CN117984362A - 一种高放贮罐拆除工具头自动更换系统及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高放贮罐拆除工具头自动更换系统及使用方法，涉及涉及核设施退役技术领域。其中高放贮罐拆除工具头自动更换系统，包括工具台架和台架底座，还包括安装于工具台架上的多个用于停靠各工具头的存储工位，安装于台架底座上能携带工具头在存储工位和机械臂之间移动至工业机器人，以及安装于工具台架上的双目识别摄像机。本发明采用液压为机器人提供动力，可实现高放贮罐退役过程中，在不同流程之间工具头的远程自动更换。其具有良好的耐辐照性和普适性，以及较高的工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及核设施退役技术领域，具体为一种高放贮罐拆除工具头自动更换系统及使用方法。
背景技术
高放贮罐一般具有辐射剂量水平高、尺寸规模大、罐内情况复杂等特点，针对高放贮罐的退役，通常采用机械臂载带不同工具头进行远距离操作的方法。通过调研国内外高放贮罐，因大量高放废液长期贮存在贮罐内，其逐渐沉降板结形成泥浆，并且部分贮罐内布置有大量管道，导致高放贮罐在退役过程中的实施流程较为繁琐且需要交叉进行，针对不同流程需使用不同工具头，因此必须解决不同流程下工具头远程自动更换的可行性和作业安全性等问题，以此为高放贮罐的退役提供技术支持。
针对上述需求，本发明提供一种用于高放贮罐罐底残留物回取过程中的贮罐拆除工具头自动更换装置。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高放贮罐拆除工具头自动更换系统及使用方法，能实现高放贮罐退役过程中，不同流程之间工具头的远程自动更换。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高放贮罐拆除工具头自动更换系统，包括工具台架和台架底座，还包括安装于工具台架上的多个用于停靠各工具头的存储工位，安装于台架底座上能携带工具头在存储工位和机械臂之间移动至工业机器人，以及安装于工具台架上的双目识别摄像机。
进一步地，通过设置机械手安装座将工业机器人安装于台架底座上；通过安装摄像机支撑座将双目识别机器人安装于工具台架上。
进一步地，还包括能停靠在存储工位上的抓取工件，所述工业机器人为六轴工业机器人，其前端设置有第一快换接盘；抓取工件和各工具头上均设置有能与第一快换接盘相适配的第二快换接盘。
进一步地，抓取工件和各工具头的侧面均设置有支耳，支耳的下端安装有插件，存储工位上开设有与插件相适配的插孔。
进一步地，所述工具台架为06Cr19Ni10不锈钢材质，采用无缝方钢管进行焊接；双目识别摄像机选用康耐视3D-A5060系列面阵扫描3D相机。
如上所述的高放贮罐拆除工具头自动更换系统的使用方法，工业机器人首先与抓取工件通过快换接盘连接，然后通过抓取工件将机械臂上的工具头卸下至存储工位，再载带待使用的目标工具头由存储工位卸下，通过双目识别摄像机识别定位后，移动至更换区将其安装于试验机械臂上。
进一步地，高放贮罐拆除工具头自动更换系统的使用方法，包括：
(1)工业机器人载带抓取工件
工业机器人的前端移动到抓取工件所在的存储工位上端，系统控制电磁阀通入压缩空气使第一快换接盘处于解锁状态，使第一快换接盘和抓取工件上第二快换接盘对接，系统再控制电磁阀反向通入压缩空气完成第一快换接盘和第二快换接盘的锁定，最后工业机器人提升抓取工件离开所在存储工位；
(2)将机械臂上工具头进行拆卸
机械臂载带工具头移动到双目识别摄像机可识别区域；双目识别摄像机拍照后，精确定位机械臂载带工具头的位置；确定机械臂上待拆卸工具头需停靠的存储工位，选择拆卸程序；工业机器人载带抓取工件后移动到机械臂载带工具头的下端，使抓取工件上的挂钩挂住需拆卸工具头上的挂件；系统控制电磁阀反向通入压缩空气，使工具头上第二快换接盘与机械臂上快换接盘释放；工业机器人载带抓取工件将拆卸下来的工具头放置到选定的存储工位上后；工业机器人载带抓取工件释放工具头，离开工位；
(3)将目标工具头安装至机械臂上
将机械臂移动到双目识别摄像机可识别区域；双目识别摄像机拍照，精确定位机械臂末端位置；选择目标工具头所在存储工位，选择安装程序；工业机器人载带抓取工件移动到选定的工具头存储工位，对目标工具头进行抓取；工业机器人抓取目标工具头移动到机械臂末端完成对接；系统控制电磁阀通入压缩空气使目标工具头上第二快换接盘与机械臂上快换接盘锁定后；工业机器人载带抓取工件释放目标工具头，脱离目标工具头位置。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明采用液压为机器人提供动力，可实现高放贮罐退役过程中，在不同流程之间工具头的远程自动更换。其具有良好的耐辐照性和普适性，以及较高的工作效率。
(2)本发明可实现在高放贮罐退役过程中进行工具头的远程自动更换，从技术和设计的角度解决了高放贮罐退役过程中作业的可操作性和安全性等问题。
附图说明
图1为本发明中工具台架结构图；
图2为本发明中工具台架局部放大图；
图3为本发明中高放贮罐拆除工具头自动更换系统结构图；
图4为本发明中高放贮罐拆除工具头自动更换系统局部放大图；
图5为本发明中抓取工件结构图；
图6为本发明中第二快换接盘结构图；
图7为本发明一实施例结构图；
图8为本发明中高放贮罐拆除工具头自动更换系统使用流程图。
其中，附图标记对应的名称为：1-工具台架，2-存储工位，201-插孔，3-台架底座，4-机械手安装座，5-工业机器人，6-摄像机支撑座，7-双目识别摄像机，8-第一快换接盘，9-抓取工件，10-钢覆面剥离工具头，11-电动圆盘锯工具头，12-电动往复锯工具头，13-钻孔工具头，14-电动夹持工具头，15-抽吸搅拌一体式工具头，16-液压剪刀工具头，17-液压夹持工具头，18-第一抓取式工具头，19-第二抓取式工具头，20-液压铲式工具，21-第二快换接盘，22-支耳，23-插件，24-插孔，25-挂钩，26-挂件，27-机械臂。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
如图1～7所示，本实施例公开一种高放贮罐拆除工具头自动更换系统，包括外形尺寸为2216×2428×920mm的工具台架1，该工具台架1下端设置有台架底座3。工具台架1上安装有多个用于停靠各种用于贮罐拆除工具头的存储工位2，优选的，本实施例中，存储工位2为U型工具头架，设置12个，且均通过六角圆柱头螺钉固定于工具台架1的侧面。台架底座3上通过六角圆柱头螺钉连接有机械手安装座4，机械手安装座4上安装有工业机器人5，在工具台架1的侧面通过六角圆柱头螺钉连接有摄像机支撑座6，摄像机支撑座6上安装有双目识别摄像机7。
本实施例中用于高放贮罐拆除的工具头包括钢覆面剥离工具头10、电动圆盘锯工具头11、电动往复锯工具头12、钻孔工具头13、电动夹持工具头14、抽吸搅拌一体式工具头15、液压剪刀工具头16、液压夹持工具头17、第一抓取式工具头18、第二抓取式工具头19、液压铲式工具头20。
工业机器人5选用GP50型号的六轴工业机器人，有六个关节，前端负载为50kg，能对工具头更换进行定位辅助。工业机器人5的前端设置有第一快换接盘8，另外设置有抓取工件9，抓取工件9也停靠在存储工位2上，抓取工件9和各工具头上均设置有能与第一快换接盘8相适配的第二快换接盘21，在抓取工件9和各工具头的侧面均设置有支耳22，支耳22的下端安装有插件23，存储工位2上开设有与插件23相适配的插孔24，通过将抓取工件9或各工具头上的插件23插入插孔24，将抓取工件9或各工具头停靠在存储工位2上。在抓取工件9的侧面还设置有挂钩25，在各工具头上均设置有能挂在挂钩25上的挂件26。
双目识别摄像机7选用康耐视3D-A5060系列面阵扫描3D相机，可快速采集图像，提高处理量，结合其上的3D视觉工具可为工业机器人5提供可靠且准确的引导功能。通过3D相机采集图像后，经控制软件计算出机械臂的6个自由度实际位置，工控机解算后将空间自由度坐标通过TCP/IP协议传输至六轴工业机器人控制器中，从而实现引导六轴工业机器人进行工具头更换操作。在用本实施提供的系统对机械臂上工具头进行更换时，先用双目识别摄像机7识别机械臂27的位置，并确定要更换的目标工具头，确定该工具头在哪一存储工位上，然后六轴工业机器人先通过其上的快换接盘与抓取工件的快换接盘连接，再由该抓取工件上的挂钩将目标工具头的挂件挂住，将目标工具头移动至机械臂27的下方，通过快换接盘进行连接，实现机械臂27上工具头的更换。
上述高放贮罐拆除工具头自动更换系统在对工具头进行更换时，工业机器人首先与抓取工件通过快换接盘连接，然后通过抓取工件将机械臂上的工具头卸下至存储工位，再载带待使用的目标工具头由存储工位卸下，通过双目识别摄像机识别定位后，移动至更换区将其安装于试验机械臂上，图8为本发明中高放贮罐拆除工具头自动更换系统使用流程图。
具体的步骤如下：
(1)工业机器人载带抓取工件
抓取工件位于工具头的存储工位上，工业机器人的前端移动到抓取工件上端，系统控制电磁阀通入压缩空气使快换接盘处于解锁状态，使第一快换接盘和抓取工件上第二快换接盘对接，系统再控制电磁阀反向通入压缩空气完成这两个快换接盘的锁定，最后工业机器人提升抓取工件离开存储工位；
(2)将机械臂上工具头进行拆卸
机械臂载带工具头移动到指定区域(视觉系统可识别区域)；双目识别摄像机拍照后，精确定位机械臂载带工具头的位置；确定待拆卸工具头需停靠的存储工位，选择拆卸程序；工业机器人载带抓取工件后移动到机械臂载带工具头的下端，使抓取工件上的挂钩挂住需拆卸工具头上的挂件；系统控制电磁阀反向通入压缩空气，使工具头上第二快换接盘与机械臂上快换接盘释放；工业机器人载带抓取工件将拆卸下来的工具头放置到选定的存储工位上后；工业机器人载带抓取工件释放工具头，离开工位；
(3)将目标工具头安装至机械臂上
将机械臂移动到指定区域(视觉系统可识别区域)；双目识别摄像机拍照，精确定位机械臂末端位置；选择目标工具头所在存储工位，选择安装程序；工业机器人载带抓取工件移动到选定的工具头存储工位，对目标工具头进行抓取；工业机器人抓取目标工具头移动到机械臂末端完成对接；系统控制电磁阀通入压缩空气使目标工具头上第二快换接盘与机械臂上快换接盘锁定后；工业机器人载带抓取工件释放目标工具头，脱离目标工具头位置。
现以将机械臂上工具头更换为液压铲式工具头为例，进行详细的说明：
S1：检查更换台架各系统运行正常，远程操作工业机器人载带抓取工件，做好作业准备；
S2：远程操作试验机械臂到达指定位置(视觉系统可识别区域)；
S3：机械臂停止后，视觉识别启动，对机械臂进行扫描，扫描后数据传输至工控机，工控机解算后将空间6自由度坐标通过TCP/IP协议传输至工业机器人；
S4：远程操作工业机器人运动至试验机械臂处；
S5：工业机器人利用抓取工件上的挂钩挂住机械臂处的工具头后，快换接盘解除锁定，实现工业机器人对该工具头的抓取；
S6：工业机器人再按既定程序将卸下的工具头放置于工具台架上；
S7：根据需求，工业机器人运动至液压铲式工具头所在存储工位处，同样使用抓取工件上的挂钩将液压铲式工具头挂住，实现抓取。
S8：工业机器人按照S3中识别的坐标运动至试验机械臂处；
S9：工业机器人将待更换工具头上的快换接盘与机械臂上的快换接盘结合，电气系统控制快换接盘锁紧，机械臂按既定程序返回原位，完成工具头更换。
本发明采用液压为机器人提供动力，可实现高放贮罐退役过程中，在不同流程之间工具头的远程自动更换。其具有良好的耐辐照性和普适性，以及较高的工作效率。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高放贮罐拆除工具头自动更换系统，包括工具台架(1)和台架底座(3)，其特征在于，还包括安装于工具台架(1)上的多个用于停靠各工具头的存储工位(2)，安装于台架底座(3)上能携带工具头在存储工位(2)和机械臂(27)之间移动至工业机器人(5)，以及安装于工具台架(1)上的双目识别摄像机(7)。
2.根据权利要求1所述的高放贮罐拆除工具头自动更换系统，其特征在于，通过设置机械手安装座(4)将工业机器人(5)安装于台架底座(3)上；通过安装摄像机支撑座(6)将双目识别机器人安装于工具台架(1)上。
3.根据权利要求2所述的高放贮罐拆除工具头自动更换系统，其特征在于，还包括能停靠在存储工位(2)上的抓取工件(9)，所述工业机器人(5)为六轴工业机器人，其前端设置有第一快换接盘(8)；抓取工件(9)和各工具头上均设置有能与第一快换接盘(8)相适配的第二快换接盘(21)。
4.根据权利要求3所述的高放贮罐拆除工具头自动更换系统，其特征在于，抓取工件(9)和各工具头的侧面均设置有支耳(22)，支耳(22)的下端安装有插件(23)，存储工位(2)上开设有与插件(23)相适配的插孔(24)。
5.根据权利要求4所述的高放贮罐拆除工具头自动更换系统，其特征在于，所述工具台架(1)为06Cr19Ni10不锈钢材质，采用无缝方钢管进行焊接；双目识别摄像机(7)选用康耐视3D-A5060系列面阵扫描3D相机。
6.如权利要求5所述的高放贮罐拆除工具头自动更换系统的使用方法，其特征在于，工业机器人首先与抓取工件通过快换接盘连接，然后通过抓取工件将机械臂上的工具头卸下至存储工位，再载带待使用的目标工具头由存储工位卸下，通过双目识别摄像机识别定位后，移动至更换区将其安装于试验机械臂上。
7.根据权利要求6所述的高放贮罐拆除工具头自动更换系统的使用方法，其特征在于，包括：
(1)工业机器人载带抓取工件
工业机器人的前端移动到抓取工件所在的存储工位上端，系统控制电磁阀通入压缩空气使第一快换接盘处于解锁状态，使第一快换接盘和抓取工件上第二快换接盘对接，系统再控制电磁阀反向通入压缩空气完成第一快换接盘和第二快换接盘的锁定，最后工业机器人提升抓取工件离开所在存储工位；
(2)将机械臂上工具头进行拆卸
机械臂载带工具头移动到双目识别摄像机可识别区域；双目识别摄像机拍照后，精确定位机械臂载带工具头的位置；确定机械臂上待拆卸工具头需停靠的存储工位，选择拆卸程序；工业机器人载带抓取工件后移动到机械臂载带工具头的下端，使抓取工件上的挂钩挂住需拆卸工具头上的挂件；系统控制电磁阀反向通入压缩空气，使工具头上第二快换接盘与机械臂上快换接盘释放；工业机器人载带抓取工件将拆卸下来的工具头放置到选定的存储工位上后；工业机器人载带抓取工件释放工具头，离开工位；
(3)将目标工具头安装至机械臂上
将机械臂移动到双目识别摄像机可识别区域；双目识别摄像机拍照，精确定位机械臂末端位置；选择目标工具头所在存储工位，选择安装程序；工业机器人载带抓取工件移动到选定的工具头存储工位，对目标工具头进行抓取；工业机器人抓取目标工具头移动到机械臂末端完成对接；系统控制电磁阀通入压缩空气使目标工具头上第二快换接盘与机械臂上快换接盘锁定后；工业机器人载带抓取工件释放目标工具头，脱离目标工具头位置。
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