一种mox燃料棒束组装的方法及装置
技术领域
1.本发明属于核技术领域，具体涉及一种mox燃料棒束组装的方法及装置。
背景技术：2.mox(钚铀氧化物混合物)燃料棒是快堆中核反应的核心部件，其组装基本过程如图2所示，是将mox燃料棒的下端塞插入到栅板中。由于mox燃料棒的核辐射剂量较大，对操作人员和环境来说存在较大的安全风险。为了提高安全性，人们想到通过工业机器人替代操作人员进行自动组装。
3.由于mox燃料棒的总体上类似于细长管件，在mox燃料棒的包壳管外还有金属绕丝，mox燃料棒的下端塞上设计有蒜槽，且蒜槽与栅板之间的配合间隙较小，此外，细长结构的mox燃料棒还会因自重而产生挠曲变形，因此，要想实现mox燃料棒自动组装，必须能够精确调整mox燃料棒的位置和姿态(即位姿)，使下端塞的开槽的位置和姿态与栅板的位置和姿态一致。
4.然而，目前的工业机器人自动组装一般是事先根据其要组装的零配件的初始位置和目标位置进行路径规划，然后通过编程驱动工业机器人按规划好的路径运动就能完成装配，其运动轨迹是固定的，难以满足mox燃料棒的自动组装的需求。
技术实现要素：5.本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的以上不足，提供一种mox燃料棒束组装的方法及装置，可实现mox燃料棒的自动组装，提高mox燃料棒组装的安全性和组装效率。
6.解决本发明技术问题所采用的技术方案是：
7.根据本发明的一个方面，提供一种mox燃料棒束组装的方法，其技术方案如下：
8.一种mox燃料棒束组装的方法，包括：
9.s1，获取mox燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位姿信息；
10.s2，根据mox燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位姿信息，将mox燃料棒的下端塞的位姿调整至与栅板的位姿一致，以使下端塞插入到栅板中。
11.优选的是，所述获取mox燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位姿信息，包括：
12.采集mox燃料棒的下端塞与栅板的相对位置图像；
13.对采集到的相对位置图像进行图像识别处理，以得到mox燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位姿信息。
14.优选的是，所述采集mox燃料棒的下端塞与栅板的相对位置图像具体是采用双目正交机器视觉系统进行采集，其中，所述双目视觉系统包括相机a和相机b，采集过程包括：
15.将相机a布置在组装工位的上方，从mox燃料棒的下端塞与栅板的上方对其进行拍摄；
16.将相机b布置在栅板的水平方向，从mox燃料棒的下端塞与栅板的侧面对其进行拍
摄。
17.优选的是，所述对采集到的相对位置图像进行图像识别处理，以得到mox燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位姿信息，具体包括：
18.(1)设点p为下端塞的端面中心，设点q为下端塞的轴线上不与点p重合的任意一点，设线段pq为监测对象，
19.建立世界坐标系o
w-x
wywzw
、相机a的相机坐标系o
a-xayaza、以及相机b的相机坐标系o
b-xbybzb，其中，相机a的光轴za和相机b的光轴zb正交，
20.设相机a的图像坐标系为o
1-x1y1，设相机b的图像坐标系为o
2-x2y2，设p1q1和p2q2分别为被监测对象线段pq在o
1-x1y1和o
2-x2y2上的投影；
21.(2)根据下端塞与栅板的相对位置图像，确定点p在相机a的图像坐标系o
1-x1y1下的投影p1的像素坐标值(ua,va)和在相机a的相机坐标系下的三维空间坐标(xa,ya,za)，确定点p在相机b的图像坐标系o
2-x2y2下的投影p2的像素坐标值(ub,vb)和在相机b的相机坐标系下的三维空间坐标(xb,yb,zb)；
22.(3)根据下端塞与栅板的相对位置图像，确定mox燃料棒的下端塞的轴线在相机a的相机坐标系下的三维空间姿态角，所述三维空间姿态角包括下端塞的开槽方向的回转角α、侧偏角β、以及俯仰角γ；
23.(4)根据相机a的相机坐标系o
a-xayaza相对于世界坐标系o
w-x
wywzw
的旋转矩阵r
aw
和平移矩阵t
aw
，确定下端塞在世界坐标系中的空间位姿；
24.(5)根据下端塞在世界坐标系中的空间位姿，确定下端塞与栅板的相对位姿信息。
25.优选的是，所述确定点p在相机a的图像坐标系o
1-x1y1下的投影p1的像素坐标值(ua,va)的计算式为：
[0026][0027]
其中，f
xa
＝fa/d
xa
，f
ya
＝fa/d
ya
，fa为相机a的焦距，d
xa
和d
yb
分别为相机a的像元宽和像元高，u
0a
和v
0a
为相机a的像素坐标原点；
[0028]
所述确定点p在相机b的图像坐标系o
2-x2y2下的投影p2的像素坐标值(ub,vb)的计算式为：
[0029][0030]
其中，f
xb
＝fb/d
xb
，f
yb
＝fb/d
yb
，fb为相机b的焦距，d
xa
和d
yb
分别为相机b的像元宽和像元高，u
0b
和v
0b
为相机b的像素坐标原点；
[0031]
所述确定点p相机b的相机坐标系下的三维空间坐标(xb,yb,zb)的计算式为：
[0032][0033]
其中，r
ba
和t
ba
分别为相机b的相机坐标系相对于相机a的相机坐标系的旋转矩阵和平移矩阵；
[0034]
所述确定点p相机a的相机坐标系下的三维空间坐标(xa,ya,za)的计算式为：
[0035][0036]
其中，t
bax
、t
bay
、t
baz
分别为相机b坐标系相对于相机a坐标系中的平移矩阵r
ba
的分量。
[0037]
优选的是，所述旋转矩阵r
ba
为：
[0038][0039]
所述平移矩阵t
ba
为：
[0040][0041]
优选的是，所述根据下端塞与栅板的相对位置图像，确定mox燃料棒的下端塞的轴线在相机a的相机坐标系下的三维空间姿态角，包括：
[0042]
以点p在相机a的相机坐标系o
a-xayaza中的坐标点为原点，以oaxa方向为x轴，以oaya方向为y轴，建立笛卡尔坐标系o
′
a-x
′ay
′az
′a，设θ为线段pq在坐标平面o
′
a-x
′ay
′a上的投影与坐标轴o
′
a-y
′a的夹角，设为线段pq在坐标平面o
′
a-y
′az
′a上的投影与坐标轴o
′
a-z
′a的夹角，设下端塞的开槽的边缘中点到中心线的距离为d，设下端塞半径为r，计算得到所述回转角α为：
[0043]
α＝arcsin(d/r)
[0044]
所述侧偏角β为：
[0045][0046]
所述俯仰角γ为：
[0047]
优选的是，所述下端塞在世界坐标系中的空间位姿采用线段pq在世界坐标系下的三维位姿表示，所述线段pq在世界坐标系中的三维位姿满足以下关系式：
[0048][0049]
其中，ra为线段pq在相机a的相机坐标系o
a-xayaza下的姿势矩阵，ta为线段pq在相机a的相机坐标系o
a-xayaza下的位置矩阵，rw为线段pq在世界坐标系下的姿态矩阵，tw为线段pq在世界坐标系下的位置矩阵，r
aw
和t
aw
分别为相机a的相机坐标系相对于世界坐标系的旋转矩阵和平移矩阵。
[0050]
优选的是，所述根据mox燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位姿信息，将mox燃料棒的下端塞的位姿调整至与栅板的位姿一致，包括:
[0051]
将步骤s2中确定得到的mox燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位姿信息传输给工业机器人的控制系统，
[0052]
所述控制系统用于将所述相对位姿信息转换为工业机器人的执行部件的运动指令，并根据所述运动指令控制工业机器人的执行部件运动，以将mox燃料棒的下端塞的位姿与栅板的位姿达到一致，最终使mox燃料棒的下端塞插入到栅板中。
[0053]
根据本发明的另一个方面，提供一种mox燃料棒束组装的装置，其技术方案如下：
[0054]
一种mox燃料棒束组装的装置，数据采集模块、数据处理模块、以及工业机器人，其中：
[0055]
所述工业机器人，用于控制mox燃料棒移动，以使mox燃料棒的下端塞接近组装工位上的栅板；
[0056]
所述数据采集模块，用于采集所述mox燃料棒的下端塞与所述栅板的相对位置图像；
[0057]
所述数据处理模块，与所述数据采集模块、所述工业机器人分别电连接，用于接收所述相对位置图像并对其进行图像识别处理，得到mox燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位姿信息，以及，将所述相对位姿信息传输给工业机器人，所述工业机器人还用于接收所述相对位姿信息并根据相对位姿信息控制mox燃料棒移动，以将mox燃料棒的下端塞的位姿调整至与栅板的位姿一致，最终使下端塞插入到栅板中。
[0058]
优选的是，所述数据采集模块采用双目正交机器视觉系统，其包括相机a和相机b，其中：
[0059]
所述相机a设于所述组装工位的上方，用于从下端塞与栅板的上方拍摄得到所述下端塞与栅板的相对位置图像；
[0060]
所述相机b设于所述栅板的水平方向，用于从下端塞与栅板的侧面拍摄得到所述下端塞与栅板的相对位置图像。
[0061]
本本发明的mox燃料棒束组装的方法及装置，可实现mox燃料棒束的自动组装，并且，通过利用双目机器视觉技术获取mox燃料棒的下端塞与栅板的相对位置图像，并通过图像识别处理获得mox燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位姿信息，最后将mox燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位姿信息转换成六自由度工业机器人的运动指令由工业机器人完成组装，可大大提高mox燃料棒束组装的安全性和组装效率，避免人工组装mox燃料棒束带来的安全风险，提高核燃料制造的安全性和智能化水平。
附图说明
[0062]
图1为本发明实施例中mox燃料棒束组装的方法的流程图；
[0063]
图2为本发明实施例中mox燃料棒束的装配示意图；
[0064]
图3为本发明实施例中正交双目机械视觉系统的布置图；
[0065]
图4为本发明实施例中正交双目视觉体系理论模型；
[0066]
图5为本发明实施例中线段pq的空间位姿计算原理图；
[0067]
图6为本发明实施例中燃料棒下端塞开口槽的几何结构关系图；
[0068]
图7为本发明实施例中mox燃料棒束组装的装置的手爪的结构示意图。
[0069]
图中：1-下端塞；2-栅板；3-手爪。
具体实施方式
[0070]
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
[0071]
在本发明的描述中，需要说明的是，属于“上”等指示方位或位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于和简化描述，而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0072]
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0073]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”、“安装”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0074]
实施例1
[0075]
如图1、图2所示，一种mox燃料棒束组装的方法，包括：
[0076]
s1，获取mox燃料棒的下端塞1与栅板2之间的相对位姿信息；
[0077]
s2，根据mox燃料棒的下端塞1与栅板2之间的相对位姿信息，将mox燃料棒的下端塞1的位姿调整至与栅板2的位姿一致，使下端塞1插入到栅板2中。
[0078]
具体来说，步骤s1中获取mox燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位姿信息，包括：
[0079]
采集mox燃料棒的下端塞与栅板的相对位置图像；
[0080]
对采集到的相对位置图像进行图像识别处理，以得到mox燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位姿信息。
[0081]
在一些实施方式中，采集mox燃料棒的下端塞与栅板的相对位置图像具体是采用双目正交机器视觉系统采集，其中，双目视觉系统包括相机a和相机b，如图3所示，采集过程包括：
[0082]
预先将栅板固定在组装工位上，mox燃料棒通过工业机器人夹持并移动至组装工位，并处于相机a和相机b的视野范围内；
[0083]
将相机a(即竖直相机)布置在组装工位的上方，从mox燃料棒(简称燃料棒)的下端塞与栅板的上方对其进行拍摄；
[0084]
将相机b(即水平相机)布置在栅板的水平方向，从mox燃料棒的下端塞与栅板的侧面对其进行拍摄。
[0085]
本实施例中，由于mox燃料棒的尺寸较长，但是在组装时只有mox燃料棒的下端塞与栅板进行组装，所以，只需要将mox燃料棒的下端塞移动至相机a和相机b的视野范围内即可。
[0086]
在一些实施方式中，对采集到的相对位置图像进行图像识别处理，以得到mox燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位姿信息，具体包括以下步骤：
[0087]
(1)设点p为下端塞的端面中心，设点q为下端塞的轴线上不与点p重合的任意一点，设线段pq为监测对象，建立世界坐标系(机器人坐标系)o
w-x
wywzw
、相机a的相机坐标系o
a-xayaza、以及相机b的相机坐标系o
b-xbybzb，其中，相机a的光轴za和相机b的光轴zb正交，得到正交双目视觉体系理论模型(如图4所示)，并且，设相机a的图像坐标系为o
1-x1y1，设相机b的图像坐标系为o
2-x2y2，设p1q1和p2q2分别为被监测对象线段pq在o
1-x1y1和o
2-x2y2上的投影，mox燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位姿信息包括mox燃料棒的下端塞的开槽方向与栅板方向之间的回转角α、侧偏角β和俯仰角γ，以及，mox燃料棒的下端塞的端面中心点在世界坐标系统o
w-x
wywzw
的x轴、y轴和z轴方向与栅板之间的相对位移；
[0088]
(2)根据下端塞与栅板的相对位置图像，确定点p在相机a的图像坐标系o
1-x1y1下的投影p1的像素坐标值(ua,va)和在相机a的相机坐标系下的三维空间坐标(xa,ya,za)，确定点p在相机b的图像坐标系o
2-x2y2下的投影p2的像素坐标值(ub,vb)和在相机b的相机坐标系下的三维空间坐标(xb,yb,zb)；
[0089]
(3)根据下端塞与栅板的相对位置图像，确定mox燃料棒的下端塞的轴线在相机a的相机坐标系下的三维空间姿态角，所述三维空间姿态角包括下端塞的开槽方向的回转角α、侧偏角β、以及俯仰角γ；
[0090]
(4)根据相机a的相机坐标系o
a-xayaza相对于世界坐标系o
w-x
wywzw
的旋转矩阵r
aw
和平移矩阵t
aw
，确定下端塞在世界坐标系中的空间位姿；
[0091]
(5)根据下端塞在世界坐标系中的空间位姿，确定下端塞与栅板的相对位姿信息(下端塞相对固定，其在世界坐标系中的空间位姿可通过标定方法确定，不做展开描述)。
[0092]
具体来说，根据相机成像原理和双目正交机器视觉系统的空间关系，可以求得：
[0093]
点p在相机a的图像坐标系o
1-x1y1下的投影p1的像素坐标值(ua,va)的计算式(1)为：
[0094][0095]
其中：f
xa
＝fa/d
xa
，f
ya
＝fa/d
ya
，fa为相机a的焦距，d
xa
和d
yb
分别为相机a的像元宽和像元高，u
0a
和v
0a
为相机a的像素坐标原点，以上参数全部为相机a的内参数；
[0096]
点p在相机b的图像坐标系o
2-x2y2下的投影p2的像素坐标值(ub,vb)的计算式(2)为：
[0097][0098]
其中：f
xb
＝fb/d
xb
，f
yb
＝fb/d
yb
，fb为相机b的焦距，d
xa
和d
yb
分别为相机b的像元宽和像元高，u
0b
和v
0b
为相机b的像素坐标原点，以上参数全部为相机b的内参数。
[0099]
并且，由于相机b的光轴za与相机a的光轴zb正交，因此，相机a的相机坐标系相当于将相机b的相机坐标系绕相机a的相机坐标系的ya轴旋转-90
°
，然后，坐标原点oa平移[t
bax
,t
bay
,t
baz
]
t
得到，也就是说，点p在相机b的相机坐标系下的坐标值(xb,yb,zb)与其在相机a的相机坐标系下的坐标值(xa,ya,za)存在如计算式(3)所示的关系，或者说，点p相机b的相机坐标系下的三维空间坐标(xb,yb,zb)的计算式(3)为：
[0100][0101]
其中，计算式(3)中的r
ba
和t
ba
分别为相机b的相机坐标系相对于相机a的相机坐标系的旋转矩阵和平移矩阵，旋转矩阵r
ba
的计算式(4)为：
[0102][0103]
平移矩阵t
ba
的计算式(5)为：
[0104][0105]
其中，计算式(5)中的t
bax
、t
bay
、t
baz
分别为相机b坐标系相对于相机a坐标系中的平移矩阵r
ba
的分量，需要说明的是，上述这些参数都是通过相机标定来获得的。
[0106]
综上所述，可求得点p相机a的相机坐标系下的三维空间坐标(xa,ya,za)的计算式(6)为：
[0107][0108]
具体来说，根据下端塞与栅板的相对位置图像，确定mox燃料棒的下端塞的轴线在
相机a的相机坐标系下的三维空间姿态角，包括：
[0109]
以点p在相机a的相机坐标系o
a-xayaza中的坐标点为原点、以oaxa方向为x轴、oaya方向为y轴，建立笛卡尔坐标系o
′
a-x
′ay
′az
′a(如图5所示)，α、β、γ分别为线段pq在笛卡尔坐标系o
′
a-x
′ay
′aza中绕自身轴线的回转角、偏航角、俯仰角。设θ为线段pq在坐标平面o
′
a-x
′ay
′a上的投影与坐标轴o
′
a-y
′a的夹角，设为线段pq在坐标平面o
′
a-y
′az
′a上的投影与坐标轴o
′
a-z
′a的夹角，设下端塞的开槽的边缘中点到中心线(轴线)的距离为d，设下端塞半径为r，如图6所示。由于双目正交机器视觉系统采用如图3所示的正交布置方式，则p1q1和p2q2分别平行于直线pq在o
′
a-x
′ay
′a平面和o
′
a-y
′az
′a平面上的投影，通过图像识别处理即可求得角θ和
[0110]
如图6所示，根据mox燃料棒的下端塞的开口槽的几何结构关系，可以求得到mox燃料棒的下端塞的开槽方向的回转角α的计算式(7)为：
[0111]
α＝arcsin(d/r)
[0112]
俯仰角γ等于线段pq在笛卡尔坐标系o
′
a-x
′az
′a上的投影与坐标轴o
′
a-z
′a之间的夹角即俯仰角γ为：
[0113]
并且，θ、以及β之间存在如下关系：
[0114][0115]
其中，δ＝a2/(b2+c2)，因此，侧偏角β的计算式(8)为：
[0116][0117]
具体来说，由于栅板是固定不移动的，因此，只要能够确定点p的空间位置和线段pq的方向，即可完全确定mox燃料棒的下端塞在世界坐标系o
w-x
wywzw
下的空间位姿。也就是说，步骤(4)中的下端塞在世界坐标系中的空间位姿可以采用线段pq在世界坐标系下的三维位姿表示，线段pq在世界坐标系下的三维位姿的求解步骤具体如下：
[0118]
根据线段pq的一个端点p在相机a和相机b中的位置以及线段pq在相机a和相机b的图像中的角度，可求出线段pq在世界坐标系中的三维位姿满足以下关系式(9)：
[0119][0120]
其中，ra为线段pq在相机a的相机坐标系o
a-xayaza下的姿势矩阵，并且，由图4、图5所示可知，笛卡尔坐标系o
′
a-x
′ay
′az
′a是由相机a的相机坐标系o
a-xayaza平移得到，线段pq位于笛卡尔坐标系o
′
a-x
′ay
′az
′a中的姿态矩阵r
′a即为其位于相机a的相机坐标系o
a-xayaza中的矩阵ra，因此，线段pq在坐标系o
a-xayaza中的姿势矩阵ra的计算式(10)为：
[0121]
ra＝r
′a＝rotz(α)roty(β)rotx(γ)；
[0122]
此外，ta为线段pq在相机a的相机坐标系o
a-xayaza下的位置矩阵，rw为线段pq在世界坐标系下的姿态矩阵，tw为线段pq在世界坐标系下的位置矩阵，r
aw
和t
aw
分别为相机a的相
机坐标系相对于世界坐标系的旋转矩阵和平移矩阵。
[0123]
根据计算式(9)可求得线段pq在世界坐标系o
w-x
wywzw
下的姿态矩阵rw的计算式(11)为：
[0124]rw
＝r
aw
ra[0125]
根据计算式(9)可求得线段pq在世界坐标系o
w-x
wywzw
下的位置矩阵tw的计算式(12)为：
[0126]
tw＝r
aw
ta+t
aw
[0127]
由于栅板的位置相对固定，mox燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位移可通过确定栅板上的参考点和p点之间的点对点之间的三个方向位移得到，比如，p点的空间坐标为(x,y,z)、栅板上的参考点g的坐标为(a，b，c)，则三个方向的相对位移可表示为(a-x，b-y，c-z)。
[0128]
具体来说，根据mox燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位姿信息，将mox燃料棒的下端塞的位姿调整至与栅板的位姿一致，具体包括:
[0129]
将步骤s2中确定得到的mox燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位姿信息传输给工业机器人(六自由度机器人)的控制系统，控制系统用于将相对位姿信息转换为工业机器人的执行部件(机械臂)的运动指令，并根据运动指令控制工业机器人的执行部件运动，以将mox燃料棒的下端塞的位姿与栅板的位姿达到一致，最终使mox燃料棒的下端塞插入到栅板中，得到mox燃料棒束。
[0130]
本实施例的mox燃料棒束组装的方法，可实现mox燃料棒束的自动组装，并且，通过利用机器视觉技术获取mox燃料棒的下端塞与栅板的相对位置图像，并通过图像识别处理获得mox燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位姿信息，最后将mox燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位姿信息转换成六自由度工业机器人的运动指令实现组装，可大大提高mox燃料棒束组装的安全性和组装效率，避免人工组装mox燃料棒束带来的安全风险，提高核燃料制造的安全性和智能化水平。
[0131]
实施例2
[0132]
本实施例公开一种mox燃料棒束组装的装置，包括数据采集模块、数据处理模块、以及工业机器人，其中：
[0133]
工业机器人，用于控制mox燃料棒移动，以使mox燃料棒的下端塞接近固定在组装工位上的栅板；
[0134]
数据采集模块，用于采集mox燃料棒的下端塞与栅板的相对位置图像；
[0135]
数据处理模块，与数据采集模块、工业机器人分别电连接，用于接收数据采集模块传输的相对位置图像并对其进行图像识别处理，得到mox燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位姿信息，以及，将处理得到的mox燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位姿信息传输给工业机器人，工业机器人还用于接收数据处理模块传输的相对位姿信息并根据该相对位姿信息控制mox燃料棒移动，以将mox燃料棒的下端塞的位姿调整至与栅板的位姿一致，最终使下端塞插入到栅板中，得到mox燃料棒束。
[0136]
具体来说，将栅板固定在组装工位上，如图3所示，数据采集模块采用双目正交机器视觉系统，其包括相机a和相机b，相机a设于组装工位的上方，用于从mox燃料棒(简称燃料棒)的下端塞与栅板的上方拍摄得到下端塞与栅板的相对位置图像，相机b设于栅板的水
平方向，用于从下端塞与栅板的侧面拍摄得到下端塞与栅板的相对位置图像。
[0137]
工业机器人包括执行部件和控制系统。如图7所示，执行部件上设有一个或多个用于夹持mox燃料棒的手爪3，优选为三个手爪3。控制系统与数据处理模块、执行部件分别电相连，以接收数据处理模块传输的相对位姿信息并根据该相对位姿信息控制执行部件上的手爪对mox燃料棒进行夹持和控制执行部件移动至将mox燃料棒的下端塞的位姿调整至与栅板的位姿一致。
[0138]
本实施例的mox燃料棒束组装的装置，可用于实施例1所示的mox燃料棒束组装的方法，提高mox燃料棒束组装的安全性和组装效率。
[0139]
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
技术特征：1.一种mox燃料棒束组装的方法，其特征在于，包括：s1，获取mox燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位姿信息；s2，根据mox燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位姿信息，将mox燃料棒的下端塞的位姿调整至与栅板的位姿一致，以使下端塞插入到栅板中。2.根据权利要求1所述的mox燃料棒束组装的方法，其特征在于，所述获取mox燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位姿信息，包括：采集mox燃料棒的下端塞与栅板的相对位置图像；对采集到的相对位置图像进行图像识别处理，以得到mox燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位姿信息。3.根据权利要求2所述的mox燃料棒束组装的方法，其特征在于，所述采集mox燃料棒的下端塞与栅板的相对位置图像具体是采用双目正交机器视觉系统进行采集，其中，所述双目视觉系统包括相机a和相机b，采集过程包括：将相机a布置在组装工位的上方，从mox燃料棒的下端塞与栅板的上方对其进行拍摄；将相机b布置在栅板的水平方向，从mox燃料棒的下端塞与栅板的侧面对其进行拍摄。4.根据权利要求3所述的mox燃料棒束组装的方法，其特征在于，所述对采集到的相对位置图像进行图像识别处理，以得到mox燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位姿信息，具体包括：(1)设点p为下端塞的端面中心，设点q为下端塞的轴线上不与点p重合的任意一点，设线段pq为监测对象，建立世界坐标系o
w-x
w
y
w
z
w
、相机a的相机坐标系o
a-x
a
y
a
z
a
、以及相机b的相机坐标系o
b-x
b
y
b
z
b
，其中，相机a的光轴z
a
和相机b的光轴z
b
正交，设相机a的图像坐标系为o
1-x1y1，设相机b的图像坐标系为o
2-x2y2，设p1q1和p2q2分别为被监测对象线段pq在o
1-x1y1和o
2-x2y2上的投影；(2)根据下端塞与栅板的相对位置图像，确定点p在相机a的图像坐标系o
1-x1y1下的投影p1的像素坐标值(u
a
,v
a
)和在相机a的相机坐标系下的三维空间坐标(x
a
,y
a
,z
a
)，确定点p在相机b的图像坐标系o
2-x2y2下的投影p2的像素坐标值(u
b
,v
b
)和在相机b的相机坐标系下的三维空间坐标(x
b
,y
b
,z
b
)；(3)根据下端塞与栅板的相对位置图像，确定mox燃料棒的下端塞的轴线在相机a的相机坐标系下的三维空间姿态角，所述三维空间姿态角包括下端塞的开槽方向的回转角α、侧偏角β、以及俯仰角γ；(4)根据相机a的相机坐标系o
a-x
a
y
a
z
a
相对于世界坐标系o
w-x
w
y
w
z
w
的旋转矩阵r
aw
和平移矩阵t
aw
，确定下端塞在世界坐标系中的空间位姿；(5)根据下端塞在世界坐标系中的空间位姿，确定下端塞与栅板的相对位姿信息。5.根据权利要求4所述的mox燃料棒束组装的方法，其特征在于，所述确定点p在相机a的图像坐标系o
1-x1y1下的投影p1的像素坐标值(u
a
,v
a
)的计算式为：
其中，f
xa
＝f
a
/d
xa
，f
ya
＝f
a
/d
ya
，f
a
为相机a的焦距，d
xa
和d
yb
分别为相机a的像元宽和像元高，u
0a
和v
0a
为相机a的像素坐标原点；所述确定点p在相机b的图像坐标系o
2-x2y2下的投影p2的像素坐标值(u
b
,v
b
)的计算式为：其中，f
xb
＝f
b
/d
xb
，f
yb
＝f
b
/d
yb
，f
b
为相机b的焦距，d
xa
和d
yb
分别为相机b的像元宽和像元高，u
0b
和v
0b
为相机b的像素坐标原点；所述确定点p相机b的相机坐标系下的三维空间坐标(x
b
,y
b
,z
b
)的计算式为：其中：r
ba
和t
ba
分别为相机b的相机坐标系相对于相机a的相机坐标系的旋转矩阵和平移矩阵；所述确定点p相机a的相机坐标系下的三维空间坐标(x
a
,y
a
,z
a
)的计算式为：其中，t
bax
、t
bay
、t
baz
分别为相机b坐标系相对于相机a坐标系中的平移矩阵r
ba
的分量。6.根据权利要求5所述的mox燃料棒束组装的方法，其特征在于，所述旋转矩阵r
ba
为：所述平移矩阵t
ba
为：
7.根据权利要求4所述的mox燃料棒束组装的方法，其特征在于，所述根据下端塞与栅板的相对位置图像，确定mox燃料棒的下端塞的轴线在相机a的相机坐标系下的三维空间姿态角，包括：以点p在相机a的相机坐标系o
a-x
a
y
a
z
a
中的坐标点为原点，以o
a
x
a
方向为x轴，以o
a
y
a
方向为y轴，建立笛卡尔坐标系o
′
a-x
′
a
y
′
a
z
′
a
，设θ为线段pq在坐标平面o
′
a-x
′
a
y
′
a
上的投影与坐标轴o
′
a-y
′
a
的夹角，设为线段pq在坐标平面o
′
a-y
′
a
z
′
a
上的投影与坐标轴o
′
a-z
′
a
的夹角，设下端塞的开槽的边缘中点到中心线的距离为d，设下端塞半径为r，计算得到所述回转角α为：α＝arcsin(d/r)所述侧偏角β为：所述俯仰角γ为：8.根据权利要求7所述的mox燃料棒束组装的方法，其特征在于，所述下端塞在世界坐标系中的空间位姿采用线段pq在世界坐标系下的三维位姿表示，所述线段pq在世界坐标系中的三维位姿满足以下关系式：其中，r
a
为线段pq在相机a的相机坐标系o
a-x
a
y
a
z
a
下的姿势矩阵，t
a
为线段pq在相机a的相机坐标系o
a-x
a
y
a
z
a
下的位置矩阵，r
w
为线段pq在世界坐标系下的姿态矩阵，t
w
为线段pq在世界坐标系下的位置矩阵，r
aw
和t
aw
分别为相机a的相机坐标系相对于世界坐标系的旋转矩阵和平移矩阵。9.根据权利要求7所述的mox燃料棒束组装的方法，其特征在于，所述根据mox燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位姿信息，将mox燃料棒的下端塞的位姿调整至与栅板的位姿一致，包括:将步骤s2中确定得到的mox燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位姿信息传输给工业机器人的控制系统，所述控制系统用于将所述相对位姿信息转换为工业机器人的执行部件的运动指令，并根据所述运动指令控制工业机器人的执行部件运动，以将mox燃料棒的下端塞的位姿与栅板的位姿达到一致，最终使mox燃料棒的下端塞插入到栅板中。10.一种mox燃料棒束组装的装置，其特征在于，数据采集模块、数据处理模块、以及工业机器人，所述工业机器人，用于控制mox燃料棒移动，以使mox燃料棒的下端塞接近组装工位上的栅板；所述数据采集模块，用于采集所述mox燃料棒的下端塞与所述栅板的相对位置图像；所述数据处理模块，与所述数据采集模块、所述工业机器人分别电连接，用于接收所述相对位置图像并对其进行图像识别处理，得到mox燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位姿信息，以及，将所述相对位姿信息传输给工业机器人，
所述工业机器人，还用于接收所述相对位姿信息并根据相对位姿信息控制mox燃料棒移动，以将mox燃料棒的下端塞的位姿调整至与栅板的位姿一致，最终使下端塞插入到栅板中。11.根据权利要求10所述的mox燃料棒束组装的装置，其特征在于，所述数据采集模块采用双目正交机器视觉系统，其包括相机a和相机b，所述相机a设于所述组装工位的上方，用于从下端塞与栅板的上方拍摄得到所述下端塞与栅板的相对位置图像；所述相机b设于所述栅板的水平方向，用于从下端塞与栅板的侧面拍摄得到所述下端塞与栅板的相对位置图像。
技术总结本发明公开一种MOX燃料棒束组装的方法及装置，包括：S1，获取MOX燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位姿信息；S2，根据MOX燃料棒的下端塞与栅板之间的相对位姿信息，将MOX燃料棒的下端塞的位姿调整至与栅板的位姿一致，以使下端塞插入到栅板中。本发明还公开一种MOX燃料棒束组装的装置。本发明可实现MOX燃料棒的自动组装，提高MOX燃料棒组装的安全性和组装效率。率。率。
技术研发人员：江保军 徐阵涛 魏定池 翟家海 薛海宁
受保护的技术使用者：中国核电工程有限公司
技术研发日：2022.04.06
技术公布日：2022/7/5
