CN115415265B - 金属容器仿生清渣装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属容器仿生清渣装置及方法。清渣装置包括机械臂和安装在机械臂末端的执行机构，执行机构包括传动箱；机械臂的前端与传动箱的后端之间留有间距；还包括通过弹性机构连接在一起的固定板与活动板；活动板的上边缘、下边缘、左边缘及右边缘各自与管形空腔的对应内壁之间的间隙处分别设置有上传感器、下传感器、左传感器和右传感器；还包括至少一个水平传感器，水平传感器设置在弹性机构上前后两个相邻的部件之间。本发明通过传感器的压力值变化感知执行机构的受力状态，解决了现有技术无法实时、准确、全方位感知清渣装置工作状态的难题，而且可以减小冲击，延长设备的使用寿命，保护金属包。

Description

金属容器仿生清渣装置及方法

技术领域

本发明涉及一种清渣装置，还涉及一种清渣方法。

背景技术

钢铁行业尤其是铁水清渣设备，主要还是依靠人工现场操作，存在清渣时间长，影响钢铁生产效率，带铁、带钢多损失大，渣子清理不净，钢铁质量差等问题。如何实现自动化、无人操作，已经成为钢铁行业顺应绿色低碳环保发展趋势而必须面对的问题。

当前，清渣装置实现自动化无人操作的主要障碍之一，是无法准确感知机械臂末端的受力情况，只能依赖人工现场观察，判断设备的工作状态，无法实现真正的自动化操作。虽然通过人工视觉系统可以辅助判断设备（如渣耙或清渣板）与金属包之间的接触状态，但是金属冶炼现场环境恶劣，且存在高温辐射和光污染，严重影响视觉系统的正常工作。采用人工观看视频操作，又存在视觉系统的拍摄范围、角度有限，光线清晰度，无法满足使用要求。使用测距传感器则因为观测点过于集中，而渣耙面积较大，容易出现碰撞。

另一方面，现有的清渣感知技术，是独立的触觉传感，清渣装置无法在执行动作的同时进行感知、指示工作，既耽误时间，易产生碰撞，又增加了设备的外设，影响主体设备的运行，无法实现无人监控的自动化操作。

发明内容

本发明提出了一种金属容器仿生清渣装置金属容器仿生清渣装置及方法，其目的是：（1）解决现有技术中无法实时、准确、有效感知清渣装置在工作过程中受力和位置情况的问题；（2）解决现有的感知装置无法实时指示清渣装置动作，及时避免与金属包发生激烈碰撞的问题；（3）实现无人监控的自动化操作。

本发明技术方案如下：

一种金属容器仿生清渣装置，包括机械臂和安装在机械臂前端的执行机构，所述执行机构包括传动箱，所述机械臂的前端与传动箱的后端之间留有间距；

所述清渣装置还包括通过弹性机构连接在一起的固定板与活动板；

所述固定板竖直设置，固定在机械臂上水平设置的管形空腔之中；

所述活动板竖直设置，位于所述管形空腔之中，且位于固定板的前侧；所述活动板的上边缘、下边缘、左边缘及右边缘各自与管形空腔的对应内壁之间的间隙处分别设置有上传感器、下传感器、左传感器和右传感器；

所述清渣装置还包括至少一个水平传感器，所述水平传感器设置在弹性机构上前后两个相邻的部件之间。

作为所述金属容器仿生清渣装置的进一步改进：所述弹性机构包括螺纹杆和弹簧；所述螺纹杆的前端固定有螺杆头，后端则从前向后依次穿过传动箱、活动板和固定板后，与螺母相连接；

所述弹簧包括设置在活动板与固定板之间的第一弹簧。

作为所述金属容器仿生清渣装置的进一步改进：所述弹簧还包括设置在固定板与螺母之间的第二弹簧。

作为所述金属容器仿生清渣装置的进一步改进：所述水平传感器包括位于活动板与第一弹簧之间或者位于第一弹簧与固定板之间的前传感器。

作为所述金属容器仿生清渣装置的进一步改进：所述水平传感器包括位于固定板与第二弹簧之间或者位于第二弹簧与螺母之间的后传感器。

作为所述金属容器仿生清渣装置的进一步改进：所述水平传感器位于第一弹簧与固定板之间，或者第一弹簧与活动板之间，或者活动板与传动箱之间。

作为所述金属容器仿生清渣装置的进一步改进：所述活动板与传动箱之间设置有固定套，所述螺纹杆穿过该固定套。

作为所述金属容器仿生清渣装置的进一步改进：所述机械臂与传动箱之间的间距处包裹有软密封体。

作为所述金属容器仿生清渣装置的进一步改进：所述上传感器、下传感器、左传感器和右传感器分别通过垫块或滑轮与机械臂的内壁相接触。

本发明还提供了一种基于上述金属容器仿生清渣装置的清渣方法：控制装置控制机械臂及执行机构完成清渣动作的同时，实时获取上传感器、下传感器、左传感器、右传感器及水平传感器的压力值，然后实时进行以下判断：

当上传感器的压力值增大、且下传感器的压力值减小或者消失时，判定执行机构接触到金属渣或金属液面；

当左传感器的压力值增大、且右传感器的压力值减小或者消失时，判定执行机构接触到金属包的右侧内壁；

当右传感器的压力值增大、且左传感器的压力值减小或者消失时，判定执行机构接触到金属包的左侧内壁；

当水平传感器的压力值变化指示活动板受到向后的力时，判定执行机构接触到金属包的前侧内壁；

当水平传感器的压力值变化指示活动板受到向前的力时，判定执行机构接触到金属包的后侧内壁或包口；

控制装置根据上述判断结果，决策如何进行下一步动作。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：（1）本发明通过第一弹簧与螺纹杆实现机械臂与执行机构之间的弹性连接，同时在机械臂与活动板的缝隙处以及力的传递路径上设置传感器，从而通过传感器的压力值感知执行机构在工作时的受力状态，解决了现有技术无法在清渣装置工作时，实时同步、准确、全方位感知其工作状态的难题；（2）弹性机构还能够起到缓冲作用，减小机械机构受到的冲击，延长使用寿命；（3）通过螺母可以调整第一弹簧的初始压缩量，一方面使压力传感器的初始值在理想的范围内，另一方面也可以对缓冲能力进行精确的调整；（4）控制装置控制机械臂和执行机构动作时，同步实时捕获传感器的压力值并做出判断，依据判断结果，实施智能决策如何做出准确的动作，从而达到实时指示清渣装置，实现高效正确动作的目的，既可以快速、及时、有效地捕获到触碰信号，避免执行机构与金属包发生激烈碰撞，还可以节省时间与设备成本，实现自动化，提高工作效率，减少人员。

附图说明

图1为实施例一的结构示意图；

图2为活动板、上传感器、下传感器、左传感器和右传感器的连接关系示意图；

图3为实施例二的结构示意图；

图4为实施例三的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的技术方案：

实施例一

如图1，一种金属容器仿生清渣装置。所述清渣装置包括机械臂9和安装在机械臂9末端的执行机构。所述执行机构包括传动箱1，传动箱1的后端设有立板。所述机械臂9上设有开口向前的、水平设置的管形空腔。机械臂9的前端与传动箱1的后端之间留有间距。优选的，该间距处包裹有软密封体4，用于隔热和防尘。

所述清渣装置还包括通过弹性机构连接在一起的固定板11与活动板12。

所述固定板11竖直设置，固定在机械臂9上的管形空腔之中。

所述活动板12竖直设置，位于所述管形空腔之中，且位于固定板11的前侧，可相对于机械臂9前后移动。

本实施例中，所述弹性机构包括螺纹杆6和弹簧，其中弹簧包括第一弹簧5和第二弹簧17。

所述螺纹杆6的前端固定有螺杆头2，后端则从前向后依次穿过传动箱1、活动板12、第一弹簧5、固定板11和第二弹簧17后，与螺母8相连接。中间可以根据需要设置垫片。通过旋转螺母8，可以调整第一弹簧5及第二弹簧17的初始压缩量和弹簧给传感器的压力值。本实施例中，所述活动板12与传动箱1之间设置有固定套3，所述螺纹杆6穿过该固定套3。所述活动板12的前侧也可以是与传动箱1直接接触。

进一步的，如图2，所述活动板12的上边缘、下边缘、左边缘及右边缘各自与管形空腔的对应内壁之间的间隙处分别设置有上传感器13、下传感器14、左传感器15和右传感器16。

进一步的，所述上传感器13、下传感器14、左传感器15和右传感器16分别通过垫块或滑轮与机械臂9的内壁相接触，减少传感器及机械臂9的磨损，确保动作流畅，检测结果准确。

如图1，所述清渣装置还包括至少一个水平传感器，所述水平传感器设置在螺纹杆6所穿过的两个相邻的部件之间。

本实施例中，所述水平传感器包括前传感器7和后传感器10。

所述前传感器7位于活动板12与第一弹簧5之间，也可以设置在第一弹簧5与固定板11之间。

所述后传感器10位于第二弹簧17与螺母8之间，也可以设置在固定板11与第二弹簧17之间。

上述传感器均为压力传感器。

本实施例中包含四组弹簧及螺纹杆。实施时，可以根据情况调整弹簧与螺纹杆的数量，至少其中一组螺纹杆上配备有传感器。

基于上述金属容器仿生清渣装置的捞渣方法如下：

控制装置控制机械臂及执行机构完成清渣动作的同时，实时获取上传感器13、下传感器14、左传感器15、右传感器16、前传感器7和后传感器10的压力值，然后实时进行以下判断：

当上传感器13的压力值增大、且下传感器14的压力值减小或者消失时，判定执行机构接触到金属渣或金属液面。

当左传感器15的压力值增大、且右传感器16的压力值减小或者消失时，判定执行机构接触到金属包的右侧内壁。

当右传感器16的压力值增大、且左传感器15的压力值减小或者消失时，判定执行机构接触到金属包的左侧内壁。

当前传感器7的压力值变大、且后传感器10的压力值减小或者消失时，指示执行机构及活动板12受到向后的力，判定执行机构接触到金属包的前侧内壁。

当后传感器10的压力值增大、且前传感器7的压力值减小或者消失时，指示执行机构及活动板12受到向前的力，判定执行机构接触到金属包的后侧内壁或包口。

控制装置根据上述判断结果，决策如何进行下一步动作。

这种在固定板11分别前后布置传感器的方案，还有一个积极作用：当前传感器7与后传感器10压力同时减小甚至皆为零时，可直接判定螺纹杆6发生断裂。

固定板11的前后都布置传感器的另一个积极作用：当一个传感器出现故障无法工作时，另一个仍可以正常工作，起到一定的感知作用。

同时，在执行机构接触到金属包时，弹性机构还可以起到缓冲作用，减少机械部件所承受的冲击，提高设备寿命。

实施例二

如图3，本实施例与实施例一的不同之处在于：只有第一弹簧5，没有设置第二弹簧。同时，前传感器7和后传感器10分别位于固定板11的前后两侧。

本实施例中可通过前传感器7和后传感器10同时检测到执行机构是否接触到金属包的前壁，并由第一弹簧5提供缓冲。但执行机构接触到金属包的后侧内壁或包口时，只能通过后传感器10进行检测感应，无法缓冲。

实施例三

如图4，本实施例与实施例二相仿，只有第一弹簧，没有第二弹簧，二者的不同之处在于：前传感器7位于活动板12与固定套3之间，后传感器10位于第一弹簧5与活动板12之间。该方式只能检测是否触碰金属包前侧内壁，无法检测到执行机构是否触碰到金属包的后侧内壁。

其它实施例

所述水平传感器的位置，还可以是上述布置位置的任意组合或只取其一，也可以位于固定套3与传动箱1之间等其它能够感知到前后方向上压力变化的位置。

同上，通过在不同位置设置多个水平传感器，可以相互作为备用，提高可靠性。

Claims (9)

1.一种金属容器仿生清渣装置，包括机械臂（9）和安装在机械臂（9）前端的执行机构，所述执行机构包括传动箱（1），其特征在于：所述机械臂（9）的前端与传动箱（1）的后端之间留有间距；

所述清渣装置还包括通过弹性机构连接在一起的固定板（11）与活动板（12）；

所述固定板（11）竖直设置，固定在机械臂（9）上水平设置的管形空腔之中；

所述活动板（12）竖直设置，位于所述管形空腔之中，且位于固定板（11）的前侧；所述活动板（12）的上边缘、下边缘、左边缘及右边缘各自与管形空腔的对应内壁之间的间隙处分别设置有上传感器（13）、下传感器（14）、左传感器（15）和右传感器（16）；

所述清渣装置还包括至少一个水平传感器，所述水平传感器设置在弹性机构上前后两个相邻的部件之间；

所述弹性机构包括螺纹杆（6）和弹簧；所述螺纹杆（6）的前端固定有螺杆头（2），后端则从前向后依次穿过传动箱（1）、活动板（12）和固定板（11）后，与螺母（8）相连接；

所述弹簧包括设置在活动板（12）与固定板（11）之间的第一弹簧（5）；

上述传感器均为压力传感器。

2.如权利要求1所述的金属容器仿生清渣装置，其特征在于：所述弹簧还包括设置在固定板（11）与螺母（8）之间的第二弹簧（17）。

3.如权利要求2所述的金属容器仿生清渣装置，其特征在于：所述水平传感器包括位于活动板（12）与第一弹簧（5）之间或者位于第一弹簧（5）与固定板（11）之间的前传感器（7）。

4.如权利要求2所述的金属容器仿生清渣装置，其特征在于：所述水平传感器包括位于固定板（11）与第二弹簧（17）之间或者位于第二弹簧（17）与螺母（8）之间的后传感器（10）。

5.如权利要求1所述的金属容器仿生清渣装置，其特征在于：所述水平传感器位于第一弹簧（5）与固定板（11）之间，或者第一弹簧（5）与活动板（12）之间，或者活动板（12）与传动箱（1）之间。

6.如权利要求1所述的金属容器仿生清渣装置，其特征在于：所述活动板（12）与传动箱（1）之间设置有固定套（3），所述螺纹杆（6）穿过该固定套（3）。

7.如权利要求1所述的金属容器仿生清渣装置，其特征在于：所述机械臂（9）与传动箱（1）之间的间距处包裹有软密封体（4）。

8.如权利要求1所述的金属容器仿生清渣装置，其特征在于：所述上传感器（13）、下传感器（14）、左传感器（15）和右传感器（16）分别通过垫块或滑轮与机械臂（9）的内壁相接触。

9.基于如权利要求1所述的金属容器仿生清渣装置的清渣方法，其特征在于：控制装置控制机械臂及执行机构完成清渣动作的同时，实时获取上传感器（13）、下传感器（14）、左传感器（15）、右传感器（16）及水平传感器的压力值，然后实时进行以下判断：

当上传感器（13）的压力值增大、且下传感器（14）的压力值减小或者消失时，判定执行机构接触到金属渣或金属液面；

当左传感器（15）的压力值增大、且右传感器（16）的压力值减小或者消失时，判定执行机构接触到金属包的右侧内壁；

当右传感器（16）的压力值增大、且左传感器（15）的压力值减小或者消失时，判定执行机构接触到金属包的左侧内壁；

当水平传感器的压力值变化指示活动板（12）受到向后的力时，判定执行机构接触到金属包的前侧内壁；

当水平传感器的压力值变化指示活动板（12）受到向前的力时，判定执行机构接触到金属包的后侧内壁或包口；

控制装置根据上述判断结果，决策如何进行下一步动作。