CN111006790A - 一种机器人电炉测温取样作业方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人电炉测温取样作业方法及系统，方法包括：获取电炉炉门相对于机器人基坐标系的位置；根据所述位置，计算机器人在电炉炉门前的悬停位，并控制机器人带动测温取样枪由待机位运动至所述悬停位；控制机器人末端探头运动至电炉内部的测温点，并开启测温取样枪进行温度测量；待测量完毕后，控制机器人运动至探头更换位，完成更换探头；待更换探头后，控制机器人运动至待机位，等待下一次测温取样指令；本发明可以自动识别炉门口位置，并控制机器人自动进行温度测量，在测量完毕后，自动更换探头，在确保了测量准确的前提下，使电炉测温取样作业更加安全可靠，本发明对现场布局要求不高，基建成本低，自动化程度高。

Description

一种机器人电炉测温取样作业方法及系统

技术领域

本发明涉及冶金领域，尤其涉及一种机器人电炉测温取样作业方法及系统。

背景技术

电炉炼钢是利用电弧热熔化废钢、加热钢水，再加入造渣剂、合金，从而控制钢水中的碳含量，消除P、S等有害元素，保留或者增加Mn、Cr等有益元素，获得钢材良好的性能。因此在炼钢过程中，会对钢水进行成分或者温度的检测，以达到炼钢要求。

目前，现有的电炉炼钢过程中，主要是由人工完成测温取样过程，其测温枪插入的位置和深度很难每次都达到规定要求，影响了测温取样的准确性；同时现场环境恶劣，劳动强度大，危险性高，因此，需要一种新的测温取样的作业方法，以完成测温取样作业。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种机器人电炉测温取样作业方法及系统，以解决上述技术问题。

本发明提供的机器人电炉测温取样作业方法，包括：

获取电炉炉门相对于机器人基坐标系的位置；

根据所述位置，计算机器人在电炉炉门前的悬停位，并控制机器人带动测温取样枪由待机位运动至所述悬停位；

控制机器人末端探头运动至电炉内部的测温点，并开启测温取样枪进行温度测量；

待测量完毕后，控制机器人运动至探头更换位，完成更换探头；

待更换探头后，控制机器人运动至待机位，等待下一次测温取样指令。

可选的，预先建立神经网络模型，并对其进行训练；

获取现场图像信息，并输入至训练后的神经网络模型，对电炉炉门进行识别，获取识别结果；

根据所述识别结果获取电炉炉门相对于机器人基坐标系的位置以及悬停位。

可选的，在进行温度测量时，具体包括：

根据控制指令开启测温取样枪中的压缩空气，对枪杆进行冷却，同时，控制机器人末端探头运动至测温点，按预设的时间阈值进行保持并测量，达到时间阈值后控制机器人末端探头退至悬停位，并关闭压缩空气。

可选的，采集路径参数，根据所述路径参数对机器人进行路径规划，所述路径参数包括机器人运动参数和现场环境参数。

可选的，预先设置至少一个避障点，所述避障点设置于待机位至悬停位之间，以及悬停位至探头更换位之间。

可选的，预先在悬停位至探头更换位之间设置于用于调整机器人在悬停位姿态的第一避障点和用于使机器人探头平稳运至探头更换位的第二避障点。

本发明还提供一种机器人电炉测温取样作业系统，包括：

机器视觉模块，用于获取炉口图像；

位置处理模块，用于根据所述炉口图像获取电炉炉门相对于机器人基坐标系的位置，根据所述位置，计算机器人在电炉炉门前的悬停位；

控制模块，用于控制机器人带动测温取样枪由待机位运动至所述悬停位；

温度测量模块，包括机器人末端探头，用于进行温度测量；

探头更换模块，用于进行探头更换；

所述控制模块控制机器人末端探头运动至电炉内部的测温点，并开启测温取样枪进行温度测量；待测量完毕后，控制机器人运动至探头更换位，完成更换探头；待更换探头后，控制机器人运动至待机位，等待下一次测温取样指令。

可选的，还包括

冷却模块，用于冷却枪杆；

监控模块，用于实时监控机器人的工位状态；

紧急制动模块，用于控制机器人移动至安全位置。

本发明还提供一种设备，包括：

一个或多个处理器；和其上存储有指令的一个或多个机器可读介质，当所述一个或多个处理器执行时，使得所述设备执行如上述中一个或多个所述的方法。

本发明还提供一个或多个机器可读介质，其上存储有指令，当由一个或多个处理器执行时，使得设备执行如上述中一个或多个所述的方法。

本发明的有益效果：本发明中的机器人电炉测温取样作业方法及系统，可以自动识别炉门口位置，并控制机器人自动进行温度测量，在测量完毕后，自动更换探头，在确保了测量准确的前提下，使电炉测温取样作业更加安全可靠，本发明对现场布局要求不高，基建成本低；另外，本发明操作工只需在控制室操作按钮，就可实现电炉测温取样作业，自动化程度高。

附图说明

图1是本发明实施例中机器人电炉测温取样作业方法的流程示意图。

图2为本发明一实施例提供的终端设备的硬件结构示意图。

图3为本发明另一实施例提供的终端设备的硬件结构示意图。

元件标号说明

1100 输入设备

1101 第一处理器

1102 输出设备

1103 第一存储器

1104 通信总线

1200 处理组件

1201 第二处理器

1202 第二存储器

1203 通信组件

1204 电源组件

1205 多媒体组件

1206 语音组件

1207 输入/输出接口

1208 传感器组件

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

在下文描述中，探讨了大量细节，以提供对本发明实施例的更透彻的解释，然而，对本领域技术人员来说，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例是显而易见的，在其他实施例中，以方框图的形式而不是以细节的形式来示出公知的结构和设备，以避免使本发明的实施例难以理解。

本实施例中的机器人电炉测温取样作业方法，包括：

获取电炉炉门相对于机器人基坐标系的位置；

根据所述位置，计算机器人在电炉炉门前的悬停位，并控制机器人带动测温取样枪由待机位运动至所述悬停位；

控制机器人末端探头运动至电炉内部的测温点，并开启测温取样枪进行温度测量；

待测量完毕后，控制机器人运动至探头更换位，完成更换探头；

待更换探头后，控制机器人运动至待机位，等待下一次测温取样指令。

如图1所示，在本实施中，针对电炉炼钢过程中钢水温度、成分的测量，机器人电炉测温取样作业方法具体包括：

S1：通过视觉系统获取电炉炉门口相对于机器人基坐标系的位置；

S2：根据视觉系统计算的位置，机器人由待机位运动至炉门前的悬停位；

S3：开启测温取样枪中压缩空气，机器人末端探头快速运动至电炉内部的测温点，探头保持5秒，读取钢液的温度，机器人再快速运动至悬停位，关闭压缩空气；

S4：机器人运动至探头更换位，自动完成更换探头；

S5：探头更换完成后，机器人运动至待机位，等待下一次测温取样指令。

在本实施例中，步骤S1中可以预先拍照获取现场生产过程中炉门的图像，人工对图像中炉门的轮廓、积渣做标记分类；将标记分类的图像用于训练卷积神经网络，获取神经网络的参数，得到图像识别分类的模型。机器人安装好测温枪以及探头后，首先标定工具坐标系，得到探头末端相对于机器人基坐标系的坐标值；然后运动机器人，用探头末端接触炉门口三点，获取此三点相对于机器人基坐标系的坐标值，同时用相机获取此三点的坐标值，然后计算出相机坐标系相对于机器人基坐标系的转换关系。待发出测温取样指令后，相机获取炉门图像，然后通过训练好的神经网络模型对图像进行处理，首先判断炉门口积渣是否严重，空间能否插入测温取样枪。然后计算出此状况下炉门悬停位相对于机器人基坐标系的位置。

在本实施例中，采集路径参数，根据所述路径参数对机器人进行路径规划，所述路径参数包括机器人运动参数和现场环境参数，机器人运动参数包括机器人的运动空间等参数，现场环境参数包括现场已有设备布局、现场工人安全操作区域等参数。在步骤S2中，从待机位到上述计算出来的悬停位，不能直接点对点运动，需要根据现场已有设备的布局、机器人的运动空间、现场工人安全操作区域，对机器人做路径规划，在待机位至悬停位之间设置3～5 个避障点，使机器人安全、平稳、无碰撞的由待机位运动至悬停位。

在本实施例中，机器人避障点的设置，首先调整机器人的姿态，使机器人在运动的过程中扫过的面积较小，使得机器人运动时对工人的干涉较小。然后机器人从一个点快速直线运动到另一个点，直线运动时，机器人的路径可控；最后再调整机器人姿态，使机器人在悬停位能够快速直线运动至电炉内的测温点再快速出来。

在本实施例中，机器人运动到悬停位后，开启测温取样枪中的压缩空气，开始冷却枪杆，防止枪杆进入电炉后被烧毁；机器人末端探头快速直线运动至测温点，停留5秒，读取钢液的温度；然后机器人再快速回退至悬停位，关闭压缩空气。整个测温取样过程可以通过设置时间阈值完成，例如停留时间选为5秒，整个测量时间可以定义为20秒，测量必须在20秒内完成，以防烧坏枪杆。

在本实施例中，根据现场已有设备位置、机器人的运动空间、现场工人安全操作区域，对机器人做路径规划，在悬停位至探头更换位之间设置2个避障点，第1个避障点主要用于调整机器人在悬停位的姿态，第2个避障点用于安全、平稳运动至探头更换位，最后机器人再调整姿态运动至探头更换位，和存放探头的箱体共同完成自动更换探头。

在本实施例中，探头更换完成后，机器人运动至待机位，等待操作工发出下一次测温取样指令。待机位，要尽量减少机器人受热辐射面积，尤其是机器人电机不得直接面对电炉；待机位机器人受力适宜，控制机器人不能处于极端位置；机器人在待机位，不能遮挡相机视线。

相应的，本实施例还提供一种机器人电炉测温取样作业系统，包括：

机器视觉模块，用于获取电炉炉门相对于机器人基坐标系的位置；

位置处理模块，用于根据所述位置，计算机器人在电炉炉门前的悬停位，

控制模块，用于控制机器人带动测温取样枪由待机位运动至所述悬停位；

温度测量模块，包括机器人末端探头，用于进行温度测量；

探头更换模块，用于进行探头更换；

控制模块控制机器人末端探头运动至电炉内部的测温点，并开启测温取样枪进行温度测量；待测量完毕后，控制机器人运动至探头更换位，完成更换探头；待更换探头后，控制机器人运动至待机位，等待下一次测温取样指令。

在本实施例中，还包括：

冷却模块，用于冷却枪杆；

监控模块，用于实时监控机器人的工位状态；

紧急制动模块，用于控制机器人移动至安全位置。

在本实施例中，在电炉炼钢控制室可以通过监控模块的操作界面上实时显示机器人所处的状态，操作工在控制室就可完成整个测温取样过程；当遇到紧急情况，可以通过紧急制动模块，使机器人无论运动在哪个位置，机器人都能快速运动至安全位置，然后停机。

本申请实施例还提供了一种设备，该设备可以包括：一个或多个处理器；和其上存储有指令的一个或多个机器可读介质，当由所述一个或多个处理器执行时，使得所述设备执行图 1所述的方法。在实际应用中，该设备可以作为终端设备，也可以作为服务器，终端设备的例子可以包括：智能手机、平板电脑、电子书阅读器、MP3(动态影像专家压缩标准语音层面 3，Moving Picture Experts Group Audio Layer III)播放器、MP4(动态影像专家压缩标准语音层面 4，Moving Picture Experts Group Audio Layer IV)播放器、膝上型便携计算机、车载电脑、台式计算机、机顶盒、智能电视机、可穿戴设备等等，本申请实施例对于具体的设备不加以限制。

本申请实施例还提供了一种非易失性可读存储介质，该存储介质中存储有一个或多个模块(programs)，该一个或多个模块被应用在设备时，可以使得该设备执行本申请实施例的图 1中数据处理方法所包含步骤的指令(instructions)。

图2为本申请一实施例提供的终端设备的硬件结构示意图。如图所示，该终端设备可以包括：输入设备1100、第一处理器1101、输出设备1102、第一存储器1103和至少一个通信总线1104。通信总线1104用于实现元件之间的通信连接。第一存储器1103可能包含高速RAM 存储器，也可能还包括非易失性存储NVM，例如至少一个磁盘存储器，第一存储器1103中可以存储各种程序，用于完成各种处理功能以及实现本实施例的方法步骤。

可选的，上述第一处理器1101例如可以为中央处理器(Central ProcessingUnit，简称CPU)、应用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件 (PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，该第一处理器1101通过有线或无线连接耦合到上述输入设备1100和输出设备1102。

可选的，上述输入设备1100可以包括多种输入设备，例如可以包括面向用户的用户接口、面向设备的设备接口、软件的可编程接口、摄像头、传感器中至少一种。可选的，该面向设备的设备接口可以是用于设备与设备之间进行数据传输的有线接口、还可以是用于设备与设备之间进行数据传输的硬件插入接口(例如USB接口、串口等)；可选的，该面向用户的用户接口例如可以是面向用户的控制按键、用于接收语音输入的语音输入设备以及用户接收用户触摸输入的触摸感知设备(例如具有触摸感应功能的触摸屏、触控板等)；可选的，上述软件的可编程接口例如可以是供用户编辑或者修改程序的入口，例如芯片的输入引脚接口或者输入接口等；输出设备1102可以包括显示器、音响等输出设备。

在本实施例中，该终端设备的处理器包括用于执行各设备中语音识别装置各模块的功能，具体功能和技术效果参照上述实施例即可，此处不再赘述。

图3为本申请的一个实施例提供的终端设备的硬件结构示意图。图3是对图2在实现过程中的一个具体的实施例。如图所示，本实施例的终端设备可以包括第二处理器1201以及第二存储器1202。

第二处理器1201执行第二存储器1202所存放的计算机程序代码，实现上述实施例中图 1所述方法。

第二存储器1202被配置为存储各种类型的数据以支持在终端设备的操作。这些数据的示例包括用于在终端设备上操作的任何应用程序或方法的指令，例如消息，图片，视频等。第二存储器1202可能包含随机存取存储器(random access memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

可选地，第二处理器1201设置在处理组件1200中。该终端设备还可以包括：通信组件 1203，电源组件1204，多媒体组件1205，语音组件1206，输入/输出接口1207和/或传感器组件1208。终端设备具体所包含的组件等依据实际需求设定，本实施例对此不作限定。

处理组件1200通常控制终端设备的整体操作。处理组件1200可以包括一个或多个第二处理器1201来执行指令，以完成上述数据处理方法中的全部或部分步骤。此外，处理组件 1200可以包括一个或多个模块，便于处理组件1200和其他组件之间的交互。例如，处理组件1200可以包括多媒体模块，以方便多媒体组件1205和处理组件1200之间的交互。

电源组件1204为终端设备的各种组件提供电力。电源组件1204可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为终端设备生成、管理和分配电力相关联的组件。

多媒体组件1205包括在终端设备和用户之间的提供一个输出接口的显示屏。在一些实施例中，显示屏可以包括液晶显示器(LCD)和触摸面板(TP)。如果显示屏包括触摸面板，显示屏可以被实现为触摸屏，以接收来自用户的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。所述触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界，而且还检测与所述触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。

语音组件1206被配置为输出和/或输入语音信号。例如，语音组件1206包括一个麦克风 (MIC)，当终端设备处于操作模式，如语音识别模式时，麦克风被配置为接收外部语音信号。所接收的语音信号可以被进一步存储在第二存储器1202或经由通信组件1203发送。在一些实施例中，语音组件1206还包括一个扬声器，用于输出语音信号。

输入/输出接口1207为处理组件1200和外围接口模块之间提供接口，上述外围接口模块可以是点击轮，按钮等。这些按钮可包括但不限于：音量按钮、启动按钮和锁定按钮。

传感器组件1208包括一个或多个传感器，用于为终端设备提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件1208可以检测到终端设备的打开/关闭状态，组件的相对定位，用户与终端设备接触的存在或不存在。传感器组件1208可以包括接近传感器，被配置用来在没有任何的物理接触时检测附近物体的存在，包括检测用户与终端设备间的距离。在一些实施例中，该传感器组件1208还可以包括摄像头等。

通信组件1203被配置为便于终端设备和其他设备之间有线或无线方式的通信。终端设备可以接入基于通信标准的无线网络，如WiFi，2G或3G，或它们的组合。在一个实施例中，该终端设备中可以包括SIM卡插槽，该SIM卡插槽用于插入SIM卡，使得终端设备可以登录 GPRS网络，通过互联网与服务器建立通信。

由上可知，在图3实施例中所涉及的通信组件1203、语音组件1206以及输入/输出接口 1207、传感器组件1208均可以作为图2实施例中的输入设备的实现方式。

在上述实施例中，除非另外规定，否则通过使用“第一”、“第二”等序号对共同的对象进行描述，只表示其指代相同对象的不同实例，而非是采用表示被描述的对象必须采用给定的顺序，无论是时间地、空间地、排序地或任何其他方式。

在上述实施例中，说明书对“本实施例”、“一实施例”、“另一实施例”、或“其他实施例”的提及表示结合实施例说明的特定特征、结构或特性包括在至少一些实施例中，但不必是全部实施例。“本实施例”、“一实施例”、“另一实施例”的多次出现不一定全部都指代相同的实施例。如果说明书描述了部件、特征、结构或特性“可以”、“或许”或“能够”被包括，则该特定部件、特征、结构或特性“可以”、“或许”或“能够”被包括，则该特定部件、特征、结构或特性不是必须被包括的。如果说明书或权利要求提及“一”元件，并非表示仅有一个元件。如果说明书或权利要求提及“一另外的”元件，并不排除存在多于一个的另外的元件。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种机器人电炉测温取样作业方法，其特征在于，包括：

获取电炉炉门相对于机器人基坐标系的位置；

根据所述位置，计算机器人在电炉炉门前的悬停位，并控制机器人带动测温取样枪由待机位运动至所述悬停位；

控制机器人末端探头运动至电炉内部的测温点，并开启测温取样枪进行温度测量；

待测量完毕后，控制机器人运动至探头更换位，完成更换探头；

待更换探头后，控制机器人运动至待机位，等待下一次测温取样指令。

2.根据权利要求1所述的机器人电炉测温取样作业方法，其特征在于：

预先建立神经网络模型，并对其进行训练；

获取现场图像信息，并输入至训练后的神经网络模型，对电炉炉门进行识别，获取识别结果；

根据所述识别结果获取电炉炉门相对于机器人基坐标系的位置以及悬停位。

3.根据权利要求1所述的机器人电炉测温取样作业方法，其特征在于，在进行温度测量时，具体包括：

根据控制指令开启测温取样枪中的压缩空气，对枪杆进行冷却，同时，控制机器人末端探头运动至测温点，按预设的时间阈值进行保持并测量，达到时间阈值后控制机器人末端探头退至悬停位，并关闭压缩空气。

4.根据权利要求1所述的机器人电炉测温取样作业方法，其特征在于，采集路径参数，根据所述路径参数对机器人进行路径规划，所述路径参数包括机器人运动参数和现场环境参数。

5.根据权利要求4所述的机器人电炉测温取样作业方法，其特征在于，预先设置至少一个避障点，所述避障点设置于待机位至悬停位之间，以及悬停位至探头更换位之间。

6.根据权利要求5所述的机器人电炉测温取样作业方法，其特征在于，预先在悬停位至探头更换位之间设置于用于调整机器人在悬停位姿态的第一避障点和用于使机器人探头平稳运至探头更换位的第二避障点。

7.一种机器人电炉测温取样作业系统，其特征在于，包括：

机器视觉模块，用于获取炉口图像；

位置处理模块，用于获取电炉炉门相对于机器人基坐标系的位置，根据所述位置，计算机器人在电炉炉门前的悬停位；

控制模块，用于控制机器人带动测温取样枪由待机位运动至所述悬停位；

温度测量模块，包括机器人末端探头，用于进行温度测量；

探头更换模块，用于进行探头更换；

所述控制模块控制机器人末端探头运动至电炉内部的测温点，并开启测温取样枪进行温度测量；待测量完毕后，控制机器人运动至探头更换位，完成更换探头；待更换探头后，控制机器人运动至待机位，等待下一次测温取样指令。

8.根据权利要求1所述的机器人电炉测温取样作业方法，其特征在于，还包括：

冷却模块，用于冷却枪杆；

监控模块，用于实时监控机器人的工位状态；

紧急制动模块，用于控制机器人移动至安全位置。

9.一种设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

和

其上存储有指令的一个或多个机器可读介质，当所述一个或多个处理器执行时，使得所述设备执行如权利要求1-6中一个或多个所述的方法。

10.一个或多个机器可读介质，其特征在于，其上存储有指令，当由一个或多个处理器执行时，使得设备执行如权利要求1-6中一个或多个所述的方法。

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