CN111408921A - 测温取样机器人用探头刮剥器随动装置及探头的刮剥方法 - Google Patents

测温取样机器人用探头刮剥器随动装置及探头的刮剥方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种测温取样机器人用探头刮剥器随动装置及探头的刮剥方法，包括安装座、刮刀、刀架和转臂，转臂通过滑轴可上下转动地安装在所述安装座上，转臂能够相对于安装座沿滑轴的轴线方向浮动，转臂与安装座之间设置有限制转臂上下转动范围的限位机构，转臂与安装座之间设置有转动复位弹簧和横移复位弹簧；所述刮刀固定安装在刀架上，所述刀架固定安装在转臂上；所述刮刀和刀架能够随所述转臂横移和转动。本发明，在废弃纸管在横向或者竖向偏离示教位置时，可以对带有较大随机误差的测温取样探针在刮拨废弃纸管探头时产生一定的柔顺性，降低刮剥器对机器人机械臂和探针的横向作用力，减小测温取样探针的变形。

Description

测温取样机器人用探头刮剥器随动装置及探头的刮剥方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种测温取样机器人用探头刮剥器随动装置及探头的刮剥方法。
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。
工业机器人取代人工测温取样，是将测温取样探针安装在机器人手臂上，将纸管探头套在测温取样探针上，再将套有测温探头或取样器的纸管伸到高温熔融金属内进行测温和取样，最后将废弃探头除掉。
早期的测温取样机器人，拔插纸管的工作都是由人工完成，目前已经可以实现机器人自动拔插纸管。由于机器人的作业环境存在高温辐射和金属粉尘，环境温度变化范围在-10～+50℃，钢液温度甚至超过1600℃，机器人机械臂的位置和姿态会产生较大的随机误差，在刮剥废弃纸管是受到较大的横向力，引起测温取样探针严重变形，造成机器人将测温取样探针插入纸管内的成功率非常低，影响了自动测温取样流程的顺畅性。
虽然现有技术中也存在自适应的刮剥装置，但结果过于复杂，不仅成本偏高，而且故障率偏高，因此有必要研究更加简单实用的柔性拔除装置。
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测温取样机器人用探头刮剥器随动装置，以降低废弃探头刮剥器对测温取样机器人机械臂的横向作用力，减小测温取样探针的变形。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明技术方案如下：
一种测温取样机器人用探头刮剥器随动装置，包括安装座、刮刀、刀架和转臂，所述转臂通过滑轴可上下转动地安装在所述安装座上，且所述转臂能够相对于安装座沿滑轴的轴线方向浮动，所述转臂与安装座之间设置有限制所述转臂上下转动范围的限位机构，所述转臂与安装座之间设置有转动复位弹簧和横移复位弹簧；常态时，所述转动复位弹簧使转臂保持在上限位置；所述刮刀固定安装在刀架上，所述刀架固定安装在转臂上；所述刮刀和刀架能够随所述转臂横移和转动。
可选地，所述安装座包括底座以及设置在底座上的两个支座，所述滑轴固定在两个所述支座上，所述转臂位于两个支座之间，所述转臂通过轴孔套装在滑轴上，并能沿滑轴轴向移动和绕滑轴上下转动。
可选地，两个所述支座与转臂之间均设置有横移复位弹簧，所述横移复位弹簧的两端抵在转臂和支座上。
可选地，所述限位机构包括设在转臂上的转动限位销和设置在安装座上的弧形槽，所述转动限位销伸入所述弧形槽内，能够在弧形槽内上下移动并受弧形槽限位。
可选地，所述转臂上安装有弹簧压板，所述弹簧压板位于安装座上方，所述转动复位弹簧下端抵在所述安装座上，上端抵在所述弹簧压板上。
可选地，所述安装座和弹簧压板上对应设置有安装槽，所述转动复位弹簧的两端分别置于对应的安装槽内。
可选地，所述弹簧压板和安装座上对应于转动复位弹簧的位置设置有弹簧定位钉，所述转动复位弹簧的两端分别套装于对应的弹簧定位钉上。
可选地，所述转臂后部与滑轴连接，所述转臂的前部伸出所述安装座，所述刮剥机构安装在转臂的前端，所述限位机构设置在转臂中部与安装座之间。
可选地，所述转臂上通过安装板安装有检测转臂是否到达上限位或下限位的接近开关。
可选地，所述刀架和刮刀所在平面均相对于安装座的安装面倾斜，所述刮刀包括相对设置的两个刀片，两个所述刀片在刀架上呈间距渐缩的倒八字形布置，且两刮刀之间的开口尺寸大于纸管探头的外径，收口尺寸小于纸管探头的外径。
本发明还提供一种测温取样机器人用探头的刮剥方法，采用上述测温取样机器人用探头刮剥器随动装置，测温取样机器人将完成测温取样作业的废弃纸管送入探头刮剥器随动装置时，纸管外圆首先接触其中一边的刀片，推动刀架和转臂沿滑轴的轴线方向横移，直到两边的刀片接触纸管，完成刮刀与纸管的对中；纸管继续移动使刀架和转臂绕滑轴旋转，旋转过程中转动复位弹簧对转臂柔性支撑，当到达转臂的下限位置后停止旋转，顺纸管轴线方向拔出探针，完成探头刮剥作业。
如上所述，本发明的有益效果是：本发明，刮刀和刀架可以随转臂横向移动，在纸管与刮刀接触时，由于刮刀受横向力，使得转臂横向移动，实现纸管的对中；并且刮刀和刀架随转臂向下转动，通过转动复位弹簧的柔性支撑，使得纸管与刮刀之间在竖向自适应；从而实现刮刀与纸管的柔性随动；当废弃纸管在横向或者竖向偏离示教位置时，可以对带有较大随机误差的测温取样探针在刮拨废弃纸管探头时产生一定的柔顺性，降低刮剥器对机器人机械臂和探针的横向作用力，减小测温取样探针的变形。
附图说明
图1本发明实施例中探头刮剥器随动装置的结构示意图；
图2为图1的左视图；
图3为本发明实施例的爆炸视图；
图4为本发明纸管向下送入刮剥装置的示意图；
图5为本发明纸管部分脱离探针，探针送入刮剥装置进行最终刮剥的示意图。
零件标号说明：
1-安装座；11-底座；12-支座；13-弧形槽；14-安装槽；2-转臂；21-滑轴；22-转动限位销；31-刀架；32-刀片；33-连接板；34-V型槽；35-导向斜面；4-横移复位弹簧；5-转动复位弹簧；6-弹簧压板；71-安装板；72-接近开关；8-纸管；9-探针。
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，本例中示例的一种测温取样机器人用探头刮剥器随动装置，包括安装座1、刮刀、刀架31和转臂2，其中，转臂2通过滑轴21可上下转动地安装在所述安装座1上，刀架31和刮刀安装在转臂2上远离滑轴21的一侧，转臂2与安装座1之间设置有限制转臂2上下转动范围的限位机构，所述转臂2与安装座1之间设置有转动复位弹簧5；当转臂2受向下的压力时，转臂2向下转动，直至下限位置，当撤去外力时，在转动复位弹簧5作用下，转臂2转动并复位至上限位置。
其中，转臂2还能够相对于安装座1沿滑轴21的轴线方向浮动，即可以沿滑轴21的轴线方向移动，所述转臂2与安装座1之间设置有横移复位弹簧4，在不受外力时，转臂2复位；常态时，所述转动复位弹簧5使转臂2保持在上限位置。其中，刮刀固定安装在刀架31上，刀架31固定安装在转臂2上；使得刮刀和刀架31能够随所述转臂2横移和转动。
刮刀和刀架31可以随转臂2横向移动和向下转动，在纸管8(即纸管探头)与刮刀接触时，由于刮刀受横向力，使得转臂2横向移动，实现纸管8的对中；并且刮刀和刀架31随转臂2向下转动，通过转动复位弹簧5的柔性支撑，使得纸管8与刮刀之间在竖向自适应；从而实现刮刀与纸管8的柔性随动；由于废气纸管8在刮剥过程中是无法通过肉眼进行观察的，都是通过预设的示教轨迹和位置进行，因此当机器人姿态或位置发生改变后，会影响纸管8的刮剥。本发明通过横向的随动调节和竖向的转动自适应调节，在废弃纸管8在横向或者竖向偏离示教位置时，可以对带有较大随机误差的测温取样探针9在刮拨废弃纸管8探头时产生一定的柔顺性，降低刮剥器对机器人机械臂和探针9的横向作用力，减小测温取样探针9的变形。
其中，所述刀架31和刮刀所在平面均相对于安装座1的安装面倾斜(例如安装座1水平安装时，刀架31和刮刀相对于水平方向倾斜；如果安装座1倾斜安装，则相对于安装座1的倾斜安装面倾斜)，在上限位置时也处于倾斜状态，在刮刀或者刀架31受到纸管8向下的压力时，可以产生横向运动和向下转动。
本例中，所述安装座1包括底座11以及相对地设置在底座11上的两个支座12，滑轴21固定在两个所述支座12上，转臂2位于两个支座12之间，转臂2通过轴孔套装在滑轴21上，并能沿滑轴21往复移动和绕滑轴21上下转动。在另一实施方式中，可以是转臂2与滑轴21固定，滑轴21相对于安装座1转动和轴向移动。
其中，每一个支座12与转臂2之间均设置有横移复位弹簧4，横移复位弹簧4套设在滑轴21外，横移复位弹簧4的两端抵在转臂2和支座12上，支座12对转臂2的横向移动范围进行限位，常态时，转臂2通过两个横移复位弹簧4保持在中间位置。当刮刀受纸管8的横向压力后，刮刀、刀架31和转臂2整体沿受力的方向横移，便于纸管8自动对中。由于有横移复位弹簧4的支撑，因而两个方向的横移都是柔性的，避免对探针9的损坏，减小横向压力。
本例中，所述转臂2后部与滑轴21连接，转臂2的前部伸出安装座1，刀架31安装在转臂2的前端，在转臂2转动时，刀架31和刮刀均不与安装座1产生干涉，限位机构设置在转臂2中部与安装座1之间。其中，以使用时测温取样探针9朝向纸管8的一方为前方，背纸管8的一方为后方，即图1中右侧为前方，左侧为后方。
所述限位机构包括设在转臂2上的转动限位销22和设置在安装座1上的弧形槽13，转动限位销22穿设在两个支座12的安装孔中，两个支座12上均设置有弧形槽13，弧形槽13以滑轴21中心为圆心；转动限位销22伸入所述弧形槽13内，能够在弧形槽13内上下移动，弧形槽13限制转动限位销22的转动范围。
所述转臂2上安装有弹簧压板6，弹簧压板6位于安装座1上方，转动复位弹簧5下端抵在安装座1的底座11上，上端抵在弹簧压板6上。所述刮刀受到向下的外力时，通过刀架31、转臂2和弹簧压板6压缩所述转动复位弹簧5，刮刀随之向下转动；所述刮刀所受的外力消失时，转动复位弹簧5将转臂2推回上限位。
在一个实施方式中，安装座1和弹簧压板6上对应设置有安装槽14，安装槽14为盲孔或沉孔，所述转动复位弹簧5的两端分别置于对应的安装槽14内，对转动复位弹簧5起到安装支撑和限制作用。
在另一个实施方式中，所述弹簧压板6和安装座1上对应于转动复位弹簧5的位置设置有弹簧定位钉，转动复位弹簧5的两端分别套装于对应的弹簧定位钉上，通过弹簧定位钉对转动复位弹簧5的两端进行固定。
本例中，所述转臂2设置有接近开关72，用于检测转臂2是否到达上限位或下限位。具体地，接近开关72固定安装在安装板71上，安装板71固定安装在转臂2上，当转臂2处于上限位和处于接近下限位时，接近开关72给出相反的电信号，便于测温取样机器人控制系统判定测温取样探针9的位置。
在一个实施方式中，刀架31通过连接板33安装在转臂2上，刮刀包括相对设置的两个刀片32，两个刀片32在刀架31上呈间距渐缩的倒八字形布置，即两个刀片32之间的间距从上至下逐渐减小，且两刀片32之间的开口(上端间距)尺寸大于纸管8探头的外径，以便于纸管8进入时柔性对位，收口(即下端间距)尺寸小于纸管8探头的外径，以便于刀片32切入纸管8外圆，便于后续刮剥。
所述刀架31上端设置有V型槽34，两个所述刀片32对称设置于V型槽34的两边，且刀片32向V型槽34内侧凸出所述刀架31，以便于切入纸管8；V型槽34的上端入口设置有导向斜面35，即导向斜面35的斜率小于V型槽34槽壁的斜率，以便纸管8进入V型槽34时导向，当纸管8横向位置偏移较大时都能落入V型槽34口范围内，适应范围大。
本发明还提供一种采用上述测温取样机器人用刮剥器随动装置对探头刮剥的方法，如图4和图5所示，当测温取样机器人将完成测温取样作业的废弃纸管8送入探头刮剥器随动装置时，纸管8外圆首先接触刮刀其中一边的刀片32(例如图1中左侧刀片32)，推动刀架31和转臂2沿滑轴21的轴线方向横移(向左横移)，直到两边的刀片32接触纸管8，完成刮剥机构与纸管8的对中，此时纸管8继续向下移动便能使刀片32切入纸管8；纸管8继续移动使刀架31和转臂2绕滑轴21旋转，旋转过程中转动复位弹簧5对转臂2柔性支撑，并通过接近开关72判断是否到达下限位置，直到接近开关72给出信号到达转臂2的下限位置)时停止纸管8向下的送入动作，图4所示为探针9带动纸管8向下运动至刀片32切入纸管8的状态；由于刀片32切入了纸管8外圆一部分，因此沿着纸管8轴线方向向后运动可拔出一段探针9，此时探针9部分外露；再将探针9和纸管8抬起，并向纸管8前方移动一段距离后，然后重复探针9压下的送入动作，使探针9外露部分落入V型槽34底部，如图5所示，由于探针9外径小于纸管8外径，纸管8的后端面挡在刀架31上，然后顺纸管8轴线方向向后(图5中箭头方向)完全拔出探针9，完成探头刮剥作业。
本发明，解决了现有固定式探头刮剥器因测温枪高温变形对机器人手臂产生较大横向载荷的问题，提高了测温取样机器人在自动刮除纸管探头作业时的可靠性。
带有随动装置的探头刮剥器降低了测温取样机器人所受的横向载荷，减小直至消除了测温取样探针的横向载荷引起的变形。
带有随动装置的探头刮剥器依靠接近开关的电信号联锁控制测温取样机器人到位动作，及时修正机器人预设轨迹，保证的机器人控制系统的可靠性。
带有随动装置的探头刮剥器解决了低精度轨道移动平台上的测温取样机器人在高粉尘高温环境下作业的有效性和可靠性，直接提高了精炼生产的顺畅性。
本发明，以简单实用的方案实现了刮剥器两个维度的柔顺性；减小了刮剥器对机器人测温取样探针的变形影响；提高了机器人测温取样作业的可靠性。
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 (12)

1.一种测温取样机器人用探头刮剥器随动装置，其特征在于：包括安装座、刮刀、刀架和转臂，所述转臂通过滑轴可上下转动地安装在所述安装座上，且所述转臂能够相对于安装座沿滑轴的轴线方向浮动，所述转臂与安装座之间设置有限制所述转臂上下转动范围的限位机构，所述转臂与安装座之间设置有转动复位弹簧和横移复位弹簧；常态时，所述转动复位弹簧使转臂保持在上限位置；所述刮刀固定安装在刀架上，所述刀架固定安装在转臂上；所述刮刀和刀架能够随所述转臂横移和转动。
2.根据权利要求1所述的测温取样机器人用探头刮剥器随动装置，其特征在于：所述安装座包括底座以及设置在底座上的两个支座，所述滑轴固定在两个所述支座上，所述转臂位于两个支座之间，所述转臂通过轴孔套装在滑轴上，并能沿滑轴轴向移动和绕滑轴上下转动。
3.根据权利要求2所述的测温取样机器人用探头刮剥器随动装置，其特征在于：两个所述支座与转臂之间均设置有横移复位弹簧，所述横移复位弹簧的两端抵在转臂和支座上。
4.根据权利要求1所述的测温取样机器人用探头刮剥器随动装置，其特征在于：所述限位机构包括设在转臂上的转动限位销和设置在安装座上的弧形槽，所述转动限位销伸入所述弧形槽内，能够在弧形槽内上下移动并受弧形槽限位。
5.根据权利要求1所述的测温取样机器人用探头刮剥器随动装置，其特征在于：所述转臂上安装有弹簧压板，所述弹簧压板位于安装座上方，所述转动复位弹簧下端抵在所述安装座上，上端抵在所述弹簧压板上。
6.根据权利要求5所述的测温取样机器人用探头刮剥器随动装置，其特征在于：所述安装座和弹簧压板上对应设置有安装槽，所述转动复位弹簧的两端分别置于对应的安装槽内。
7.根据权利要求5所述的测温取样机器人用探头刮剥器随动装置，其特征在于：所述弹簧压板和安装座上对应于转动复位弹簧的位置设置有弹簧定位钉，所述转动复位弹簧的两端分别套装于对应的弹簧定位钉上。
8.根据权利要求1所述的测温取样机器人用探头刮剥器随动装置，其特征在于：所述转臂后部与滑轴连接，所述转臂的前部伸出所述安装座，所述刀架安装在转臂的前端，所述限位机构设置在转臂中部与安装座之间。
9.根据权利要求1所述的测温取样机器人用探头刮剥器随动装置，其特征在于：所述转臂上通过安装板安装有检测转臂是否到达上限位或下限位的接近开关。
10.根据权利要求1所述的测温取样机器人用探头刮剥器随动装置，其特征在于：所述刀架和刮刀所在平面均相对于安装座的安装面倾斜，所述刮刀包括相对设置的两个刀片，两个所述刀片在刀架上呈间距渐缩的倒八字形布置，且两刮刀之间的开口尺寸大于纸管探头的外径，收口尺寸小于纸管探头的外径。
11.根据权利要求10所述的测温取样机器人用探头刮剥器随动装置，其特征在于：所述刀架上端设置有V型槽，两个所述刀片对称设置于V型槽的两边，所述V型槽的上端入口设置有导向斜面。
12.一种测温取样机器人用探头的刮剥方法，其特征在于：采用权利要求1-11任意一项所述的测温取样机器人用探头刮剥器随动装置，测温取样机器人将完成测温取样作业的废弃纸管送入探头刮剥器随动装置时，纸管外圆首先接触其中一边的刀片，推动刀架和转臂沿滑轴的轴线方向横移，直到两边的刀片接触纸管，完成刮剥机构与纸管的对中；纸管继续移动使刀架和转臂绕滑轴旋转，旋转过程中转动复位弹簧对转臂柔性支撑，当到达转臂的下限位置后停止旋转，顺纸管轴线方向拔出探针，完成探头刮剥作业。
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