CN110961583A - 采用激光扫描的钢包定位装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及程序控制机械手领域，具体为一种采用激光扫描的钢包定位装置及其使用方法。一种采用激光扫描的钢包定位装置，包括机器人(1)，其特征是：还包括激光扫描仪(2)和控制器(3)，激光扫描仪(2)设于机器人(1)的工作手臂上，激光扫描仪(2)的激光发射器正对钢包(4)的待定位区域，激光扫描仪(2)电荷耦合元件的电信号输出端通过信号线连接控制器(3)，控制器(3)的控制信号输出端通过信号线连接机器人(1)的工作手臂。一种采用激光扫描的钢包定位装置的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：①扫描；②计算；③校正。本发明环境适应性强，定位精度高，操作方便，安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及程序控制机械手领域，具体为一种采用激光扫描的钢包定位装置及其使用方法。
背景技术
随着机器人应用越来越广，在连铸生产现场也有越来越多的机器人承担起繁重的生产工作。在钢包回转台周围也会布置一些机器人，如在受包位，浇铸位等完成大包相关工作的机器人。
现代的连铸机为实现连续生产，大多采用回转台或横移台车等方式，但大包的移动导致每次大包的位置不尽相同，这会为机器人对大包的操作造成很多障碍，因为机器人无法再用固定位置的方式对机器人进行操作。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，提供一种环境适应性强、定位精度高、操作方便、安全可靠的机械操纵设备，本发明公开了一种采用激光扫描的钢包定位装置及其使用方法。
本发明通过如下技术方案达到发明目的：
一种采用激光扫描的钢包定位装置，包括机器人，其特征是：还包括激光扫描仪和控制器，激光扫描仪设于机器人的工作手臂上，激光扫描仪的激光发射器正对钢包的待定位区域，激光扫描仪电荷耦合元件的电信号输出端通过信号线连接控制器，控制器的控制信号输出端通过信号线连接机器人的工作手臂。
所述的采用激光扫描的钢包定位装置，其特征是：激光扫描仪的数量为1～3个，激光扫描仪的激光发射器距离钢包的待定位区域0.5m～1m，控制器选用工控机或可编程控制器。
所述的采用激光扫描的钢包定位装置的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：
① 扫描：使激光扫描仪的激光发射器正对钢包的待定位区域并发射扫描激光束，使机器人的工作手臂带动激光扫描仪移动，以使激光扫描仪的激光发射器从钢包待定位区域的一侧逐步扫描至另一侧，直至将钢包待定位区域全部扫描完毕，在扫描过程中，激光扫描仪的电荷耦合元件同步将接收到的反射光信号转换成电信号并输入控制器；
② 计算：控制器接收到电信号后，形成钢包待定位区域的三维图像，同时计算出钢包待定位区域中待定位点的位置参数；
③ 校正：控制器根据钢包待定位区域中待定位点的位置参数，向机器人的工作手臂输出控制指令，控制或校正机器人的工作手臂移动至正确位置，从而实现手眼协调。
所述的采用激光扫描的钢包定位装置的使用方法，其特征是：
步骤①时，选用激光三角法或是飞行测量法实施扫描；
激光扫描仪的扫描速度v按如下所述确定：
设：激光扫描仪的扫描频率、检测范围和精度要求分别为H、R和a，则激光扫描仪的扫描耗时T=
，其中μ是[5,15]区间内的常数，v=
=μaH；
步骤②时，控制器计算出的钢包待定位区域中待定位点的位置参数选用笛卡尔坐标系中的空间坐标。
本发明考虑到钢包现场环境恶劣，空间有限，难以增加光源，故采用激光扫描的方法定位钢包及其周边设备。激光扫描是利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据，从而重建钢包及附属设备的位置，以完成引导机器人及其相关设备操作的功能。
本发明可用于检测钢包下水口、油缸位置、能介接头、物料存放架等设备的位置，从而完成钢包区域机器人及其相关设备操作的功能，使机器人手眼协调地配合工作。
本发明的有益效果是：环境适应性强，定位精度高，操作方便，安全可靠。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明使用时激光三角法的原理图。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本发明。
实施例1
一种采用激光扫描的钢包定位装置，包括机器人1、激光扫描仪2和控制器3，如图1所示，具体结构是：激光扫描仪2设于机器人1的工作手臂上，激光扫描仪2的激光发射器正对钢包4的待定位区域，激光扫描仪2电荷耦合元件的电信号输出端通过信号线连接控制器3，控制器3的控制信号输出端通过信号线连接机器人1的工作手臂。
根据具体工作环境，激光扫描仪2的数量为1～3个，激光扫描仪2的激光发射器距离钢包4的待定位区域0.5m～1m，控制器3选用工控机或可编程控制器。
本实施例使用时：按如下步骤依次实施：
① 扫描：选用激光三角法或是飞行测量法实施扫描，使激光扫描仪2的激光发射器正对钢包4的待定位区域并发射扫描激光束，使机器人1的工作手臂带动激光扫描仪2移动，以使激光扫描仪2的激光发射器从钢包4待定位区域的一侧逐步扫描至另一侧，直至将钢包4待定位区域全部扫描完毕，
激光扫描仪2的扫描速度v按如下所述确定：
设：激光扫描仪2的扫描频率、检测范围和精度要求分别为H、R和a，则激光扫描仪2的扫描耗时T=
，其中μ是[5,15]区间内的常数，本实施例取10，v=
=μaH，
在扫描过程中，激光扫描仪2的电荷耦合元件同步将接收到的反射光信号转换成电信号并输入控制器3；
② 计算：控制器3接收到电信号后，形成钢包4待定位区域的三维图像，同时计算出钢包4待定位区域中待定位点的位置参数，所述的位置参数选用笛卡尔坐标系中的空间坐标；
③ 校正：控制器3根据钢包4待定位区域中待定位点的位置参数，向机器人1的工作手臂输出控制指令，控制或校正机器人1的工作手臂移动至正确位置，从而实现手眼协调。
本实施例考虑到钢包现场环境恶劣，空间有限，难以增加光源，故采用激光扫描的方法定位钢包及其周边设备。激光扫描的工作原理如图2所示：是利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据，从而重建钢包及附属设备的位置，以完成引导机器人及其相关设备操作的功能。具体地说，激光扫描是根据激光三角法实现的，如图2所示：激光扫描仪2包括激光发射器21、聚焦透镜22和CCD成像屏幕23，激光发射器21发射的激光，在照射到被测物体5的各个的定位点如图2中的点A和点B后反射，反射光经聚焦透镜22会聚后成像在CCD成像屏幕23上，根据光学成像路径，不同距离的定位点成像在CCD成像屏幕23上的不同位置，点A成像于CCD成像屏幕23的点A'，点B成像于CCD成像屏幕23的点B'，点O是聚焦透镜22的中心点，点N是激光发射器21的发射端，点N'是聚焦透镜22的主光轴在CCD成像屏幕23上的正投影，设AN即被测物体5的点A距激光发射器21的距离为z，NN'即激光发射器21和聚焦透镜22这两者主光轴之间的距离为b，A'N'即点A的成像点和聚焦透镜22的主光轴之间的距离为x，根据光学成像原理及相似三角形的对应边关系，有z=bf/x，b和f为激光扫描仪2的固有参数，x可通过读取CCD成像屏幕23的像素得出，从而可计算出z，进而计算出被测物体5上各个定位点的距离。
Claims (4)
1.一种采用激光扫描的钢包定位装置，包括机器人(1)，其特征是：还包括激光扫描仪(2)和控制器(3)，激光扫描仪(2)设于机器人(1)的工作手臂上，激光扫描仪(2)的激光发射器正对钢包(4)的待定位区域，激光扫描仪(2)电荷耦合元件的电信号输出端通过信号线连接控制器(3)，控制器(3)的控制信号输出端通过信号线连接机器人(1)的工作手臂。
2.如权利要求1所述的采用激光扫描的钢包定位装置，其特征是：激光扫描仪(2)的数量为1～3个，激光扫描仪(2)的激光发射器距离钢包(4)的待定位区域0.5m～1m，控制器(3)选用工控机或可编程控制器。
3.如权利要求1或2所述的采用激光扫描的钢包定位装置的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：
① 扫描：使激光扫描仪(2)的激光发射器正对钢包(4)的待定位区域并发射扫描激光束，使机器人(1)的工作手臂带动激光扫描仪(2)移动，以使激光扫描仪(2)的激光发射器从钢包(4)待定位区域的一侧逐步扫描至另一侧，直至将钢包(4)待定位区域全部扫描完毕，在扫描过程中，激光扫描仪(2)的电荷耦合元件同步将接收到的反射光信号转换成电信号并输入控制器(3)；
② 计算：控制器(3)接收到电信号后，形成钢包(4)待定位区域的三维图像，同时计算出钢包(4)待定位区域中待定位点的位置参数；
③ 校正：控制器(3)根据钢包(4)待定位区域中待定位点的位置参数，向机器人(1)的工作手臂输出控制指令，控制或校正机器人(1)的工作手臂移动至正确位置，从而实现手眼协调。
4.如权利要求3所述的采用激光扫描的钢包定位装置的使用方法，其特征是：
步骤①时，选用激光三角法或是飞行测量法实施扫描；
激光扫描仪(2)的扫描速度v按如下所述确定：
设：激光扫描仪(2)的扫描频率、检测范围和精度要求分别为H、R和a，则激光扫描仪(2)的扫描耗时T=
，其中μ是[5,15]区间内的常数，v=
=μaH；
步骤②时，控制器(3)计算出的钢包(4)待定位区域中待定位点的位置参数选用笛卡尔坐标系中的空间坐标。
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