CN111397767B - 车载探头箱式轨道移动机器人测温取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车载探头箱式轨道移动机器人测温取样装置，包括机器人、测温取样探针和探头刮剥机构，还包括固定轨道以及同时安装有探头存放箱和所述机器人的移动平台，移动平台在固定轨道上牵引驱动，并且移动平台与固定轨道之间设有导向和防倾覆结构；在移动平台移动到各个作业位置时机器人基座的位置与探头存放箱的位置相对固定。本发明，将探头存放箱与机器人均安装到移动平台上，不会因为移动平台的姿态改变而使得机器人相对于探头存放箱的位置和姿势产生较大的随机误差；利于机器人的测温取样探针更准确地与探头存放箱中的探头进行对准，从而提高了测温取样探针插入纸管探头的成功率，保证测温取样的可靠性和顺畅性。

Description

车载探头箱式轨道移动机器人测温取样装置

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种车载探头箱式轨道移动机器人测温取样装置。

背景技术

熔融金属的冶金生产需要通过测温、取样等手段及时了解温度、成分等过程参数。人工作业的环境危害和可信度不足，使得自动化装置得到较大发展和应用。但是冶金生产中使用的自动测温取样装置，大部分都是固定安装的，每套装置只能在一个工位作业，冶金工厂大量的高危繁重作业工位仍然要依赖人工作业，导致工伤事故时有发生。并且，大部分自动化装置只能按照固定的预设程序运动，缺乏柔性控制，因此近年来逐渐被工业机器人所代替。

冶金生产流程采用工业机器人取代人工测温取样，可以避免操作工与高温液体金属接触，提高了安全性，同时缩短冶炼周期，提高炼钢产能，降低人工成本。采用工业机器人取代普通的自动测温取样装置，可以通过传感器识别熔融金属表面的距离、渣块位置，进而自主更新测温取样探头预设的插入位置和插入高度。

机器人辅助测温取样只是利用机器人作为自动测温取样装置的探头装拆工具，替代人工装拆探头，而机器人直接测温取样需要先用作为末端执行器的测温取样探针插入探头存放箱内的探头纸管孔内，取出探头后再将探头末端插到熔融金属里指定深度位置并停留规定时间，最后在刮剥器上将使用过的废探头从测温取样探针上剔除。固定安装的测温取样机器人已经可以满足上述需求，缺点是一套机器人装置只能在一个固定工位作业，并且大部分时间都处于待机状态，浪费了设备资源。当需要单台机器人在多个工位作业时，通常将机器人安装在固定轨道的移动平台上，依靠移动平台到达多个工位作业。

因而现有技术中出现了一种在轨道上移动作业的测温取样机器人装置，其机器人安装在轨道式走行小车上，走行小车在待机位和铁水沟作业位之间的轨道上移动。测温取样枪杆安装在机器人手臂上，机器人移动到待机位，用测温枪杆从固定安装在作业平台的枪头储存箱内插取枪头，再移动到铁水沟测温取样。

由于测温取样机器人的工作环境非常恶劣，存在高温辐射和金属粉尘，环境温度变化范围在-10～+50℃，类似上述移动机器人方案中，高精密的轨道式移动平台在这样的环境下使用有两个难以解决的问题：其一是金属材料热膨胀会使精密配合的部件卡死，其二是金属粉尘加速摩擦副的磨损，最终都使得精密移动平台的寿命低，故障率高。而适合该使用环境的移动小车一般都有定位精度较差、抗倾覆性能弱的缺点，机器人手臂向外伸出时，产生的倾覆力矩会使移动小车的姿态发生突变甚至翻车，引发机器人作业过程存中机械臂的位置和姿态产生较大的随机误差，特别造成机器人将测温取样枪杆插入操作平台上固定的存放箱中的枪头纸管内的成功率非常低，严重影响自动测温取样流程的顺畅性。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种车载探头箱式轨道移动机器人测温取样装置，提高测温取样探针插入纸管探头的成功率，保证测温取样的可靠性和顺畅性。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明技术方案如下：

一种车载探头箱式轨道移动机器人测温取样装置，包括机器人、测温取样探针和探头刮剥机构，所述测温取样探针安装于机器人机械臂的末端，还包括固定轨道以及同时安装有探头存放箱和所述机器人的移动平台，所述固定轨道安装在作业平台上，所述移动平台在固定轨道上牵引驱动，并且所述移动平台与固定轨道之间设有导向和防倾覆结构；在移动平台移动到各个作业位置时机器人基座的位置与探头存放箱的位置相对固定。

通过设置探头存放箱存放探头，并将探头存放箱与机器人一同安装到移动平台上，不会因为移动平台的姿态改变而使得机器人相对于探头存放箱的位置和姿势产生较大的随机误差；相对于传统移动小车和存放装置分离的方式，探头存放箱与机器人的相对位置更稳定，利于机器人的测温取样探针更准确地与探头存放箱中的探头进行对准，从而提高了测温取样探针插入纸管探头的成功率，保证测温取样的可靠性和顺畅性。

可选地，所述固定轨道承载移动平台的竖向力、水平导向力和倾覆力矩。

可选地，所述固定轨道包括左右两组，每组包括上轨道和下轨道，所述移动平台安装有车轮，所述车轮夹在固定轨道的上轨道和下轨道之间，所述车轮的踏面为内凹的弧形槽，所述上轨道和下轨道均设有外凸的弧形部，所述上轨道和下轨道的弧形部位于所述车轮踏面的弧形槽中。

可选地，所述上轨道和下轨道截面为圆形，所述移动平台通过车轮支撑在固定轨道的下轨道上，所述车轮与下轨道之间在下轨道的截面上为点接触；所述固定轨道的上轨道挡在车轮上方，限制移动平台倾覆。

可选地，所述固定轨道的四条轨道相对于轨道中心面左右对称、上下布置，并通过轨道支撑架安装在作业平台上，每组轨道中的下轨道的外径大于上轨道，所述车轮踏面弧形槽的半径大于所述下轨道的半径。

可选地，所述移动平台上设有缓冲车轮和缓冲弹簧，所述缓冲弹簧将缓冲车轮压向上轨道，使缓冲车轮始终与上轨道接触。

可选地，所述移动平台上沿行进方向的两端设有缓冲器，所述固定轨道两端设有防止所述移动平台冲出固定轨道的止挡部件。

可选地，所述探头存放箱上间隔设置有多个探头放置位，所述探头放置位相对于水平方向倾斜设置。

可选地，所述探头存放箱包括存放架以及设置在存放架上的一至多层托盘，每层托盘包括用于支撑和定位探头的前托盘和后托盘，所述前托盘和后托盘上均间隔设置有多个用于放置探头的定位槽，通过每层所述托盘分层、分散定位每一个探头。

可选地，所述探头存放箱还包括调节托盘，所述调节托盘可前后调节地安装在所述前托盘上，所述调节托盘上设置有所述定位槽。

可选地，所述前托盘和后托盘均包括托板、由托板一端向上延伸的支撑立板和由托板另一端向下延伸的连接板，所述定位槽开设在所述支撑板上，所述连接板与所述存放架连接。

可选地，所述前托盘和后托盘的截面均呈Z型，所述调节托盘的截面呈L型，调节托盘通过紧固件安装在后托盘上。

可选地，所述探头存放箱上设置有供机器视觉识别的定位标记。

可选地，所述移动平台采用链轮链条牵引驱动，牵引电机位于固定轨道端部或移动平台上，当牵引电机固定位于轨道端部时，牵引电机通过减速机上的链轮带动链条移动，牵引移动平台沿固定轨道运动；当牵引电机固定在移动平台上时，所述牵引电机通过减速机上的链轮与固定在固定轨道上的链条啮合驱动平台移动，所述车载探头箱式轨道移动机器人测温取样装置还配置有用于测定移动平台位置的激光测距仪。

如上所述，本发明的有益效果是：本发明，通过设置探头存放箱存放探头，并将探头存放箱与机器人一同安装到移动平台上，不会因为移动平台的姿态改变而使得机器人相对于探头存放箱的位置和姿势产生较大的随机误差；相对于传统移动小车和存放装置分离的方式，探头存放箱与机器人的相对位置更稳定，利于机器人的测温取样探针更准确地与探头存放箱中的探头进行对准，从而提高了测温取样探针插入纸管探头的成功率，保证测温取样的可靠性和顺畅性。

通过固定轨道与车轮的配合结构，可以在存在高粉尘和高温辐射的环境下降低机器人作业对移动平台轨道精度的要求，使用低精度的轨道移动平台实现单台机器人在多个工位进行测温取样作业，降低制造难度、投资成本和运行成本；并且通过上述固定轨道与车轮的配合结构避免了传统高精度轨道容易因粉尘或热膨胀卡死的问题，并提高了移动平台的使用寿命。

附图说明

图1为本发明一个实施例中的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明图1的左视图(省略探头刮剥机构)；

图4为本发明实施例中移动平台安装在固定轨道上的示意图；

图5本发明实施例中探头存放箱安装在移动平台上的立体结构示意图；

图6为本发明实施例中探头存放箱的侧视图；

图7为图6中的局部视图；

图8为本发明实施例中探头存放箱的俯视图；

图9为本发明实施例中探头存放箱的前视图；

图10为本发明实施例中探头存放箱的后视图

图11为本发明实施例中移动平台发生横移的示意图；

图12为本发明实施例中移动平台发生倾覆的示意图。

零件标号说明：

1-移动平台；11-车轮；12-安装座；2-机器人；3-探头存放箱；31-存放架；32-前托盘；33-后托盘；321、331-托板；322、332-支撑立板；323、333-连接板；34-调节托盘；35-定位槽；36-辅助支撑板；37-紧固件；38-定位标记；4-探头刮剥机构；51-轨道支撑架；52-上轨道；53-下轨道；61-缓冲弹簧；62-缓冲车轮；71-缓冲器；72-止挡部件；8-测温取样探针；9-探头。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士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及功效。

实施例

如图1至图3所示，本例中示例的一种车载探头箱式轨道移动机器人测温取样装置，包括机器人2、测温取样探针8、探头存放箱3和探头刮剥机构4，其中，探头存放箱3用于存放测温取样所需的探头9(即纸管探头)，所述测温取样探针8安装于机器人2机械臂的末端，用于插取存放于探头存放箱3的探头9，通过机器人2的动作，将探头9送至测温取样位置；探头刮剥机构4安装在作业平台上，用于将使用过的探头9从测温取样探针8上剥离；该机器人2测温取样系统还包括固定轨道和移动平台1，其中，探头存放箱3和机器人2均安装在该移动平台1上，能够随所述移动平台1一同移动；所述固定轨道安装在作业平台上，移动平台1设置在固定轨道上，并通过驱动机构进行驱动，能够在驱动机构作用下沿所述固定轨道来回移动，从而在不同工位之间作业。

移动平台1可将机器人2带到两个以上的作业工位或待机位，探头存放箱3内存放有具有测温、取样、定氢、定氧等用途的各种探头9，机器人2用测温取样探针8在探头存放箱3内取出对应功能的探头9直接插入熔融金属内完成测温取样等作业，并在探头刮剥机构4上将使用后的探头9剥离探针，探头刮剥机构4可采用现有结构。

移动平台上同时安装有机器人和探头存放箱，在移动平台移动到各个作业位置时机器人基座的位置与探头存放箱的位置相对固定(即两者的安装位置相对固定)，以保证示教再现型机器人在不同工位均能可靠将机器人测温取样探针插到探头箱所有存放位置的探头纸管内。

为满足多工位作业要求，传统技术中的机器人2安装在移动小车上，随移动小车移动；探头存放箱固定在作业平台上，使得机器人2与探头存放箱之间没有相对稳定的位置关系，并且由于移动小车一般都有定位精度较差、抗倾覆性能弱的缺点，机器人2的手臂向外伸出时，产生的倾覆力矩会使移动小车的姿态发生突变甚至翻车，引发机器人2作业过程存中机械臂的位置和姿态产生较大的随机误差，由于机器人2的机械臂位置因移动小车的姿态而改变，当需要从探头存放箱内取探头时，与预先设置的位置误差较大，使得机器人2将测温取样枪杆插入操作平台上固定的探头存放箱中的枪头纸管内的成功率非常低，严重影响自动测温取样流程的顺畅性。

本发明，将探头存放箱3与机器人2一同安装到移动平台1上，不会因为移动平台1的姿态改变而使得机器人2相对于探头存放箱3的位置和姿势产生较大的随机误差；在机器人2随移动平台1运动进行多工位作业的过程中，探头存放箱3与机器人2的相对位置稳定，利于机器人2的测温取样探针8更准确地与探头存放箱3中的探头9进行对准，从而提高了测温取样探针8插入纸管探头9的成功率，保证测温取样的可靠性和顺畅性。

在一个实施方式中，移动平台1与固定轨道之间设置有导向结构和用于防止移动平台1倾翻的防倾覆结构，导向结构使移动平台1保持沿固定轨道移动，防倾覆结构在机器人2作业时的重心超出移动平台1支点后，防止移动平台1倾翻。

其中，所述固定轨道承载移动平台1的竖向力、水平导向力和倾覆力矩。

在一个实施方式中，固定轨道包括平行设置的左右两组，每组固定轨道包括平行设置的上轨道52和下轨道53，移动平台1上安装有至少两对用于行走和支撑的车轮11，车轮11通过安装座12、轴承和支撑轴等安装在移动平台1下部，车轮11夹在固定轨道的上轨道52和下轨道53之间，分别与上轨道52和下轨道53通过弧形结构配合，即车轮11的踏面(胎面)内凹形成弧形槽，上轨道52的下端和下轨道53的上端具有弧形的外凸部，外凸部位于车轮11的内凹的弧形槽中，实现对车轮11的导向，以及防止车轮11侧向偏摆。

其中，车轮11支撑在下轨道53上，上轨道52作为防倾翻机构，挡在车轮11上方，限制车轮11在移动平台1倾覆时发生的位移。

具体地，所述上轨道52和下轨道53截面为圆形，即为圆柱状，车轮11的踏面(胎面)为内凹的圆弧形，上轨道52和下轨道53均部分地位于车轮11的弧形槽中，移动平台1通过车轮11支撑在固定轨道的下轨道53上，车轮11与下轨道53之间在下轨道的截面上为点接触，减少磨损；固定轨道的上轨道52挡在车轮11上方，限制移动平台1倾覆。

如图4所示，正常情况下车轮11不与上轨道52接触只与下轨道53接触；当机器人2作业时的重心超出车轮11支点后，移动平台1出现倾翻趋势时，支点对面的车轮11离开下轨道53并与上轨道52接触，依靠上轨道52挡住车轮11防止倾翻事故。

利用车轮11和上下轨道配合的方式，可以降低轨道的制造精度以及移动平台1与轨道的配合精度，可以在存在高粉尘和高温辐射环境下降低机器人2作业对移动平台1轨道精度的要求，使用低精度的轨道移动平台1实现单台机器人2在多个工位进行测温取样作业，降低用户的投资成本和运行成本。

并且，通过上述固定轨道与车轮11的配合结构避免了传统高精度轨道容易因粉尘或热膨胀卡死的问题，并提高了移动平台1的使用寿命。

在采用低精度的轨道移动平台1实现单台机器人2在多个工位进行测温取样作业的情况下，将探头存放箱3和机器人2均安装在同一移动平台1上，保障相对位置的稳定性，从而在低精度要求的基础上实现了测温取样的可靠性和顺畅性。

本例中，所述固定轨道的四条轨道相对于轨道中心面左右对称、上下布置，各轨道并通过轨道支撑架51安装在作业平台上。

如图1和图4所示，轨道支撑架51可以为一个整体也可以为沿轨道长度方向间隔分布的多个，轨道支撑架51固定在作业平台上，轨道支撑架51大致呈U型结构，左右两组轨道对称设置在轨道支撑架51上，每组轨道中的下轨道53的外径大于上轨道52的外径。其中，为保证点接触，车轮的弧形槽的半径大于下轨道的半径。

弧形踏面的车轮与圆形断面的下轨道之间为点接触，不是线接触和面接触，可以减少摩擦力；移动平台小车受外力跑偏时，车轮与下轨道的接触点由圆形下轨道的最高顶点向下移动到侧面，同时车轮会被升高。如图11所示，车轮发生横移(向图中箭头所示方向横移)而被抬高，通过两边车轮与下轨道53的接触点进行支撑，图中A、B两处，车轮与上轨道之间不接触；图12所示，车轮发生倾覆(向图中箭头所示方向倾斜)时，其中一边的车轮支撑在下轨道上，另一边的车轮离开下轨道，并与上轨道接触；接触支撑点为C、D两处；如图11和图12可以看出，无论是横移还是倾覆时，车轮只支撑在两条下轨道上，或者其中一组的下轨道和另一组的上轨道，从而避免车轮同时接触同组的上下轨道而卡死。如果车轮升高后接触到上轨道，即同一车轮被上下两条轨道同时接触，则不能确定车轮为正转、反转还是不转，这样就会出现较大的摩擦力，甚至拉断链条。因此，将上轨道直径小于下轨道直径，使得车轮与上轨道之间有足够的活动间隙，能够避免车轮同时接触上下两条轨道而被制动。

在一个实施方式中，所述移动平台1上设有缓冲车轮62和缓冲弹簧61，缓冲弹簧61将缓冲车轮62压向上轨道52，使缓冲车轮62始终与上轨道52接触。避免机器人2重心超出车轮支点倾翻时发生冲击。

其中缓冲车轮62同样可以为胎面内凹的结构，卡入圆形的上轨道52，缓冲车轮62和缓冲弹簧61可通过支撑部件安装于移动平台1下部。

在一个实施方式中，移动平台1上沿行进方向的两端设有缓冲器71，固定轨道两端设有防止移动平台1冲出固定轨道的止挡部件72，止挡部件72也可以设置在两端的轨道支撑架51上。其中缓冲器71可采用橡胶垫、弹簧等。

为便于测温取样探针8取探头9，所述探头存放箱3上间隔设置有多个探头放置位，探头放置位相对于水平方向倾斜设置，以使得探头9在探头存放箱3上，可以前高后低地倾斜放置，便于测温取样探针8插入探头9。其中，以探头9朝向测温取样探针8的一方为前方，背离测温取样探针8的一方为后方。

如图5至图10所示，在一个实施方式中，探头存放箱3包括存放架31以及设置在存放架31上的一至多层托盘，每层托盘包括用于支撑和定位探头9的前托盘32和后托盘33，前托盘32和后托盘33上均横向间隔设置有多个用于放置探头9的定位槽35，通过每层所述托盘的定位槽35分层、分散定位每一个探头9。保障每一个存放位探头9插入口圆孔中心的重复位置误差小于±1mm。

传统的探头9自动供给方案，主要是通过机械传动装置将所需的各种探头移送到同一个固定位置，然后通过导向装置引导机器人2的探针插入纸管。但是当导向装置引导已偏离示教位置的测温取样探针8导入纸管时，不可避免的会有作用力施加到探针并传递到工业机器人2的机械臂上，这个作用力会使探针发生弹性或塑性变形，影响下一次插入位置，并且导向作用力会加大机械臂关节的载荷，降低机器人2的使用寿命和运动精度。

本发明，通过每层所述托盘的定位槽分层、分散定位每一个探头，每一个探头的位置是固定的，放置于探头存放装置后，在测温取样探针插取之前不会相对于探头存放装置移动；从而避免了现有技术中因导向装置或探头传送等发生位移造成的位置偏移的问题。便于机器人准确定位，保证插入纸管探头的顺畅性。解决了测温取样机器人在自动接插纸管探头作业时的可靠性问题。

本例中的探头存放箱，并非限定其为封闭的箱体，可以为框架结构。

如图5至图7所示，其中，存放架31为框架结构，可由立柱和横梁连接而成，前托盘32和后托盘33结构相似，均包括托板331、321，由托板331、321一端向上延伸的支撑立板332、322和由托板331、321另一端向下延伸的连接板333、323，其中支撑立板332和连接板333与托板331为一体成型，或者分别与托板331固定连接；定位槽35开设在所述前托盘32和后托盘33的支撑立板322、332上，前托盘32和后托盘33的连接板323、333与所述存放架31连接，例如，通过螺栓或其他紧固件连接。每一层中的前托盘32的位置高于后托盘33的位置，以便于探头9倾斜放置，即探头9的轴线方向相对于水平方向倾斜。倾斜放置，可利用自重稳定探头6的位置，探头6不会随机移动。

其中，探头放置时，前部支撑在前托盘32上，后部支撑在后托盘33上，后托盘33还进行前后方向的定位，探头中部悬空地倾斜放置。由于探头主要部分是纸管，具有一定的刚性，支撑其两端即可；当纸管少许有弯曲时，中空的箱架可以避免弯曲部分的纸管接触箱架而使得纸管的支撑点不在纸管端头部位，从而引起插入口的位置误差。

如图6和图7所示，前托盘32的支撑立板322位于托板321前端，前托盘32的连接板323位于托板321的后端，后托盘33的支撑立板332位于托板331的后端，后托盘33的连接板333位于托板331的前端；托板331和托板321均前高后低地倾斜设置，所述前托盘32和后托盘33的截面均呈Z型结构。

在一个实施方式中，探头存放箱3还包括调节托盘34，调节托盘34可前后调节地安装在前托盘32上或者存放架31上，调节托盘34上同样设置有定位槽35。调节托盘34可以前后移动安装，用于对探头9后端定位，以适应不同长度、形状的探头9存放。

托盘分层、多层安装在存放架31上，前托盘32安装在存放架31的前部，后托盘33安装在存放架31的后部，针对各种不同长度的探头9，后托盘33限位最长的探头9，调节托盘34限位其余长度的探头9，最终使得各种规格探头9的头部于前托盘32定位槽35上，探头9纸管插入孔距离定位槽35端面的距离一致，该距离越小则纸管插入口的定位误差越小。

用前后托盘和调节托盘定位长短不一的各种探头，使其纸管探头接插口的空间位置的随机误差受纸管弯曲变形的影响最小。

本例中，调节托盘34的截面呈L型，定位槽35开设在其竖向部分上，横向部分通过紧固件37，例如螺钉等安装在后托盘33上，后托盘33上开设条形孔或者多个调节孔，适应调节托盘34的前后调整。

其中，所述定位槽35均为上宽下窄的收口结构，且下部为弧形；所述前托盘的定位槽的尺寸大于调节托盘和后托盘的定位槽尺寸。前托盘的定位槽用于支撑探头前部外圆；后托盘的定位槽和调节托盘的定位槽用于放置探头后端伸出探头主体后端面的检测元件，探头主体的后端台阶面抵在后托盘的支撑立板或者调节托盘的竖向部分上，实现探头前后方向的定位。

为提高支撑稳定性，在后托盘33和前托盘32的下方设置有辅助支撑板36，用于辅助支撑。

在一个实施方式中，为防止高温钢液飞溅损坏纸管探头，在存放架31的左右侧和上方设置有防护罩(本例中未示出)，前后方向不设防护罩，以便定位和插取探头。

在一个实施方式中，所述探头存放箱3上设置有供机器视觉识别的定位标记38，如图9所示。具体而言可以设置在前托盘32上，本例中在支撑立板332朝向测温取样探针8的一面上。在前托盘32的前端面设置供机器视觉识别的定位标记38，便于测温取样机器人2通过手眼相机等识别定位机器人2与探头存放箱3的相对位置。

其中，定位标记38为圆形图案、十字形图案或者圆形与十字形的组合图案。定位标记38为开孔、开槽或铧铣加工面(即用铧钻在金属表面铣削出一个浅浅的小台阶，甚至只是铧出一点圆形的痕迹)等。或者，定位标记38为探头存放箱3指定位置处安装的指示灯、发光体、反光物等。本实施例中供机器视觉识别的定位标记为圆点形反光板，能与前托盘形成较大的反差，易于在摄像头视觉传感器上成像。

为了适应机器人2的机械臂向外伸出时移动平台1车轮的支撑力变化，甚至由于车轮脱离轨道而使支撑力及摩擦力为零，采用电机和链轮链条驱动移动平台1运动，激光测距仪定位。激光测距仪将移动平台1实际停止位置数据反馈到机器人控制系统，参与机器人2的运动轨迹实时规划。

移动平台的驱动方式有多种，如依靠车轮摩擦力自行走、依靠齿轮齿条驱动、气缸液压缸推动等等。本实施例中，机器人的手臂运动会改变重心位置，让车轮离地失去摩擦力，改变齿轮啮合条件，因此，采用链轮链条拖动移动平台移动，例如精密套筒滚子链等。当然还包括驱动电机和减速机构等。

所述移动平台采用链轮链条牵引驱动，牵引电机位于固定轨道端部或移动平台上，当牵引电机固定位于轨道端部时，牵引电机通过减速机上的链轮带动链条移动，牵引移动平台沿固定轨道运动；当牵引电机固定在移动平台上时，所述牵引电机通过减速机上的链轮与固定在固定轨道上的链条啮合驱动平台移动。

以某炼钢厂150tLF炉冶金生产为例。该钢包精炼炉采用共线双钢包车单处理位布置，在一台钢包车位于处理位进行精炼处理的同时，另一台钢包车可以在吊包位喂丝或软吹，使得两只钢包的精炼处理工序时间部分重叠，进而缩短钢包精炼的间隔时间，缩短生产周期。为了避免发生钢液喷溅给人工测温取样操作带来明显危害，从安全角度和智能化提升角度考虑，采用本发明的系统，完成如下作业流程：

1)钢水包进站及进站后测温取样：由冶金起重机将待处理的钢水包吊放到精炼炉吊包位的一个空置钢包台车上，移动平台1将机器人送到吊包位，机器人用测温取样探针8插取探头存放箱3内的测温探头，按实时规划的运动轨迹将测温探头末端插到钢液面下的测温点，停留规定时间后从钢液中提出测温探头；机器人按实时规划的运动轨迹将带有废弃测温探头的测温取样探针8移到探头刮剥机构4处，刮掉废弃纸管；再将测温取样探针8从探头存放状中插取钢液取样器，并按实时规划的运动轨迹将取样器探头末端插到钢液面下的取样点，停留规定时间后从钢液中提出取样探头，移到探头刮剥机构4处，刮掉取样器。

2)机器人完成规定作业后移动到待机位停留，并根据控制移动到另一端的吊包位或精炼处理位进行测温取样。

3)精炼处理测温取样：移动平台1带动机器人移动到精炼处理工位，按实时规划的运动轨迹插取探头存放箱3存放的测温探头，并使机器人按实时规划的运动轨迹将带有测温探头的测温取样探针8末端插到处理位钢包内测温点，停留规定时间后从钢液中提出测温探头；然后将带有废弃测温探头的测温取样探针8移到处理位探头刮剥机构4处，刮掉废弃纸管；再将测温取样探针8从探头存放箱3中插取钢液取样器，并按实时规划的运动轨迹将取样器探头末端插到钢液面下的取样点，停留规定时间后从钢液中提出取样探头，移到探头刮剥机构4处，刮掉取样器。

4)钢水包出站前软吹及出站前测温取样：完成精炼处理后的钢液，由钢包车将钢包从处理位运送到吊包位，炼钢自动化控制系统根据工艺流程要求开启喂丝机喂丝，开启钢包底吹氩系统的氩气对钢液进行弱搅拌，均匀钢包内钢液温度，同时等待吊运指令。在此期间，机器人移动到吊包位，并使机器人按实时规划的运动轨迹插取探头存放箱3存放的测温探头，按实时规划的运动轨迹将带有测温探头的测温取样探针8末端插到处理位钢包内测温点，停留规定时间后从钢液中提出测温探头；然后将带有废弃测温探头的测温取样探针8移到吊包位探头刮剥机构4处，刮掉废弃纸管；再将测温取样探针8从探头存放箱3中插取钢液取样器，并按实时规划的运动轨迹将取样器探头末端插到钢液面下的取样点，停留规定时间后从钢液中提出取样探头，移到探头刮剥机构4处，刮掉取样器。

在上述的双车LF精炼炉实施例中，采用车载探头箱式轨道移动机器人测温取样装置可使机器人2从待机位移动到加热精炼处理位及两端的喂丝吊包位进行测温取样作业。

1)使用本发明的装置可以在三个工位上替代炉前操作工自动测温取样作业，改善了操作工人的劳动条件，避免炉前操作工被钢渣喷溅烫伤，避免因冶炼中喷溅发生伤亡事故。

2)在操作平台上实现了用低精度轨道移动平台1运载单台高精度机器人2和探头存放箱3，解决了多个工位移动作业机器人2在自动接插纸管探头、刮除纸管探头等作业时的可靠性问题，直接提高了精炼生产的顺畅性。

3)低精度的轨道移动平台1在高粉尘高温生产过程中被证明其有效性和可靠性。

4)利用机器人2在多个作业点对高温熔融金属自动测温取样，通过控制测点在钢液面下的深度和位置的一致，保持检测数据的稳定性、一致性，提高了冶金生产的安全性。

为了让安装于低精度移动平台1上的工业机器人2将测温取样探针8准确可靠地插入各种纸管探头内，将探头存放箱与工业机器人2安装在同一个移动平台1上，保持其相对位置和姿态不随平台移动而改变。

所以，无论在现有的炼钢生产流程中，还是在目前正蓬勃发展的智能制造的先进技术中，本发明替代人工对钢水实现安全、准确测温取样，达到智能、经济、一键式自动炼钢，有着广阔的应用前景。

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 (13)

1.一种车载探头箱式轨道移动机器人测温取样装置，包括机器人、测温取样探针和探头刮剥机构，所述测温取样探针安装于机器人机械臂的末端，其特征在于：还包括固定轨道以及同时安装有探头存放箱和所述机器人的移动平台，所述固定轨道安装在作业平台上，所述移动平台在固定轨道上牵引驱动，并且所述移动平台与固定轨道之间设有导向和防倾覆结构；在移动平台移动到各个作业位置时机器人基座的位置与探头存放箱的位置相对固定；所述固定轨道包括左右两组，每组包括上轨道和下轨道，所述移动平台安装有车轮，所述车轮夹在固定轨道的上轨道和下轨道之间，所述上轨道和下轨道均设有外凸的弧形部，所述上轨道和下轨道的弧形部位于所述车轮踏面的弧形槽中，所述车轮的踏面为内凹的弧形槽，每组轨道中的下轨道的外径大于上轨道；所述车轮踏面弧形槽的半径大于所述下轨道的半径。

2.根据权利要求1所述的车载探头箱式轨道移动机器人测温取样装置，其特征在于：所述固定轨道承载移动平台的竖向力、水平导向力和倾覆力矩。

3.根据权利要求1所述的车载探头箱式轨道移动机器人测温取样装置，其特征在于：所述上轨道和下轨道截面为圆形，所述移动平台通过车轮支撑在固定轨道的下轨道上，所述车轮与下轨道之间在下轨道的截面上为点接触；所述固定轨道的上轨道挡在车轮上方，限制移动平台倾覆。

4.根据权利要求1所述的车载探头箱式轨道移动机器人测温取样装置，其特征在于：所述固定轨道的四条轨道相对于轨道中心面左右对称、上下布置，并通过轨道支撑架安装在作业平台上。

5.根据权利要求1所述的车载探头箱式轨道移动机器人测温取样装置，其特征在于：所述移动平台上设有缓冲车轮和缓冲弹簧，所述缓冲弹簧将缓冲车轮压向上轨道，使缓冲车轮始终与上轨道接触。

6.根据权利要求1所述的车载探头箱式轨道移动机器人测温取样装置，其特征在于：所述移动平台上沿行进方向的两端设有缓冲器，所述固定轨道两端设有防止所述移动平台冲出固定轨道的止挡部件。

7.根据权利要求1所述的车载探头箱式轨道移动机器人测温取样装置，其特征在于：所述探头存放箱上间隔设置有多个探头放置位，所述探头放置位相对于水平方向倾斜设置。

8.根据权利要求1所述的车载探头箱式轨道移动机器人测温取样装置，其特征在于：所述探头存放箱包括存放架以及设置在存放架上的一至多层托盘，每层托盘包括用于支撑和定位探头的前托盘和后托盘，所述前托盘和后托盘上均间隔设置有多个用于放置探头的定位槽，通过每层所述托盘分层、分散定位每一个探头。

9.根据权利要求8所述的车载探头箱式轨道移动机器人测温取样装置，其特征在于：所述探头存放箱还包括调节托盘，所述调节托盘可前后调节地安装在所述后托盘上，所述调节托盘上设置有所述定位槽。

10.根据权利要求9所述的车载探头箱式轨道移动机器人测温取样装置，其特征在于：所述前托盘和后托盘均包括托板、由托板一端向上延伸的支撑立板和由托板另一端向下延伸的连接板，所述定位槽开设在所述支撑立板上，所述连接板与所述存放架连接；每一层中的前托盘的位置高于后托盘的位置。

11.根据权利要求10所述的车载探头箱式轨道移动机器人测温取样装置，其特征在于：所述前托盘和后托盘的截面均呈Z型，所述调节托盘的截面呈L型，调节托盘通过紧固件安装在后托盘上。

12.根据权利要求1所述的车载探头箱式轨道移动机器人测温取样装置，其特征在于：所述移动平台采用链轮链条牵引驱动，牵引电机位于固定轨道端部或移动平台上，当牵引电机固定位于轨道端部时，牵引电机通过减速机上的链轮带动链条移动，牵引移动平台沿固定轨道运动；当牵引电机固定在移动平台上时，所述牵引电机通过减速机上的链轮与固定在固定轨道上的链条啮合驱动平台移动。

13.根据权利要求1所述的车载探头箱式轨道移动机器人测温取样装置，其特征在于：所述车载探头箱式轨道移动机器人测温取样装置还配置有用于测定移动平台位置的激光测距仪。