称位置的两个目标螺栓孔是相对于变桨轴承的中心相对称地布置，或者两个目标螺栓孔的圆心与变桨轴承的中心在同一条直线上。

可选地，上述处于特定位置的多个目标螺栓孔包括：分别处于3点钟、6点钟、9点钟、12点钟位置的多个目标螺栓孔。具体地，根据预设的顺序对该多个螺栓执行打力矩操作，包括：三次打力矩操作；

第一次打力矩操作包括：针对处于6点钟和12点钟位置的螺栓同时执行打力矩操作，然后针对3点钟和9点钟位置的螺栓同时执行打力矩操作，执行至50％力矩值；

第二次打力矩操作包括：针对3点钟和9点钟位置的螺栓同时执行打力矩操作，再针对处于6点钟和12点钟位置的螺栓同时执行打力矩操作，执行至75％力矩值；

第三次打力矩操作包括：针对处于6点钟和12点钟位置的螺栓同时执行打力矩操作，然后针对3点钟和9点钟位置的螺栓同时执行打力矩操，执行至100％力矩值。

在一些可能的实施例中，风电螺栓装配机器人，还可以包括：第二组传感器模块130，其可以包括：力矩传感器133，用于检测螺栓装配过程中的螺栓力矩数据；

螺栓装配控制模块123，包括：装配异常自检子模块1231，用于根据螺栓力矩数据绘制螺栓力矩变化曲线，将绘制的螺栓力矩变化曲线与预设的一个或多个标准螺栓力矩变化曲线进行对比分析，以确定螺栓力矩数据是否发生异常，当发生异常时，输出用于指示螺栓装配异常的报警信号。

在一些可能的实施例中，装配异常自检子模块1231，还可以用于根据当前的螺栓力矩变化曲线相对于标准螺栓力矩变化曲线的偏离程度，确定第一螺栓装配异常类型；其中，第一螺栓装配异常类型包括如下中的任意一种或多种：螺栓断裂、螺栓裂纹、或者螺纹损坏、螺栓与螺栓孔之间存在异物、螺栓规格错误。螺纹损坏包括螺栓的外螺纹损坏，或者变桨轴承的螺栓孔中的螺纹损坏，或者轮毂的轴承装配面中的螺栓孔中的螺纹损坏。损坏的形式可以包括但不限于是螺纹刮花。上述异物可以是例如存在焊渣进入到螺栓与螺栓孔之间，导致螺栓无法拧动。上述螺栓规格错误是指：螺栓上的外螺纹的长度不足，或者螺栓的螺纹长度与螺栓长度之间的比值不达标，例如螺纹长度偏短。在可能的实施方式中，设置依次增大的第一偏差阈值和第二偏差阈值，当偏离程度小于或等于第一偏差阈值时，分析确定螺栓装配异常类型属于螺栓内部或表面存在裂纹；当偏离程度大于第一偏差阈值且小于或等于第二偏差阈值时，分析确定螺栓装配异常类型属于螺栓的外螺纹损坏；当偏离程度大于第二偏差阈值时，分析确定螺栓装配异常类型属于螺栓断裂。

图9A是本发明实施例的第一种螺栓扭矩变化曲线的对比示意图。如图9A所示，横坐标是时间，纵坐标是扭矩，Tmax表示最大允许扭矩值，Tmin表示最小允许扭矩值。基于扭矩控制法，拧紧螺栓至设定扭矩(最大扭矩Tmax)后，螺栓装配机器人停止螺栓装配紧固动作。C1为标准螺栓扭矩变化曲线，C2是时间超前的螺栓扭矩变化曲线，C3是时间滞后的螺栓扭矩变化曲线，T1、T2、T3分别为拧紧螺栓至设定最大扭矩值对应的时间长度。螺栓扭矩变化曲线C2、C3与标准螺栓扭矩变化曲线C1相比，如果T2与T1的时间差值，或者T3与T1的时间差值超出预设的阈值或阈值范围时，则确定C2或C3对应的螺栓扭矩数据发生异常，当发生异常时，输出用于指示螺栓装配异常的报警信号。

图9B是本发明实施例的第二种螺栓扭矩变化曲线的对比示意图。如图9B所示，横坐标是转角，纵坐标是扭矩，基于扭矩转角控制法，即用紧固转角作为指标对预紧力进行监控的控制方法，该扭矩转角变化曲线表示扭矩随着转角的变化情况。C1’为标准螺栓扭矩随转角变化曲线，扭矩合格角度区间为[Amin，Amax]，Amin，Amax分别为最小扭矩合格角度和最大扭矩合格角度，扭矩合格区间为[Tmin，Tmax]。实际检测到的螺栓扭矩变化曲线C2’或C3’对应的扭矩合格，但是转角未落入扭矩合格角度区间为[Amin，Amax]，因此转角不合格，C2’的角度过低，C3’的角度过高。扭矩合格角度过高的可能原因包括：螺牙滑牙、螺栓过度润滑、螺纹损坏。

图9C是本发明实施例的第三种螺栓扭矩变化曲线的示意图。如图9C所示，横坐标是转角，纵坐标是扭矩斜率，通过对螺栓在拧紧过程中的扭矩/转角曲线斜率的连续计算绘制扭矩斜率相对于转角的变化曲线，基于实际检测到的扭矩斜率-转角的变化曲线，与标准的扭矩斜率-转角的变化曲线的比较，确定螺栓扭矩数据是否发生异常，当发生异常时，输出用于指示螺栓装配异常的报警信号。

在其他的实施例中，风电螺栓装配机器人系统中，第二组传感器模块，还包括：角度传感器，用于检测待装配螺栓在装配过程中的转角值；温度传感器，用于实时检测待装配螺栓在装配过程中的温度值；装配异常自检子模块，用于根据螺栓力矩数据、转角值和温度值，基于预先训练好的螺栓装配故障分类模型，确定第二螺栓装配异常类型；根据第一螺栓装配异常类型和第二螺栓装配异常类型，确定最终的螺栓装配异常类型。

预先训练好的螺栓装配故障分类模型，基于深度学习算法训练得到，对螺栓紧固过程中的具体的装配异常类型进行准确识别，及时发现装配异常类型，并控制装配过程的正确性。在一个可能的实施例中，模型的核心算法采用机器学习方法支持向量机(SupportVector Machine,SVM)，或者，深度学习方法的卷积神经网络(Convolutional NeuralNetworks, CNN)。进一步地，采用卷积神经网络对取出的发生装配异常螺栓的图片进行识别，进而实现对螺栓断裂、螺纹磨损、螺栓裂纹等多种异常情况的检测。卷积神经网络通过多层卷积操作和池化操作，实现对图像特征的自适应提取。首先对采集到的图像或视频进行预处理，包括去噪、通道分离等，然后形成数据集，输入到卷积神经网络中进行模型训练，再通过梯度下降法进行网络权重的更新。在其他可能的实施例中，上述卷积神经网络可采用基于注意力机制的区域卷积神经网络。该区域卷积神经网络可以是Cascade R-CNN，有利于提高模型的识别精度。可采用的注意力机制网络包括：SE Net(Squeeze-and-ExcitationNetworks)、scSE(Spatial and Channel Squeeze&Excitation Block)、NL Net(Non-LocalNetwork)、GCNet(Global Conntext block Network)、CBAM(Convolutional BlockAttention Module，卷积模块的注意力机制模块)。Sequeeze-and-Excitation(SE)block并不是一个完整的网络结构，而是一个子结构，可以嵌到其他分类或检测模型中。

可选地，根据第一螺栓装配异常类型和第二螺栓装配异常类型两者之间的交集，确定最终的螺栓装配异常类型。例如，当第一螺栓装配异常类型和第二螺栓装配异常类型均为螺纹损坏时，确定最终的螺栓装配异常类型为螺纹损坏。当两者不具有交集时，向工作人员或风电智能工厂的监控中心的控制设备发出报警，并且暂停螺栓装配作业，等候人工诊断处理及复位信号。或者，当两者不具有交集时，将该待装配螺栓从变桨轴承或轮毂的螺栓孔中取出，然后对从螺栓孔中取出的螺栓进行进一步的图像视觉扫描检测，获得检测结果，以该检测结果作为该最终的螺栓装配异常类型。图像视觉扫描检测采集该螺栓的二维或三维图像数据，并且基于相似度比较算法和/或目标检测算法(例如Cascade R-CNN算法)确定螺栓是否发生螺纹损坏、螺栓断裂、螺栓表面产生裂纹等一种或多种在装配紧固过程中产生的缺陷故障。可选地，根据第一螺栓装配异常类型和第二螺栓装配异常类型的加权求和结果，确定最终的螺栓装配异常类型。

本发明实施例在实施动态扭矩监控可采用如下两种方法，一种是固定传感器法，将用于检测的扭矩传感器固定在螺栓装配机器人的机械臂末端的拧紧工具例如力矩扳手的输出轴上，对动态扭矩进行实时监控；另一种方法是在需要检测时，把用于检测的扭矩传感器直接串接于力矩扳手与被拧紧的螺栓之间，拧紧时可直接获取到扭矩读数。

在一些可能的实施例中，还包括：超声波无损检测仪或超声波探伤仪，用于利用超声波检测装配过程中的螺栓是否存在裂纹、螺纹损坏或螺杆断裂。装配异常自检子模块1231，还用于获取当前装配的螺栓的螺栓矩数据、当前装配的螺栓的旋转圈数或者转动角度、超声波检测数据；根据基于预先训练好的神经网络模型的螺栓故障检测模型，例如模型基于支持向量机(Support Vector Machine，SVM)或者深度学习方法卷积神经网络(Convolutional Neural Networks，CNN)，输出螺栓装配分类结果，该螺栓装配分类结果包括如下中的一种：螺栓装配正常、螺栓断裂、螺栓内部存在裂纹、螺纹损坏、螺栓与螺栓孔之间存在异物、螺栓规格错误。

在一些可能的实施例中，装配异常自检子模块1231还可以用于：当确定螺栓装配异常的报警信号为螺纹损坏或螺栓裂纹时，发送螺纹损坏的报警信号至异常螺栓更换控制子模块1232；当确定螺栓装配异常的报警信号为螺栓断裂时，向工作人员发出报警，提示工作人员进行人工作业，通过人工方式把断裂于螺栓孔内部的残缺螺栓使用专用工具取出，并且判断是否接收到工作人员发出的复位信号，如果接收到，则表明残缺螺栓已取出，则螺栓装配控制模块123中的异常螺栓更换控制子模块1232控制螺栓装配执行器抓取正常螺栓重新开始螺栓装配紧固作业。在进一步的实施例中，螺栓装配机器人的机械臂上还配置有微型激光测距仪或测距激光雷达，螺栓装配控制模块123还用于：当接收到输入的复位信号后，控制启动所述微型激光测距仪或测距激光雷达，对螺栓孔进行测距，当测量的距离等于无内置残缺螺栓的螺栓孔对应的标准距离时，即正常螺栓孔的距离时，表明残缺螺栓已取出，当测量的距离小于上述标准距离时，表明残缺螺栓没有取出，该复位信号可能是误触发，或误操作，则再次向工作人员发出警报，并停止螺栓装配作业，直到测量的距离等于无内置残缺螺栓的螺栓孔对应的标准距离，或者误差在允许的范围内，再启动重新的螺栓装配作业。

螺栓装配控制模块123，可以包括：异常螺栓更换控制子模块1232，用于控制螺栓装配执行器对发生装配异常的螺栓执行反向旋转，以取出发生装配异常的螺栓，控制螺栓装配执行器抓取正常螺栓；控制螺栓装配执行器对正常螺栓重新进行螺栓装配作业。这样可以及时的发现安装缺陷问题，提高螺栓装配质量。进一步地，还可以控制螺栓装配执行器抓取正常螺栓之后，检测该被抓取的正常螺栓是否已被喷涂有固体润滑膏，如果没有，则对该被抓取的正常螺栓均匀地喷涂固体润滑膏，以避免螺栓预紧力不足的问题，如果润滑剂涂抹存在不规范会导致螺栓扭矩系数偏差，进一步造成预紧力的不一致，引发螺栓断裂。在进一步的实施例中，异常螺栓更换控制子模块1232，还可以用于控制螺栓装配执行器对发生装配异常的螺栓执行反向旋转，以取出发生装配异常的螺栓，控制螺栓装配执行器抓取正常螺栓；并且控制螺栓装配执行器对该发生装配异常的螺栓邻近的预设数量(例如3 至5根)的螺栓均取出，以更换为新的正常螺栓；或者至少将该发生装配异常的螺栓处于对称位置或对角位置的螺栓取出，以更换为新的正常螺栓；控制螺栓装配执行器对上述的各正常螺栓重新进行螺栓装配作业。这样可以及时的发现安装缺陷问题，提高螺栓装配质量，防止发生装配异常螺栓的重新装配紧固作业影响其对称位置的螺栓或附近位置的螺栓的紧固效果。机械臂配置视觉系统，用视觉系统检测螺栓的位置信息，将位置信息输入到机械臂，由此实现不依靠定位托板的抓取。

实施例二

图10是本发明实施例的一种风电螺栓装配机器人的控制方法的流程图。如图10所示，其包括：

S1：获取待装配螺栓和/或待装配变桨轴承的特征信息；

S2：根据待装配螺栓的特征信息，确定待装配螺栓是否与当前的螺栓装配作业相匹配；

S3：根据待装配变桨轴承的特征信息，确定待装配变桨轴承是否与当前的螺栓装配作业相匹配；

S4：当待装配螺栓或者待装配变桨轴承与当前的螺栓装配作业不匹配时，控制停止执行当前的螺栓装配作业，并且输出异常提示信息。

在一些可能的实施例中，获取待装配螺栓的特征信息，包括：获取待装配螺栓的第一图像和长度特征信息；

S2中根据待装配螺栓的特征信息，确定待装配螺栓是否与当前的螺栓装配作业相匹配，可以包括：

S2.1：将当前待装配螺栓的第一图像与预设的当前的螺栓装配作业的螺栓标准图像进行相似度分析，获得相似度值，当相似度值高于预设的相似度阈值时，生成第一螺栓识别信号；

S2.2：将长度特征信息，与当前的螺栓装配作业预设的参考长度特征信息进行比较，如果装配螺栓的长度特征信息与预设的标准长度特征信息相匹配时，生成第二螺栓识别信号；

S2.3：当同时接收到第一螺栓识别信号和第二螺栓识别信号时，确定待装配螺栓与当前的螺栓装配作业相匹配。

在一些可能的实施例中，获取待装配变桨轴承的特征信息，包括：获取当前待装配变桨轴承的第二图像和直径值；

S3中根据待装配变桨轴承的特征信息，确定待装配变桨轴承是否与当前的螺栓装配作业相匹配，可以包括：

S3.1：将当前待装配变桨轴承的第二图像与预设的当前的螺栓装配作业的变桨轴承的标准图像进行相似度分析，获得相似度值，当相似度值高于预设的相似度阈值时，生成第一轴承识别信号；

S3.2：从当前待装配变桨轴承的第二图像中提取多个目标特征，并且统计多个目标特征的数量，当目标特征的数量与预设的当装配作业的变桨轴承的目标特征的数量相匹配时，生成第二轴承识别信号；

S3.3：将当前待装配变桨轴承的直径值，与预设的当前的装配作业的变桨轴承的标准直径值或标准直径范围进行对比，如果当前待装配变桨轴承的直径等于标准直径值或者处于标准直径范围内时，生成第三轴承识别信号；

S3.4：判断是否同时接收到的第一轴承识别信号、第二轴承识别信号和第三轴承识别信号，如果是，则确定待装配变桨轴承与当前装配作业相匹配；如果不是，则输出错误信号或异常信号，提示维护人员进行检查。

在一些可能的实施例中，该方法还可以包括：

S5：获取螺栓装配过程中的螺栓力矩数据；

S6：根据螺栓力矩数据确定当前的螺栓力矩变化曲线；

S7：将当前的螺栓力矩变化曲线与预设的一个或多个标准螺栓力矩变化曲线进行对比分析，以确定螺栓力矩数据是否发生异常；

S8：当螺栓力矩数据发生异常时，输出用于指示螺栓装配异常的报警信号。

在一些可能的实施例中，该方法还可以包括：

S9：根据当前的螺栓力矩变化曲线相对于标准螺栓力矩变化曲线的偏离程度，确定螺栓装配异常类型；其中，螺栓装配异常类型包括如下中的任意一种或多种：螺栓断裂、螺栓裂纹、或者螺纹损坏。

在一些可能的实施例中，该方法还可以包括：

S10：当确定螺栓装配异常类型为螺纹损坏时，控制螺栓装配执行器对发生装配异常的螺栓执行反向旋转，以取出发生装配异常的螺栓；

S11：控制螺栓装配执行器抓取正常螺栓，并且控制螺栓装配执行器对所述发生装配异常的螺栓邻近的预设数量的螺栓或对角的螺栓均取出，将这些螺栓视为潜在的发生装配异常的螺栓，抓取相应数量的正常螺栓；

S12：控制螺栓装配执行器对上述这些正常螺栓重新进行螺栓装配作业。

在其他实施例中，还提供另一种风电螺栓装配机器人的控制方法，其包括：

S1’：驱动安装于风电螺栓装配机器人躯体上的第一机械臂夹持第一螺栓到达第一装配点；

S2’：驱动安装于风电螺栓装配机器人躯体上的第二机械臂夹持第二螺栓到达第二装配点；

S3’：控制第一机械臂和第二机械臂分别同时启动螺栓装配作业；

S4’：在第一螺栓的螺栓装配作业过程中，获取第一机械臂的第一制动力矩数据；

S5’：在第二螺栓的螺栓装配作业过程中，获取第二机械臂的第二制动力矩数据；

S6’：根据第一制动力矩数据和第二制动力矩数据，确定螺栓装配作业是否发生异常；

其中，第一装配点与待装配对象的第一螺栓孔相对应，第二装配点与待装配对象的第二螺栓孔相对应，第一螺栓孔、第二螺栓孔与待装配对象的中心共线。

进一步地，S6’中的根据第一制动力矩数据和第二制动力矩数据，确定螺栓装配作业是否发生异常，具体可以包括：

S6.1’：根据第一机械臂的第一制动力矩数据，生成第一制动力矩曲线；制动力矩曲线是制动力矩值随时间变化的曲线；

S6.2’：根据第一机械臂的第二制动力矩数据，生成第二制动力矩曲线；

S6.3’：计算第一制动力矩曲线和第二制动力矩曲线之间的偏差值；

S6.4’：当偏差值超出预设的阈值范围时，确定螺栓装配作业发生异常。

进一步地，该方法还可以包括：

S7’：在第一螺栓和第二螺栓中确定无法正向旋转的异常螺栓和能够正向旋转的正常螺栓；上述无法正向旋转是指力矩扳手无法正向旋转，当力矩扳手无法正向旋转时，控制器将获得指示力矩扳手无法正向旋转的检测信号；正向是指顺时针方向，即将螺栓拧紧的方向；

S8’：控制正常螺栓对应的机械臂暂停螺栓装配作业，进入等待状态；

S9’：控制异常螺栓对应的机械臂驱动异常螺栓反向旋转预设的圈数；

S10’：判断异常螺栓是否能够被正向旋转；

S11’：如果异常螺栓能够被正向旋转，则控制正常螺栓对应的机械臂解除等待状态，继续执行螺栓装配作业；

S12’：如果异常螺栓不能够被正向旋转，则发出故障报警。

发明人在实现本发明的过程中发现：在螺栓安装过程中，螺栓可能断裂或产生其他安装质量问题。螺栓在工人装配过程中容易失误，紧固装配完成后可能产生缺陷，因此有必要对螺栓的紧固装配过程进行监测。

在一个示例中，机器人具有底座和设置于底座上的躯体，躯体上设置两个机械臂，一个机械臂在例如3点钟方向进行安装，另一个机械臂同时同步地在9点钟方向进行安装，同时在3点和9点装配螺栓之后，这两个机械臂在6点和12点执行螺栓紧固装配。然后，在10点半装配一个螺栓，在4点半装配一个螺栓，两个机械臂同时同步地装配两个螺栓。这样装配有利于防止螺栓紧固导致轴承变形和螺栓变形，防止轴承出现翘曲现象。

在本实施例中，在3点钟和9点钟方向对称地安装螺栓，在6点和12点方向对称地安装螺栓，依此类推。两个机械臂在3点钟和9点钟同时拧螺栓，这种装配工艺有利于防止在安装过程中变桨轴承的装配面翘起。

在一个实施例中，将轴承的定圈固定在轮毂的装配面，装配时轮毂的装配面是一个平面，轴承安装上去以后，轴承与轮毂紧密连接，其连接面也是一个平面，这样轴承圈的装配面就不会出现弯曲。

上述两个机械臂进行通讯，以保障这两个机械臂的装配速度或者装配进程是一样的。本发明实施例两个机械臂装配的时候，是同时进行，有利于防止在对一个螺栓孔进行螺栓装配时，另一个处于对称位置的螺栓孔处于悬空状态，从而使轴承发生翘曲。

本发明实施例，在三点钟和九点钟同时检测螺栓，同时紧固螺栓。紧固的力矩，按照同样的进程执行，即按50％、75％、100％的最大紧固力矩值执行。而且两个机械臂之间互相通讯，两个机械臂通讯能够检测确认两者的制动力矩曲线是否相同。在螺栓装配的过程中，在打力矩的过程中，越拧越紧，螺栓要受到一个制动力矩，处于关于变桨轴承的中心对称位置的两个螺栓对应的制动力矩曲线应该是基本吻合。

两个机械臂之间互相通信，对目标信息进行互相比较。螺栓装配控制器判断如果两个机械臂转动的圈数是相同的，则该两个机械臂使用的力矩也应该是接近一致，或者二者之间的力矩差值在合理的误差范围内。如果两个机械臂使用的力矩不一样，已经超出限值，则判定发生装配异常。例如，力矩差值可以是不超过20％。两个机械臂进行通讯，可以防止一个机械臂打力矩还很能容易，另外一个机械臂打不动。

发明人发现在现有技术中，变桨轴承的螺栓孔和轮毂连接孔，实际上很难做到54个孔均是轴线对齐。在车间装配的时候，如果4个关键螺栓孔没有对齐可能发生装配故障和产品缺陷。4个关键螺栓孔是指在3点钟、9点钟、6点钟、12点钟所处位置的螺栓孔。螺栓孔未对齐，可导致两个机械臂力矩不一致，从而损坏螺栓孔的内螺纹或者螺栓的外螺纹。

在本实施例中，当螺栓转不动的时候，控制另一个正常作业的机械臂等待，针对转不动的螺栓，对其反转一圈或数圈后再继续正转，如果其能转动，则触发该另一个机械臂继续执行装配作业。如果不能正向转动，表明螺纹发生损坏或其他故障，进行故障报警，转人工处理。

实施例三

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的任意一种所述的风电螺栓装配机器人的控制方法。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。当然，还有其他方式的可读存储介质，例如量子存储器、石墨烯存储器等等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

实施例四

本发明实施例还提供一种螺栓装配控制器，其包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如上所述的任意一种风电螺栓装配机器人的控制方法。

处理器与存储装置可通过总线通信连接。总线可以包括硬件、软件或两者，用于将上述部件彼此耦接在一起。举例来说，总线可包括加速图形端口(AGP)或其他图形总线、增强工业标准架构(EISA)总线、前端总线(FSB)、超传输(HT)互连、工业标准架构 (ISA)总线、无限带宽互连、低引脚数(LPC)总线、存储器总线、微信道架构(MCA) 总线、外围组件互连(PCI)总线、PCI-Express(PCI-X)总线、串行高级技术附件(SATA) 总线、视频电子标准协会局部(VLB)总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线可包括一个或多个总线。尽管本发明实施例描述和示出了特定的总线，但本发明考虑任何合适的总线或互连。

存储器可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器303可包括硬盘驱动器(Hard Disk Drive，HDD)、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器303可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在特定实施例中，存储器303是非易失性固态存储器。在特定实施例中，存储器包括只读存储器(ROM)。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM (EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、电可改写ROM(EAROM)或闪存或者两个或更多个以上这些的组合。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing， DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种风电螺栓装配机器人系统，其特征在于，包括：

轮毂定位设备，用于将待装配轮毂进行固定；

变桨轴承夹具，用于将待装配变桨轴承夹持在所述待装配轮毂的轴承装配面；

螺栓装配机器人，所述螺栓装配机器人包括：

第一组传感器模块，用于采集所述待装配螺栓和/或所述待装配变桨轴承的特征信息；

螺栓装配控制器，所述螺栓装配控制器包括：

螺栓识别模块，用于根据所述待装配螺栓的特征信息，确定所述待装配螺栓是否与当前的螺栓装配作业相匹配；

轴承识别模块，用于根据所述待装配变桨轴承的特征信息，确定所述待装配变桨轴承是否与当前的螺栓装配作业相匹配；

螺栓装配控制模块，用于当所述待装配螺栓或者所述待装配变桨轴承与当前的螺栓装配作业不匹配时，控制停止执行当前的螺栓装配作业，并且输出异常提示信息。

2.根据权利要求1所述的风电螺栓装配机器人系统，其特征在于，

所述第一组传感器模块包括：第二图像传感器，用于采集当前所述待装配变桨轴承的第二图像；以及，直径检测传感器，用于测量当前待装配变桨轴承的直径值；

所述轴承识别模块包括：

第二相似度对比分析子模块，用于将当前待装配变桨轴承的第二图像与预设的当前的螺栓装配作业的变桨轴承的标准图像进行相似度分析，获得相似度值，当所述相似度值高于预设的相似度阈值时，生成第一轴承识别信号；

特征提取统计子模块，用于从当前待装配变桨轴承的第二图像中提取多个目标特征，并且统计多个目标特征的数量，当所述目标特征的数量与预设的当装配作业的变桨轴承的目标特征的数量相匹配时，生成第二轴承识别信号；

直径对比分析子模块，用于将当前待装配变桨轴承的直径值，与预设的当前的装配作业的变桨轴承的标准直径值或标准直径范围进行对比，如果当前待装配变桨轴承的直径等于所述标准直径值或者处于标准直径范围内时，生成第三轴承识别信号；

轴承确定子模块，用于判断是否同时接收到所述的第一轴承识别信号、所述第二轴承识别信号和所述第三轴承识别信号，如果是，则确定所述待装配变桨轴承与当前装配作业相匹配；如果不是，则输出错误信号或异常信号，提示维护人员进行检查。

3.根据权利要求2所述的风电螺栓装配机器人系统，其特征在于，所述第一组传感器模块，还包括：

称重传感器，用于检测当前待装配变桨轴承的重量值；

所述轴承识别模块，还包括：

重量对比分析子模块，用于根据当前待装配变桨轴承的重量值，与预设的当前装配作业的变桨轴承的标准重量值或标准重量范围进行对比，如果当前待装配变桨轴承的直径值等于所述标准直径值或者处于标准重量范围内时，生成第四轴承识别信号；

所述轴承确定子模块，还用于判断是否接收到所述第一轴承识别信号、所述第二轴承识别信号、所述第三轴承识别信号和所述第四轴承识别信号，如果是，则确定当前待装配变桨轴承与当前螺栓装配作业相匹配；如果不是，则输出异常提示信息。

4.根据权利要求2所述的风电螺栓装配机器人系统，其特征在于，所述直径检测传感器包括：激光扫描直径检测传感器，CCD投影直径检测传感器，或者激光衍射直径检测传感器；

所述直径检测传感器，具体用于检测当前待装配变桨轴承沿第一方向、第二方向、以及第三方向的直径，根据沿第一方向、第二方向、以及第三方向的直径确定所述装配对象的最终直径；

所述特征提取统计子模块，用于从当前待装配变桨轴承的图像中提取多个目标特征，并且统计多个目标特征的数量，所述目标特征是所述当前待装配变桨轴承的图像中包含的螺栓孔，计算确定所述当前待装配变桨轴承的中包含的螺栓孔数量，当所述螺栓孔数量与预设的当前装配作业的变桨轴承的螺栓孔数量相匹配时，生成第二识别信号。

5.根据权利要求1所述的风电螺栓装配机器人系统，其特征在于，还包括：第二组传感器模块，其包括：力矩传感器；

所述力矩传感器，用于检测螺栓装配过程中的螺栓力矩数据；

所述螺栓装配控制模块，包括：装配异常自检子模块，用于根据所述螺栓力矩数据绘制螺栓力矩变化曲线，将绘制的螺栓力矩变化曲线与预设的一个或多个标准螺栓力矩变化曲线进行对比分析，以确定所述螺栓力矩数据是否发生异常，当发生异常时，输出用于指示螺栓装配异常的报警信号。

6.根据权利要求5所述的风电螺栓装配机器人系统，其特征在于，所述装配异常自检子模块，还用于根据所述当前的螺栓力矩变化曲线相对于标准螺栓力矩变化曲线的偏离程度，确定第一螺栓装配异常类型；其中，所述第一螺栓装配异常类型包括如下中的任意一种或多种：螺栓断裂、螺栓裂纹、或者螺纹损坏。

7.根据权利要求6所述的风电螺栓装配机器人系统，其特征在于，所述第二组传感器模块，还包括：

角度传感器，用于检测所述待装配螺栓在装配过程中的转角值；

温度传感器，用于实时检测所述待装配螺栓在装配过程中的温度值；

所述装配异常自检子模块，用于根据所述螺栓力矩数据、所述转角值和所述温度值，基于预建立的螺栓装配故障分类模型，确定第二螺栓装配异常类型；根据所述第一螺栓装配异常类型和第二螺栓装配异常类型，确定最终的螺栓装配异常类型。

8.根据权利要求7所述的风电螺栓装配机器人系统，其特征在于，还包括：螺栓装配执行器，用于根据所述螺栓装配控制器的控制信号执行螺栓装配作业；

所述装配异常自检子模块还用于：当确定螺栓装配异常的报警信号为螺纹损坏或螺栓裂纹时，发送螺纹损坏的报警信号至异常螺栓更换控制子模块；

所述螺栓装配控制模块，包括：异常螺栓更换控制子模块，用于控制螺栓装配执行器对所述发生装配异常的螺栓执行反向旋转，以取出所述发生装配异常的螺栓，控制所述螺栓装配执行器抓取正常螺栓；并且控制螺栓装配执行器对所述发生装配异常的螺栓邻近的预设数量的螺栓均取出，以更换为正常螺栓；控制所述螺栓装配执行器对所述正常螺栓重新进行螺栓装配作业。

9.根据权利要求1所述的风电螺栓装配机器人系统，其特征在于，所述螺栓装配机器人上配置有激光对中传感器，用于将待装配螺栓与待装配的螺栓孔的各自中心轴线进行对准，生成轴线对齐检测信号。

10.根据权利要求9所述的风电螺栓装配机器人系统，其特征在于，所述变桨轴承夹具包括：

夹持座，用于夹持待装配的变桨轴承；

水平平移机构，用于驱动所述夹持座沿第一方向移动；

前后平移机构，用于驱动所述夹持座沿第二方向移动；

上下升降机构，用于驱动所述夹持座沿第三方向移动；以及，

夹持控制器，用于接收所述螺栓装配机器人发送的轴线对齐检测信号，所述轴线对齐检测信号用于指示变桨轴承的螺栓孔与待装配轮毂的轴承装配面上的螺栓孔之间是否轴线对齐，以及在两者未对齐时输出位移偏差信号；根据所述位移偏差信号控制所述上下升降机构、所述水平平移机构、所述前后平移机构中的一个或多个的移动距离，以使得所述变桨轴承的螺栓孔与待装配轮毂的轴承装配面上的螺栓孔之间的中心轴线对齐。

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