CN105965501A - 一种扇形段更换机械手自动定位装置及自动定位控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种扇形段更换机械手自动定位装置，包括M个光电管、大车、悬臂、挂钩、第一导轨、控制器；大车上设有大车定位插销，大车定位插销由大车定位插销油缸控制；大车下方设有第二导轨，第二导轨上设有大车定位插销定位孔；悬臂通过支撑臂油缸实现角度变化；悬臂下端设有支撑臂定位插销，支撑臂定位插销由支撑臂定位插销油缸控制；挂钩由挂钩油缸控制，挂钩通过钢绳与卷扬机连接；第一导轨上设有支撑臂定位插销定位孔、停止开关；控制器分别与M个光电管、大车定位插销油缸、支撑臂油缸、挂钩油缸连接。本发明还提供一种扇形段更换机械手自动定位方法。该装置和方法实现了扇形段更换机械手的全自动定位。

Description

一种扇形段更换机械手自动定位装置及自动定位控制方法
技术领域
本发明涉及一种扇形段更换机械手自动定位装置及自动定位控制方法，用于连铸机扇形段使用过程中的精确定位。
背景技术
扇形段是连铸机的核心设备，其安装精度对铸坯质量有着决定性影响。目前，国内外均利用扇形段更换机械手对扇形段进行更换，但在更换过程中均需要人进行手动控制，对操作人员水平要求高，操作不当极易对更换机械手本体结构和铸机基座造成损坏，给铸坯生产带来无法弥补的损失；而且由于视线遮挡，在扇形段更换过程中需要多次爬上高空平台进行手动插销定位，给扇形段更换的安全性带来极大隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种扇形段更换机械手自动定位装置及自动定位控制方法，该装置和方法实现了扇形段更换机械手的全自动定位，提高了扇形段更换机械手定位精度，降低了扇形段更换时间，避免了人工操作过程中安全事故的发生，提升了铸坯质量。
本发明所采用的技术方案是：
一种扇形段更换机械手自动定位装置，包括M个光电管、带行走机构的大车、与大车铰接的悬臂、位于悬臂一侧的挂钩、位于扇形段上方的第一导轨、第一位移传感器、第一压力传感器、第二位移传感器、第二压力传感器、控制器；
M个光电管中，1—M-1光电管为直线扇形段光电管，M光电管为弧线扇形段光电管，1—M-1光电管分别对应直线扇形段中的一段；
所述大车上设有大车定位插销，大车定位插销由大车定位插销油缸控制；大车下方设有第二导轨，第二导轨上设有与大车定位插销相适配的大车定位插销定位孔；
所述悬臂通过支撑臂油缸实现角度变化，支撑臂油缸的一端与悬臂连接，支撑臂油缸的另一端与大车连接；悬臂下端设有支撑臂定位插销，支撑臂定位插销由支撑臂定位插销油缸控制；
所述挂钩由挂钩油缸控制；且挂钩与钢绳的一端连接，钢绳的另一端与卷扬机连接；
所述第一导轨上设有与支撑臂定位插销对应的支撑臂定位插销定位孔，第一导轨的下端设有停止开关；
所述第一位移传感器用于采集大车定位插销油缸活塞位移；
所述第一压力传感器用于采集大车定位插销定位孔压力；
所述第二位移传感器用于采集支撑臂定位插销位移；
所述第二压力传感器用于采集支撑臂定位插销定位孔内压力；
所述控制器分别与光电管、大车定位插销油缸、支撑臂油缸、挂钩油缸、第一位移传感器、第一压力传感器、第二位移传感器、第二压力传感器连接。
更进一步的方案是，所述第一导轨的上端设有接近开关。
本发明中：
大车定位插销：用于大车定位，能有效防止扇形段更换过程中大车位置偏移；
行走机构：包括行走电机，用于大车前后行走；
光电管：在大车两旁分别设计M个光电管，其编号分别为1、2、3、4、……M，其中1-6号光电管主要用来对直线扇形段进行定位，7号光电管主要用来对弧线扇形段进行定位；
支撑臂定位插销：用于悬臂与导轨定位。
本发明还提供一种扇形段更换机械手自动定位方法，包括如下步骤：
1)、将扇形段进行分段编号，其中，1—x为弧线扇形段编号，x+1—X为直线扇形段编号；
2)、组装扇形段更换机械手自动定位装置；
3)、当其中一段扇形段需要更换时，大车定位插销油缸使大车定位插销向上移动，解除大车的锁定；此时，大车定位插销定位孔压力为0，且大车定位插销油缸活塞位移为0；
4)、当需要更换的扇形段N为弧线扇形段时，即N<x+1,大车通过行走机构移动到M光电管处停止；当需要更换的扇形段N为直线扇形段时，即N>x,大车通过行走机构移动到X-N+1光电管处；大车定位插销油缸使大车定位插销向下移动，将大车锁定；
5)、当大车移动到M光电管处定位后，支撑臂油缸使悬臂转动一定角度至第N段弧线扇形段处，支撑臂定位插销油缸使支撑臂定位插销插入第一导轨上的支撑臂定位插销定位孔中，进行悬臂定位；当大车移动到X-N+1光电管处定位后，支撑臂定位插销油缸使支撑臂定位插销插入第一导轨上的支撑臂定位插销定位孔中，进行悬臂定位；
6)、卷扬机下放钢绳，使钢绳下端的挂钩移动；当挂钩到达停止开关时，卷扬机停止下放钢绳；挂钩油缸使挂钩与需要更换的扇形段N的吊耳相连，扇形段更换机械手自动定位完成。
更进一步的方案是，步骤4)中，当大车定位插销定位孔压力＞0.1MPa，且大车定位插销油缸活塞位移＞30mm，大车定位成功。
更进一步的方案是，步骤5)中，当支撑臂定位插销位移＞20mm，支撑臂定位插销定位孔压力＞0.1MPa，悬臂定位成功。
更进一步的方案是，步骤5)中，当大车移动到M光电管处定位后，支撑臂油缸使悬臂转动一定角度至第N段弧线扇形段处，支撑臂定位插销油缸使支撑臂定位插销插入第一导轨上的支撑臂定位插销定位孔中，进行悬臂定位的方法依据Xn支撑臂油缸行程控制原则实现，具体为：Xn＝La×cos[N×90°/(x+1)]；其中La为支撑臂油缸安装点与卷扬机的距离，N为需要更换的扇形段的编号，x为弧线扇形段编号；Xn为支撑臂油缸行程。
更进一步的方案是，步骤6)中，卷扬机下放钢绳的初始速度为V，当挂钩到达接近开关时，卷扬机下放钢绳的速度降低为V/2，所述V一般为1-2m/min。
本发明中，M为自然数，且M>1；x为自然数，且x>1；X为自然数，且X>x；N为自然数，且N>1。
本发明的有益效果在于：
实现了扇形段更换机械手的全自动定位，提高了扇形段更换机械手定位精度，降低了扇形段更换时间，避免了人工操作过程中安全事故的发生，提升了铸坯质量；
建立了多组光电管，实现了扇形段更换机械手大车的精确定位；
采用压力传感器和位移传感器作为支撑臂定位插销、大车定位插销定位的双信号判断，避免了假定位或定位不稳的情况发生；
建立了Xn支撑臂油缸行程控制原则，实现了不同角度扇形段更换过程中机械手的精确定位。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是扇形段更换机械手自动定位装置的结构示意图；
图2-图4是扇形段更换机械手自动定位的流程图。
其中，1、大车，2、光电管，3、悬臂，4、挂钩，5、钢绳，6、第一导轨，7、卷扬机，8、支撑臂定位插销，9、大车定位插销定位孔，10、第二导轨，11、支撑臂油缸，12、弧线扇形段，13、直线扇形段,14、大车定位插销。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1，一种扇形段更换机械手自动定位装置，包括分别位于大车1两旁的M个光电管2、带行走机构的大车1、与大车1铰接的悬臂3、位于悬臂3一侧的挂钩4、位于扇形段上方的第一导轨6、第一位移传感器、第一压力传感器、第二位移传感器、第二压力传感器、控制器；
M个光电管中，1—M-1光电管2为直线扇形段光电管，M光电管2为弧线扇形段光电管，1—M-1光电管2分别对应直线扇形段中的一段；
大车1上设有大车定位插销14，大车定位插销14由大车定位插销油缸控制；大车1下方设有第二导轨10，第二导轨10上设有与大车定位插销相14适配的大车定位插销定位孔9；
悬臂3通过支撑臂油缸11实现角度变化，支撑臂油缸11的一端与悬臂3连接，支撑臂油缸11的另一端与大车1连接；悬臂3下端设有支撑臂定位插销8，支撑臂定位插销8由支撑臂定位插销油缸控制；
挂钩4由挂钩油缸控制；且挂钩4与钢绳5的一端连接，钢绳5的另一端与卷扬机7连接；
第一导轨6上设有与支撑臂定位插销8对应的支撑臂定位插销定位孔，第一导轨6的上端设有接近开关，第一导轨6的下端设有停止开关；
第一位移传感器用于采集大车定位插销油缸活塞位移；
第一压力传感器用于采集大车定位插销定位孔9压力；
第二位移传感器用于采集支撑臂定位插销8位移；
第二压力传感器用于采集支撑臂定位插销定位孔内压力；
所述控制器分别与光电管2、大车定位插销油缸、支撑臂油缸11、挂钩油缸、第一位移传感器、第一压力传感器、第二位移传感器、第二压力传感器连接。
参见图1-图4，以14段扇形段为例，其中弧线扇形段有8段，分别编号为：1、2、3、4、5、6、7、8，直线扇形段有6段，分别编号为：9、10、11、12、13、14。
一种扇形段更换机械手自动定位方法，包括如下步骤：
1)、将扇形段进行分段编号，其中，1—8为弧线扇形段12编号，9—14为直线扇形段13编号；
2)、组装扇形段更换机械手自动定位装置，比如在大车1两旁分别设置7个光电管2，其编号分别为1、2、3、4、5、6、7，其中1-6号光电管2主要用来对直线扇形段(14-9段)进行定位，7号光电管2主要用来对弧线扇形段(1-8段)进行定位；
3)、当其中一段扇形段需要更换时，比如第5段，向控制器输入需要更换的扇形段段号5(扇形段共有14段，其编号为1-14；需要更换扇形段5，就输入数字“5”)；延时3S后，控制器给大车定位插销油缸发出“收缩”信号，大车定位插销油缸使大车定位插销14向上移动，解除大车1的锁定；此时，大车定位插销定位孔9压力为0，且大车定位插销油缸活塞位移为0；
4)、当需要更换的扇形段N为弧线扇形段时，即N<9,大车1通过行走机构移动到7号光电管2处停止；当需要更换的扇形段N为直线扇形段时，即N>8,大车1通过行走机构移动到14-N+1号光电管处；比如需要更换扇形段12时，大车1通过行走机构移动到3号光电管2处；延时3s后，控制器给大车定位插销油缸发出“伸出”信号，大车定位插销油缸使大车定位插销14向下移动，将大车锁定；此时，当大车定位插销定位孔9压力＞0.1MPa，且大车定位插销油缸活塞位移＞30mm，大车1定位成功；
5)、当大车移动到7号光电管2处定位后，延时3s，控制器给支撑臂油缸发出“伸出”信号，支撑臂油缸11使悬臂3转动一定角度至第N段弧线扇形段处，此时的N<9(比如需要更换的扇形段为3，支撑臂油缸11使悬臂3转动一定角度至第3段弧线扇形段处)，控制器给支撑臂定位插销油缸发出“伸出”信号，支撑臂定位插销油缸使支撑臂定位插销8插入第一导轨6上的支撑臂定位插销定位孔中，进行悬臂3定位；当大车移动到X-N+1号光电管2处定位后，此时的N>8(比如需要更换的扇形段为11，支撑臂油缸11使悬臂3转动一定角度至第4段弧线扇形段处)，延时3s，控制器给支撑臂定位插销油缸发出“伸出”信号，支撑臂定位插销油缸使支撑臂定位插销8插入第一导轨上的支撑臂定位插销定位孔中，进行悬臂定位；此时，当支撑臂定位插销8位移＞20mm，支撑臂定位插销定位孔压力＞0.1MPa，悬臂3定位成功；
6)、卷扬机7下放钢绳5，使钢绳5下端的挂钩4移动，初始速度为V(V一般为1-2m/min)；当挂钩4到达接近开关时，卷扬机7下放钢绳5的速度降低为V/2；当挂钩4到达停止开关时，卷扬机7停止下放钢绳；控制器给挂钩油缸一个“挂钩”信号，挂钩油缸使挂钩4与需要更换的扇形段N的吊耳相连(比如需要更换的扇形段为12，挂钩油缸使挂钩4与需要更换的第12段扇形段的吊耳相连)，扇形段更换机械手自动定位完成。
本实施例中，步骤5)中，当大车移动到M光电管处定位后，支撑臂油缸使悬臂转动一定角度至第N段弧线扇形段处，支撑臂定位插销油缸使支撑臂定位插销插入第一导轨上的支撑臂定位插销定位孔中，进行悬臂定位的方法依据Xn支撑臂油缸行程控制原则实现，具体为：Xn＝La×cos[N×90°/(x+1)]；其中La为支撑臂油缸11安装点与卷扬机7的距离，N为需要更换的扇形段的编号，x为弧线扇形段编号；Xn为支撑臂油缸行程。当La＝1070mm时，需要更换的扇形段N与Xn值的关系如下表1所示。
表1为Xn支撑臂油缸行程控制原则中需要更换的扇形段N与支撑臂油缸行程Xn值的关系。
表1
序号 输入扇形段编号 Xn值(mm)
1 1 1050
2 2 951
3 3 865
4 4 775
5 5 685
6 6 600
7 7 530
8 8 485
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种扇形段更换机械手自动定位装置，其特征在于:包括M个光电管、带行走机构的大车、与大车铰接的悬臂、位于悬臂一侧的挂钩、位于扇形段上方的第一导轨、第一位移传感器、第一压力传感器、第二位移传感器、第二压力传感器、控制器；
M个光电管中，1—M-1光电管为直线扇形段光电管，M光电管为弧线扇形段光电管，1—M-1光电管分别对应直线扇形段中的一段；
所述大车上设有大车定位插销，大车定位插销由大车定位插销油缸控制；大车下方设有第二导轨，第二导轨上设有与大车定位插销相适配的大车定位插销定位孔；
所述悬臂通过支撑臂油缸实现角度变化，支撑臂油缸的一端与悬臂连接，支撑臂油缸的另一端与大车连接；悬臂下端设有支撑臂定位插销，支撑臂定位插销由支撑臂定位插销油缸控制；
所述挂钩由挂钩油缸控制；且挂钩通过钢绳与卷扬机连接；
所述第一导轨上设有与支撑臂定位插销对应的支撑臂定位插销定位孔，第一导轨的下端设有停止开关；
所述第一位移传感器用于采集大车定位插销油缸活塞位移；
所述第一压力传感器用于采集大车定位插销定位孔压力；
所述第二位移传感器用于采集支撑臂定位插销位移；
所述第二压力传感器用于采集支撑臂定位插销定位孔内压力；
所述控制器分别与光电管、大车定位插销油缸、支撑臂油缸、挂钩油缸、第一位移传感器、第一压力传感器、第二位移传感器、第二压力传感器连接。
2.根据权利要求1所述的扇形段更换机械手自动定位装置，其特征在于：所述第一导轨的上端设有接近开关。
3.一种扇形段更换机械手自动定位方法，其特征在于包括如下步骤：
1)、将扇形段进行分段编号，其中，1—x为弧线扇形段编号，x+1—X为直线扇形段编号；
2)、组装扇形段更换机械手自动定位装置；
3)、当其中一段扇形段需要更换时，大车定位插销油缸使大车定位插销向上移动，解除大车的锁定；此时，大车定位插销定位孔压力为0，且大车定位插销油缸活塞位移为0；
4)、当需要更换的扇形段N为弧线扇形段时，即N<x+1,大车通过行走机构移动到M光电管处停止；当需要更换的扇形段N为直线扇形段时，即N>x,大车通过行走机构移动到X-N+1光电管处；大车定位插销油缸使大车定位插销向下移动，将大车锁定；
5)、当大车移动到M光电管处定位后，支撑臂油缸使悬臂转动一定角度至第N段弧线扇形段处，支撑臂定位插销油缸使支撑臂定位插销插入第一导轨上的支撑臂定位插销定位孔中，进行悬臂定位；当大车移动到X-N+1光电管处定位后，支撑臂定位插销油缸使支撑臂定位插销插入第一导轨上的支撑臂定位插销定位孔中，进行悬臂定位；
6)、卷扬机下放钢绳，使钢绳下端的挂钩移动；当挂钩到达停止开关时，卷扬机停止下放钢绳；挂钩油缸使挂钩与需要更换的扇形段N的吊耳相连，扇形段更换机械手自动定位完成。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：将大车锁定；步骤4)中，当大车定位插销定位孔压力＞0.1MPa，且大车定位插销油缸活塞位移＞30mm，大车定位成功。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：将大车锁定；步骤5)中，当支撑臂定位插销位移＞20mm，支撑臂定位插销定位孔压力＞0.1MPa，悬臂定位成功。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤5)中，当大车移动到M光电管处定位后，支撑臂油缸使悬臂转动一定角度至第N段弧线扇形段处，支撑臂定位插销油缸使支撑臂定位插销插入第一导轨上的支撑臂定位插销定位孔中，进行悬臂定位的方法方法依据Xn支撑臂油缸行程控制原则实现，具体为：Xn＝La×cos[N×90°/(x+1)]；其中La为支撑臂油缸安装点与卷扬机的距离，N为需要更换的扇形段的编号，x为弧线扇形段编号；Xn为支撑臂油缸行程。
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