CN114256718B - 鱼雷罐自动插拔系统及插拔方法 - Google Patents
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Abstract
鱼雷罐自动插拔系统及插拔方法。本发明组成包括：鱼雷罐插头母头，所述的鱼雷罐插头母头安装在鱼雷罐上；鱼雷罐插头公头，所述的鱼雷罐插头公头安装在插拔机构的执行端上，所述的插拔机构的固定端通过连接法兰与工业机器人系统连接，所述的连接法兰上安装有激光视觉系统。所述的工业机器人系统包括机器人本体，所述的机器人本体通过连接电缆与控制系统连接，所述的控制系统与示教器连接。本发明采用激光视觉来检测鱼雷罐车上插头公头的位置，配合机器人及特殊设计的插拔机构，可实现鱼雷罐自动插拔取电；机器人柔性好，可执行复杂动作；稳定性高，能适用恶劣的工作工作，维护成本及工作量少；工作半径大，可满足各类鱼雷罐车的自动插拔工作。
Description
技术领域：
本发明涉及一种鱼雷罐自动插拔系统。
背景技术：
鱼雷罐是装铁水的容器，通过专用运输火车实现铁水的较远程转运，将铁水从炼铁厂高炉运到炼钢厂倒灌间。到了倒灌间，通过旋转机构将鱼雷罐旋转，从而将铁水倒出。一个鱼雷罐本体加上里面的钢水重量约300-400吨，旋转需要的电机功率较大，而专用运输火车上没有大功率电力供应，需要通过外部取电，采用插头的方式连接。
目前基本上采用的是人工的方式来实现（如图1所示）。该工作环境，温度高且有大量铁鳞，工作劳动强度大，当前做该工作岗位的人员，绝大部分是60后，部分70后，年轻人不愿意干，企业面临用工风险。另外从人文方面考虑，也迫切需要改造。
目前也有部分自动化设备来执行插拔，但稳定性不高成功率在50%左右。关键的问题有两个方面，一时定位不准，视觉系统的精度不够，导致不能正确插拔，是视觉硬件和软件算法的问题；二是插拔机构的结构问题，不能稳定的正确实现插拔。只要解决了这两个方面的问题，实现自动插拔就能成功。
而目前鱼雷罐自动插拔的方式，具有两个难点：
（1）鱼雷罐专用运输货车本身车体差异、停车位置的差异、插头母头的尺寸差异等，使得鱼雷罐车上的插头母头的位置不确定；
（2）鱼雷罐车的插头公头和母头的连接和锁紧方式，是按人工操作的便捷性来设计的，不便于采用自动化的方式，增加插拔机构的设计难度。
发明内容：
本发明的目的是提供一种鱼雷罐自动插拔系统。可靠且稳定的插拔机构，保证稳定可靠的插拔，满足各类鱼雷罐车的自动插拔工作。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种鱼雷罐自动插拔系统，包括：
鱼雷罐插头母头，所述的鱼雷罐插头母头安装在鱼雷罐上；
鱼雷罐插头公头，所述的鱼雷罐插头公头安装在插拔机构的执行端上，所述的插拔机构的固定端通过安装法兰与工业机器人系统连接，所述的安装法兰上安装有激光视觉系统。
所述的鱼雷罐自动插拔系统，所述的插拔机构包括安装法兰，所述的安装法兰与机器人法兰相连，所述的安装法兰一侧安装有伺服电机，所述的伺服电机与减速机连接，所述的减速机通过锁紧套与螺杆连接，所述的减速机固定在过渡法兰上，所述的过渡法兰通过导杆、直线轴承与安装法兰连接，所述的导杆固定在所述的过渡法兰上，所述的导杆与所述的直线轴承间隙配合且相对滑动，所述的导杆上安装有弹簧一，固定板安装在过渡法兰上，所述的固定板用于固定鱼雷罐插头公头；弹簧二安装在压杆上，压杆与过渡法兰间隙配合连接。
所述的鱼雷罐自动插拔系统，所述的减速机的输出端上固定有锁紧套，气缸安装板固定在固定板上，导向杆固定在气缸安装板上，气缸固定在所述的气缸安装板上。
所述的鱼雷罐自动插拔系统，所述的工业机器人系统包括机器人本体，所述的机器人本体通过连接电缆与控制系统连接，所述的控制系统与示教器连接。
所述的鱼雷罐自动插拔系统，所述的激光视觉系统采用三维智能轮廓扫描传感器。
所述的鱼雷罐自动插拔系统，所述的鱼雷罐插头母头包括固定法兰、导电柱、卡槽，所述的固定法兰固定在鱼雷罐车上；所述的导电柱与所述的鱼雷罐插头公头的导电柱对接。
所述的鱼雷罐自动插拔系统，所述的鱼雷罐插头公头包括拉扣，所述的拉扣与所述的鱼雷罐插头母头的卡槽连接，
压下弹簧压板，将鱼雷罐插母头和鱼雷罐插头公头对齐紧贴，然后松开弹簧压板，所述的拉扣就扣在卡槽上，拧紧锁紧螺杆，锁紧滑板就会与导向板相对运动，然后将拉扣紧紧扣在卡槽上，拉扣、卡槽形成锁紧机构，使得鱼雷罐插母头和鱼雷罐插头公头紧紧贴合。
一种利用鱼雷罐自动插拔系统的插拔方法，
（1）当鱼雷罐车到达倒灌间，系统车身位置检测部分提示、引导司机将车停靠在指定位置，保证鱼雷罐车在轨道方向的偏差保证在±300毫米；
（2）激光视觉系统对鱼雷罐车进行扫描，找出鱼雷罐插头母头位置，并计算出坐标值；
（3）机器人根据激光视觉系统给定的坐标运动至指定位置，将鱼雷罐插头公头和鱼雷罐插头母头对齐；
（4）气缸向上动作，压缩弹簧二；
（5）伺服电机启动，带动螺杆旋转，到达指定的力矩后，伺服电机停止，锁紧机构处于锁紧状态；
（6）鱼雷罐车旋转系统检测到通电信号后，系统启动，倾倒罐内铁水，完成后发信号给机器人自动插拔系统 ；
（7）伺服电机启动，带动螺杆旋转，旋转锁紧时对应的圈数，将螺杆退出，锁紧机构处于放松状态；
（8）气缸向下动作，弹簧二复位；
（9）机器人退回原位，完成一次插拔作业。
本发明的有益效果：
本发明采用激光视觉来检测鱼雷罐车上插头公头的位置，配合机器人及特殊设计的插拔机构，可实现鱼雷罐自动插拔取电。本自动插拔系统充分发挥激光视觉和机器人两者优势，激光视觉不需要外部光源，可适用各类天气状况，不受光线强弱变化的影响；机器人柔性好，可执行复杂动作；稳定性高，能适用恶劣的工作工作，维护成本及工作量少；工作半径大，可满足各类鱼雷罐车的自动插拔工作。
本发明通过激光三维视觉扫描来确定鱼雷罐插头的位置，通过软件算法，转换为三维坐标，精确引导机器人进行插拔，定位精度±0.2毫米。激光三维视觉不受外部环境的影响，外部光线的强弱、白天与黑夜差别，晴天雨阴天的差别，以及不太严重粉尘环境都可正产的使用，提高了系统的抗环境干扰能力，提高了系统的可靠性。
本发明采用弹簧缓冲机构，补偿机器人位移，以保证插头的公母头能紧密贴合；保证插头上的锁紧拉杆能与锁紧螺杆一直贴合，保证锁紧的可靠性。
本发明采用导杆，限制插头卡扣的运行方向，以保证卡扣能顺利通过卡扣槽，保证插拔稳定可靠。
本发明采用伺服拧紧，伺服电机采用力矩模式，保证拧紧的可靠性。
本发明锁紧套与锁紧螺杆一直保持连接状态，保证了系统的可靠性，避免了锁紧套与锁紧螺杆连接不上或不稳定从而影响整个系统的稳定性。
附图说明：
附图1是本发明的结构示意图。
附图2是本发明鱼雷罐插头公头安装在插拔机构时的示意图。
附图3是本发明插拔机构的结构示意图。
附图4是本发明鱼雷罐插头公头的结构示意图。
附图5是本发明鱼雷罐插头母头的结构示意图。
具体实施方式：
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本发明提供了一种鱼雷罐机器人自动插拔系统，主要由：插拔机构、机器人系统、激光视觉系统和控制系统等组成。
鱼雷罐插头母头1安装在鱼雷罐上；
如附图1所示，所述的鱼雷罐插头公头3安装在插拔机构4的执行端上，所述的插拔机构的固定端通过安装法兰14与工业机器人系统5连接，所述的安装法兰14上安装有激光视觉系统2；
激光视觉系统采用三维智能轮廓扫描传感器，根据检测的精度、视野要求选择2140系列。 通过扫描插头母头，检测出插头母头的位置坐标，为机器人执行插拔动作做引导。
所述的工业机器人系统5包括机器人本体51，所述的机器人本体51通过连接电缆52与控制系统53连接，所述的控制系统53与示教器54连接。
机器人本体采用库卡六轴210机器人，工作范围大，负载足够，防护等级高，工作性能可靠，能适应现场环境的要求。机器人参数见表1。
表1机器人参数表
如附图2-3所示，插拔机构由安装法兰14、伺服电机15、减速机16、直线轴承17、导杆18、弹簧一19、过渡法兰20、固定板21、弹簧二22、压杆23、锁紧套24、导向柱25、气缸安装板26、气缸27组成。
所述的插拔机构包括安装法兰14，所述的安装法兰14与机器人法兰相连，所述的安装法兰14一侧安装有伺服电机15，所述的伺服电机15与减速机16连接，所述的减速机16通过锁紧套24与螺杆12连接，所述的减速机16固定在过渡法兰20上，所述的过渡法兰20通过导杆18、直线轴承17与安装法兰14连接，所述的导杆18固定在所述的过渡法兰20上，所述的导杆18与所述的直线轴承17间隙配合且相对滑动，所述的导杆18上安装有弹簧一19，作为缓冲元件，固定板21安装在过渡法兰20上，所述的固定板21用于固定鱼雷罐插头公头3；弹簧二22安装在压杆28上，作为缓冲元件，压杆23与过渡法兰20间隙配合连接。
采用伺服电机15力矩模式拧紧，可控制拧紧力矩，保证可靠拧紧；导杆18及弹簧一19，保证机器人可将插头的公头和母头完全贴合而不会让机器人因硬接触而报警；压杆28及弹簧二22保证插头拉杆与锁紧螺杆稳定连接。
所述的减速机16的输出端上固定有锁紧套24，气缸安装板25固定在固定板21上，导向杆26固定在气缸安装板25上，气缸27固定在所述的气缸安装板25上。
如附图5所示，所述的鱼雷罐插头母头1包括固定法兰6、导电柱7、卡槽8，所述的固定法兰6固定在鱼雷罐车上；所述的导电柱7与所述的鱼雷罐插头公头6的导电柱对接，将电传导过来；
所述的鱼雷罐插头公头3包括拉扣9，所述的拉扣9与所述的鱼雷罐插头母头1的卡槽8连接，
压下弹簧压板10，将鱼雷罐插母头1和鱼雷罐插头公头3对齐紧贴，然后松开弹簧压板10，所述的拉扣9就扣在卡槽8上，拧紧锁紧螺杆12，锁紧滑板11就会与导向板（13）相对运动，然后将拉扣9紧紧扣在卡槽8上，拉扣9、卡槽8形成锁紧机构，使得鱼雷罐插母头1和鱼雷罐插头公头3紧紧贴合。
实施例2：
根据实施例1所述的鱼雷罐机器人自动插拔系统，其插拔方法：
（1）当鱼雷罐车到达倒灌间，系统车身位置检测部分提示、引导司机将车停靠在指定位置，保证鱼雷罐车在轨道方向的偏差保证在±300毫米；
（2）激光视觉系统2对鱼雷罐车进行扫描，找出鱼雷罐插头母头1位置，并计算出坐标值；
（3）机器人根据激光视觉系统2给定的坐标运动至指定位置，将鱼雷罐插头公头3和鱼雷罐插头母头1对齐；
（4）锁扣气缸27向上动作，压缩弹簧二22；
（5）伺服电机15启动，带动螺杆12旋转，到达指定的力矩后，伺服电机15停止，锁紧机构处于锁紧状态；
（6）鱼雷罐车旋转系统检测到通电信号后，系统启动，倾倒罐内铁水，完成后发信号给机器人自动插拔系统 ；
（7）伺服电机15启动，带动螺杆12旋转，旋转锁紧时对应的圈数，将螺杆12退出，锁紧机构处于放松状态；
（8）气缸27向下动作，弹簧二22复位；
（9）机器人退回原位，完成一次插拔作业。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (3)
1.一种鱼雷罐自动插拔系统，其特征在于，包括：
鱼雷罐插头母头（1），所述的鱼雷罐插头母头（1）安装在鱼雷罐上；
鱼雷罐插头公头（3），所述的鱼雷罐插头公头（3）安装在插拔机构（4）的执行端上，所述的插拔机构的固定端通过安装法兰（14）与工业机器人系统（5）连接，所述的安装法兰（14）上安装有激光视觉系统（2）；
所述的插拔机构包括安装法兰（14），所述的安装法兰（14）与机器人法兰相连，所述的安装法兰（14）一侧安装有伺服电机（15），所述的伺服电机（15）与减速机（16）连接，所述的减速机（16）通过锁紧套（24）与螺杆（12）连接，所述的减速机（16）固定在过渡法兰（20）上，所述的过渡法兰（20）通过导杆（18）、直线轴承（17）与安装法兰（14）连接，所述的导杆（18）固定在所述的过渡法兰（20）上，所述的导杆（18）与所述的直线轴承（17）间隙配合且相对滑动，所述的导杆（18）上安装有弹簧一（19），固定板（21）安装在过渡法兰（20）上，所述的固定板（21）用于固定鱼雷罐插头公头（3）；弹簧二（22）安装在压杆（28）上，压杆（23）与过渡法兰（20）间隙配合连接；
所述的减速机（16）的输出端上固定有锁紧套（24），气缸安装板（25）固定在固定板（21）上，导向杆（26）固定在气缸安装板（25）上，气缸（27）固定在所述的气缸安装板（25）上；
采用伺服电机（15）力矩模式拧紧，控制拧紧力矩；
导杆（18）及弹簧一（19），保证机器人可将插头的鱼雷罐插头公头（3）和鱼雷罐插头母头（1）完全贴合而不会让机器人因硬接触而报警；压杆（28）及弹簧二（22）保证插头拉杆与锁紧螺杆稳定连接；
锁紧套（24）与螺杆（12）一直保持连接状态；
所述的工业机器人系统（5）包括机器人本体（51），所述的机器人本体（51）通过连接电缆（52）与控制系统（53）连接，所述的控制系统（53）与示教器（54）连接；
所述的鱼雷罐插头母头（1）包括固定法兰（6）、导电柱（7）、卡槽（8），所述的固定法兰（6）固定在鱼雷罐车上；所述的导电柱（7）与所述的鱼雷罐插头公头（3）的导电柱（7）对接；
所述的鱼雷罐插头公头（3）包括拉扣（9），所述的拉扣（9）与所述的鱼雷罐插头母头（1）的卡槽（8）连接，压下弹簧压板（10），将鱼雷罐插母头（1）和鱼雷罐插头公头（3）对齐紧贴，然后松开弹簧压板（10），所述的拉扣（9）就扣在卡槽（8）上；拧紧螺杆（12），锁紧滑板（11）就会与导向板（13）相对运动，然后将拉扣（9）紧紧扣在卡槽（8）上，拉扣（9）、卡槽（8）形成锁紧机构，使得鱼雷罐插母头（1）和鱼雷罐插头公头（3）紧紧贴合。
2.根据权利要求1所述的鱼雷罐自动插拔系统，其特征在于，所述的激光视觉系统（2）采用三维智能轮廓扫描传感器。
3.一种利用权利要求1-2之一所述的鱼雷罐自动插拔系统的插拔方法，其特征在于，
（1）当鱼雷罐车到达倒灌间，系统车身位置检测部分提示、引导司机将车停靠在指定位置，保证鱼雷罐车在轨道方向的偏差保证在±300毫米；
（2）激光视觉系统（2）对鱼雷罐车进行扫描，找出鱼雷罐插头母头（1）位置，并计算出坐标值；
（3）机器人根据激光视觉系统（2）给定的坐标运动至指定位置，将鱼雷罐插头公头（3）和鱼雷罐插头母头（1）对齐；
（4）锁扣气缸（27）向上动作，压缩弹簧二（22）；
（5）伺服电机（15）启动，带动螺杆（12）旋转，到达指定的力矩后，伺服电机（15）停止，锁紧机构处于锁紧状态；
（6）鱼雷罐车旋转系统检测到通电信号后，系统启动，倾倒罐内铁水，完成后发信号给机器人自动插拔系统 ；
（7）伺服电机（15）启动，带动螺杆（12）旋转，旋转锁紧时对应的圈数，将螺杆（12）退出，锁紧机构处于放松状态；
（8）气缸（27）向下动作，弹簧二（22）复位；
（9）机器人退回原位，完成一次插拔作业。
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