CN115537493B - 一种铁水测温取样机器人及其操控方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于冶金设备自动控制技术领域，具体涉及一种铁水测温取样机器人及其操控方法，本发明基于同一空间直角坐标系相对于原点坐标进行相应的坐标转换，计算出破渣枪枪体枪头的空间坐标以及垂直于铁水渣面的距离h，并控制多轴机器人将测温探头按照枪体枪头插入铁水渣面的破渣孔的空间坐标插入铁水渣面以下设定的深度进行温度测量，测温探头不易损坏，保证了破渣位置深度以及测温位置和深度的稳定性，测量数据误差小，使测量数据更加准确。并且破渣枪与测温探头的驱动机构分开设计，破渣的同时，能够控制测温探头运动到破渣孔附近，当枪体枪头从铁水中拔出时，能够立即控制测温探头从破渣孔插入铁水中进行测温，更加高效，测量的数据也更加准确。

Description

一种铁水测温取样机器人及其操控方法

技术领域

本发明属冶金设备自动控制技术领域，尤其涉及一种铁水测温取样机器人及其操控方法。

背景技术

目前，炼钢厂转炉加料跨入炉铁水测温、取样为人工手动操作，测温、取样过程中受人为因素影响，人工破渣位置、破渣深度不固定，以及测温、取样插入铁水罐铁水液面的深度存在偏差，导致入炉铁水温度、成分数据偏差较大，造成转炉冶炼周期、钢水质量受到影响，而且人工测温取样操作时产生的烟尘污染周围工作环境，对操作人员造成一定伤害。

发明内容

本发明的目的是在于解决因人为因素原因导致转炉入炉前铁水罐破渣、测温、取样的位置、深度不同，造成入炉铁水温度、成分数据偏差较大，影响转炉冶炼周期及钢水质量而设计的一种铁水测温取样机器人及其操控方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种铁水测温取样机器人，包括位于同一空间直角坐标系内的支架、破渣枪、测温探头、多轴机器人、液面高度检测装置和控制装置；

所述支架右侧设置有测温工位，所述测温工位用于放置铁水罐；

所述破渣枪设置在测温工位上方，所述破渣枪包括枪架、枪体、摇摆机构和升降机构，所述枪架上端铰接在支架上，所述摇摆机构用于驱动枪架围绕铰接轴左右转动，所述枪体可沿枪架长度方向往复运动的设置在枪架上，所述升降机构用于驱动枪体沿枪架长度方向往复运动；

所述多轴机器人设置在支架上，用于驱动测温探头运动从而控制测温探头的空间位置；

所述液面高度检测装置用于检测枪架铰接点到铁水渣面的垂直距离H；

所述控制装置用于通过控制摇摆机构和升降机构设置枪架旋转角度A和枪体升降距离L，结合液面高度检测装置测得的枪架铰接点到铁水渣面的垂直距离H以及枪架长度M，通过空间直角坐标系坐标计算出枪体枪头的空间坐标以及垂直于铁水渣面的距离h；

所述控制装置还用于控制多轴机器人将测温探头按照枪体枪头插入铁水渣面破渣孔的空间坐标插入到铁水渣面以下设定的深度进行温度测量或控制多轴机器人将测温探头沿枪体枪头的运动轨迹插入到铁水渣面以下进行温度测量。

本发明的技术方案还有：所述空间直角坐标系以枪架铰接点为坐标原点，以破渣枪运动轨迹所在平面为XY平面；在所述XY平面内，以过枪架铰接点的垂线作为Y轴。

本发明的技术方案还有：所述液面高度检测装置包括第一激光测距仪，所述第一激光测距仪设置在支架上并位于所述测温工位上方。

本发明的技术方案还有：所述摇摆机构包括油缸，所述油缸铰接设置在支架上，所述油缸活塞杆端部铰接在枪架上。

本发明的技术方案还有：所述升降机构包括滑块、链条、链轮和驱动电机，所述链条通过链轮可转动的设置在支架上，所述滑块可沿枪架长度方向往复滑动的设置在枪架上，所述滑块与链条固定连接；

所述驱动电机设置在支架上，用于驱动链轮转动。

本发明的技术方案还有：还包括铁水罐位置监测装置，所述铁水罐位置监测装置包括设置在支架上的高度监测装置以及水平监测装置；

所述高度监测装置包括自上往下间隔设置的第二激光测距仪，所述第二激光测距仪用于检测铁水罐上下位置是否位于测温工位范围内；

所述水平监测装置包括水平间隔设置的第三激光测距仪，所述第三激光测距仪用于检测铁水罐的前后左右位置是否位于测温工位范围内。

本发明的技术方案还有：还包括设置在支架上的探头存送拆除装置，所述探头存送拆除装置包括探头安置架，所述探头安置架水平设置有与测温探头匹配的卡槽，所述测温探头头部向下竖直设置在卡槽内；

所述多轴机器人设置有与测温探头匹配的自动装夹连接头。

本发明的技术方案还有：还包括设置在支架上的防护网，所述多轴机器人和探头存送拆除装置设置在防护网内，所述防护网设置有安全门；

安全门与多轴机器人的工作实现连锁，安全门打开时程序锁定，多轴机器人无法操作。

本发明还公开了一种铁水测温取样机器人的操控方法，包括以下步骤：

S1、通过行车龙门钩将铁水罐吊运到测温工位后，通过液面高度检测装置测量出铁水罐中的枪架铰接点到铁水渣面的垂直距离H；

S2、控制装置利用摇摆机构和升降机构控制枪架旋转角度A和枪体升降距离L，结合步骤S1中测得的枪架铰接点到铁水渣面的垂直距离H，通过空间直角坐标系坐标计算出枪体枪头的空间坐标以及垂直于铁水渣面的距离h，并控制多轴机器人将测温探头按照枪体枪头插入铁水渣面破渣孔的空间坐标插入到铁水渣面以下设定的深度进行温度测量；

S3、所述测温探头测温数据自动显示在设置在支架上测温表上，并上传转炉操作室。

本发明的技术方案还有：步骤S1中，利用设置在支架上的高度监测装置以及水平监测装置监测铁水罐是否运送到位；

其中，所述高度监测装置包括第二激光测距仪，所述第二激光测距仪用于检测铁水罐上下位置是否位于测温工位范围内；

所述水平监测装置包括水平间隔设置的第三激光测距仪，所述第三激光测距仪用于检测铁水罐的前后左右位置是否位于测温工位范围内。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用同一坐标系相对于原点坐标进行相应的坐标转换，计算出破渣枪枪体枪头的空间坐标以及垂直于铁水渣面的距离h，并控制多轴机器人将测温探头按照枪体枪头插入铁水渣面的破渣孔的空间坐标插入铁水渣面以下设定的深度进行温度测量，测温探头不易损坏，保证了破渣位置深度以及测温位置和深度的稳定性，测量数据误差小，使测量数据更加准确。

并且破渣枪与测温探头的驱动机构分开设计，当破渣的同时，能够控制测温探头运动到破渣孔附近，当枪体枪头从铁水中拔出的同时，能够同时控制测温探头从破渣孔插入铁水中进行测温，更加高效，测量的数据也更加准确。并且测温探头测温数次后会造成测温不准，需要更换新的测温探头，而破渣枪使用寿命较长，在多轴机器人更换测温探头时，不影响破渣枪的破渣工作，更加灵活。当不需要破渣时，也能直接采用多轴机器人直接对钢水测温。

本发明能够满足转炉铁水入炉前测温、取样等操作使用要求。

附图说明

图1为本发明所述铁水测温取样机器人的结构示意图；

图2为本发明所述破渣枪的结构示意图；

图3为本发明所述探头存送拆除装置的结构示意图；

图4为本发明所述铁水测温取样机器人的工作原理图；

图中：100支架、200铁水罐、300铁水渣面、400行车龙门钩、500测温表、600指示灯、700警示灯、800操作箱、900PLC控制柜；

1破渣枪、2测温探头、3多轴机器人、31自动装夹连接头；

101枪架、102枪体；

4第一激光测距仪、5油缸、6滑块、7链条、8链轮、9驱动电机、10第二激光测距仪、11第三激光测距仪、12探头存送拆除装置、121探头安置架、122卡槽；

13防护网、14安全门。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述：

如图1所示，一种铁水测温取样机器人，包括位于同一空间直角坐标系内的支架100、破渣枪1、测温探头2、多轴机器人3、液面高度检测装置和控制装置。

所述支架100右侧设置有测温工位，所述测温工位用于放置铁水罐200。

所述破渣枪1设置在测温工位上方，所述破渣枪1包括枪架101、枪体102、摇摆机构和升降机构，所述枪架101上端铰接在支架100上，所述摇摆机构用于驱动枪架101围绕铰接轴左右转动，具体的，所述摇摆机构包括油缸5，所述油缸5铰接设置在支架100上，所述油缸5活塞杆端部铰接在枪架101上。

所述枪体102可沿枪架101长度方向往复运动的设置在枪架1上，所述升降机构用于驱动枪体102沿枪架101长度方向往复运动。具体的，如图2所示，所述升降机构包括滑块6、链条7、链轮8和驱动电机9，所述链条7通过链轮8可转动的设置在支架100上，所述滑块6可沿枪架101长度方向往复滑动的设置在枪架1上，所述滑块6与链条7固定连接；所述驱动电机9设置在支架100上，用于驱动链轮8转动。通过设置在支架100上的操作箱800操控破渣枪1的运动。

其中，所述空间直角坐标系以枪架101铰接点为坐标原点，以破渣枪1运动轨迹所在平面为XY平面；在所述XY平面内，以过枪架101铰接点的垂线作为Y轴。

所述多轴机器人3设置在支架100上，用于驱动测温探头2运动。

所述液面高度检测装置用于检测铁水渣面300在坐标系中的高度H。具体的，如图1所示，所述液面高度检测装置包括第一激光测距仪4，所述第一激光测距仪4设置在支架100上并位于所述测温工位上方。

如图1所示，所述控制装置为设置在支架100上的PLC控制柜900。所述控制装置用于通过控制摇摆机构和升降机构设置枪架101旋转角度A和枪体102升降距离L，结合液面高度检测装置测得的枪架101铰接点到铁水渣面300的垂直距离H以及枪架101长度M，通过空间直角坐标系坐标计算出枪体102枪头的空间坐标以及垂直于铁水渣面300的距离h；所述控制装置还用于控制多轴机器人3将测温探头2按照枪体102枪头插入铁水渣面300破渣孔的空间坐标插入到铁水渣面以下设定的深度进行温度测量。所述的铁水测温取样机器人还包括铁水罐位置监测装置，所述铁水罐位置监测装置包括设置在支架100上的高度监测装置以及水平监测装置。

具体的，如图4所示，枪架101下端到枪架101铰接点的距离为M，枪体102升降距离L为枪体102从枪架100下端伸出的长度，枪架101旋转角度A为枪架101与枪架101铰接点所在垂线即Y轴的夹角，枪架101铰接点到铁水渣面300的垂直距离为H；按照要求枪体102枪头要插入铁水渣面300以下的距离为垂直于铁水渣面300的距离h’。

则(H+h)/(L+M)＝cosA。根据三角函数则能够求取枪体102枪头的坐标为((L+M)sinA，H+h’，0)。而破渣孔的坐标为((L+M-h’cosA)sinA，H，0)。

所述高度监测装置包括自上往下间隔设置的第二激光测距仪10，所述第二激光测距仪10用于检测铁水罐200上下位置是否位于测温工位范围内。

所述水平监测装置包括水平间隔设置的第三激光测距仪11，所述第三激光测距仪11用于检测铁水罐200的前后左右位置是否位于测温工位范围内。

如图3所示，所述铁水测温取样机器人还包括设置在支架100上的探头存送拆除装置12，所述探头存送拆除装置12包括探头安置架121，所述探头安置架121水平设置有与测温探头2匹配的卡槽122，所述测温探头2头部向下竖直设置在卡槽122内。由于探头安置架121位置固定，即每个卡槽122对应的空间坐标固定，通过控制多轴机器人3能够实现测温探头2自动的更换和装夹。

所述多轴机器人3设置有与测温探头2匹配的自动装夹连接头31。

所述铁水测温取样机器人还包括设置在支架100上的防护网13，所述多轴机器人3和探头存送拆除装置12设置在防护网13内，所述防护网13设置有安全门14。

安全门14与多轴机器人3的工作实现连锁，安全门14打开时，位于支架100上的警示灯700闪烁响铃，程序锁定，多轴机器人3无法操作。

一种铁水测温取样机器人的操控方法，包括以下步骤：

S1、通过行车龙门钩400将铁水罐200吊运到测温工位后，通过液面高度检测装置测量出铁水罐200中的枪架101铰接点到铁水渣面300的垂直距离H。

步骤S1中，利用设置在支架100上的高度监测装置以及水平监测装置监测铁水罐200是否运送到位。

其中，所述高度监测装置包括第二激光测距仪10，所述第二激光测距仪10用于检测铁水罐200上下位置是否位于测温工位范围内。铁水罐200上口边沿不能超出第二激光测距仪10水平检测线。由于测温工位底部为地面或工台，不需要对其进行检测。

所述水平监测装置包括水平间隔设置有三个第三激光测距仪11，所述第三激光测距仪11用于检测铁水罐200的前后左右位置是否位于测温工位范围内。两端第三激光测距仪11的间距略小于铁水罐200的直径，只要三个第三激光测距仪11的检测点全部检测到铁水罐200即可满足定位要求。当水平监测装置和高度监测装置检测到铁水罐200到达测温工位后，设置在支架100上的指示灯600会显示绿色提醒。

S2、控制装置利用摇摆机构和升降机构控制枪架101旋转角度A和枪体102升降距离L，结合步骤S1中测得的枪架101铰接点到铁水渣面300的垂直距离H，通过空间直角坐标系坐标计算出枪体102枪头的空间坐标以及垂直于铁水渣面300的距离h，当枪体102枪头从铁水中拔出的同时控制多轴机器人3将测温探头2按照枪体102枪头插入铁水渣面300破渣孔的空间坐标插入到铁水渣面以下设定的深度进行温度测量。

S3、所述测温探头2测温数据自动显示在设置在支架100上测温表500上，并上传转炉操作室。

Claims (8)

1.一种铁水测温取样机器人，其特征在于：包括位于同一空间直角坐标系内的支架（100）、破渣枪（1）、测温探头（2）、多轴机器人（3）、液面高度检测装置和控制装置；

所述支架（100）右侧设置有测温工位，所述测温工位用于放置铁水罐（200）；

所述破渣枪（1）设置在测温工位上方，所述破渣枪（1）包括枪架（101）、枪体（102）、摇摆机构和升降机构，所述枪架（101）上端铰接在支架（100）上，所述摇摆机构用于驱动枪架（101）围绕铰接轴左右转动，所述枪体（102）可沿枪架（101）长度方向往复运动的设置在枪架（101）上，所述升降机构用于驱动枪体（102）沿枪架（101）长度方向往复运动；

所述多轴机器人（3）设置在支架（100）上，用于驱动测温探头（2）运动；

所述液面高度检测装置用于检测枪架（101）铰接点到铁水渣面（300）的垂直距离H；

所述控制装置用于通过控制摇摆机构和升降机构设置枪架（101）旋转角度A和枪体（102）升降距离L，结合液面高度检测装置测得的枪架（101）铰接点到铁水渣面（300）的垂直距离H以及枪架（101）长度M，通过空间直角坐标系坐标计算出枪体（102）枪头的空间坐标以及垂直于铁水渣面（300）的距离h；

所述控制装置还用于控制多轴机器人（3）将测温探头（2）按照枪体（102）枪头插入铁水渣面（300）破渣孔的空间坐标插入到铁水渣面以下设定的深度进行温度测量或控制多轴机器人（3）将测温探头（2）沿枪体（102）枪头的运动轨迹插入到铁水渣面（300）以下进行温度测量；

所述空间直角坐标系以枪架（101）铰接点为坐标原点，以破渣枪（1）运动轨迹所在平面为XY平面；在所述XY平面内，以过枪架（101）铰接点的垂线作为Y轴；

所述液面高度检测装置包括第一激光测距仪（4），所述第一激光测距仪（4）设置在支架（100）上并位于所述测温工位上方。

2.根据权利要求1所述的铁水测温取样机器人，其特征在于：所述摇摆机构包括油缸（5），所述油缸（5）铰接设置在支架（100）上，所述油缸（5）活塞杆端部铰接在枪架（101）上。

3.根据权利要求1所述的铁水测温取样机器人，其特征在于：所述升降机构包括滑块（6）、链条（7）、链轮（8）和驱动电机（9），所述链条（7）通过链轮（8）可转动的设置在支架（100）上，所述滑块（6）可沿枪架（101）长度方向往复滑动的设置在枪架（101）上，所述滑块（6）与链条（7）固定连接；

所述驱动电机（9）设置在支架（100）上，用于驱动链轮（8）转动。

4.根据权利要求1所述的铁水测温取样机器人，其特征在于：还包括铁水罐位置监测装置，所述铁水罐位置监测装置包括设置在支架（100）上的高度监测装置以及水平监测装置；

所述高度监测装置包括第二激光测距仪（10），所述第二激光测距仪（10）用于检测铁水罐（200）上下位置是否位于测温工位范围内；

所述水平监测装置包括水平间隔设置的第三激光测距仪（11），所述第三激光测距仪（11）用于检测铁水罐（200）的前后左右位置是否位于测温工位范围内。

5.根据权利要求1所述的铁水测温取样机器人，其特征在于：还包括设置在支架（100）上的探头存送拆除装置（12），所述探头存送拆除装置（12）包括探头安置架（121），所述探头安置架（121）水平设置有与测温探头（2）匹配的卡槽（122），所述测温探头（2）头部向下竖直设置在卡槽（122）内；

所述多轴机器人（3）设置有与测温探头（2）匹配的自动装夹连接头（31）。

6.根据权利要求5所述的铁水测温取样机器人，其特征在于：还包括设置在支架（100）上的防护网（13），所述多轴机器人（3）和探头存送拆除装置（12）设置在防护网（13）内，所述防护网（13）设置有安全门（14）；

安全门（14）与多轴机器人（3）的工作实现连锁，安全门（14）打开时程序锁定，多轴机器人（3）无法操作。

7.一种权利要求1-6任一所述铁水测温取样机器人的操控方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过行车龙门钩（400）将铁水罐（200）吊运到测温工位后，通过液面高度检测装置测量出铁水罐（200）中的枪架（101）铰接点到铁水渣面（300）的垂直距离H；

S2、控制装置利用摇摆机构和升降机构控制枪架（101）旋转角度A和枪体（102）升降距离L，结合步骤S1中测得的枪架（101）铰接点到铁水渣面（300）的垂直距离H，通过空间直角坐标系坐标计算出枪体（102）枪头的空间坐标以及垂直于铁水渣面（300）的距离h，并控制多轴机器人（3）将测温探头（2）按照枪体（102）枪头插入铁水渣面（300）破渣孔的空间坐标插入到铁水渣面（300）以下设定的深度进行温度测量；

S3、所述测温探头（2）测温数据自动显示在设置在支架（100）上测温表（500）上，并上传转炉操作室。

8.根据权利要求7所述的铁水测温取样机器人的操控方法，其特征在于：步骤S1中，利用设置在支架（100）上的高度监测装置以及水平监测装置监测铁水罐（200）是否运送到位；

其中，所述高度监测装置包括自上往下间隔设置的第二激光测距仪（10），所述第二激光测距仪（10）用于检测铁水罐（200）上下位置是否位于测温工位范围内；

所述水平监测装置包括水平间隔设置的第三激光测距仪（11），所述第三激光测距仪（11）用于检测铁水罐（200）的前后左右位置是否位于测温工位范围内。