CN210757744U - 一种机器人测温取样控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种机器人测温取样控制系统，包括：机器人单元、控制单元、路径采集单元、受控单元和用于监测受控单元工作状态的监测单元；机器人单元包括互相连接的机器人本体和机器人控制装置，受控单元至少包括设置于机器人本体的测温取样单元；机器人控制装置根据控制单元发出的控制指令驱动机器人本体完成测温取样预期的控制动作；本实用新型可以实现对机器人的灵活控制，通过测温取样控制系统集中管控各受控单元，让人免于高危作业环境，避免繁琐的机器人编程与示教器操作，本实用新型中的控制模式和操作过程具有较高的灵活性、高效性及便用性。

Description

一种机器人测温取样控制系统

技术领域

本实用新型涉及冶金领域和智能机器人领域，尤其涉及一种机器人测温取样控制系统。

背景技术

冶金作业流程中，测温取样作为保证冶炼质量的一项重要手段，被广泛应用于炼铁炼钢环节，如高炉出铁场铁水测温取样、转炉钢水测温取样、电炉钢水测温取样、精炼炉钢水测温取样、连铸中间包测温取样等。测温取样工作面临高温、高飞溅、高粉尘等恶劣环境因素，人工测温取样具有较高的危险性与不稳定性。基于机器人的测温取样作业系统是一种危险性低且作业能力稳定的机器代人作业模式，已经得到初步的应用与广泛的关注，其成功将操作人员的作业环境从恶劣的高温现场转为更为安全的中控室。

目前，现有的测温取样作业系统中机器人的控制较为孤立，主要以机器人自身的示教编程为主，固化路径程序并简单进行测温取样的起停控制，这种模式不仅对操作工的机器人语言编程能力与示教器操作水平要求较高，且过度依耐示教器对机器人进行控制不利于机器人系统与整个作业系统的融合，控制过程缺乏灵活性，对整个测温取样作业系统的作业效率影响较大。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型提供一种机器人测温取样控制系统，以解决上述技术问题。

本实用新型提供的机器人测温取样控制系统，包括：

机器人单元、控制单元、路径采集单元、受控单元和用于监测受控单元工作状态的监测单元；

所述机器人单元包括互相连接的机器人本体和机器人控制装置，所述受控单元至少包括设置于机器人本体的测温取样单元；

所述路径采集单元的输出端与控制单元的输入端连接，所述控制单元的输出端与受控单元的输入端连接，所述监测单元的输出端与控制单元的输入端连接，所述控制单元的输出端与机器人控制装置的输入端连接，所述机器人控制装置根据控制单元发出的控制指令驱动机器人本体完成测温取样预期的控制动作。

可选的，所述控制单元包括：本地控制单元、远程控制单元和上位控制单元，所述上位控制单元分别与路径采集单元、受控单元和监测单元连接，所述上位控制单元分别与所述本地控制单元和远程控制单元连接，用于根据各受控单元当前状态和用户的输入指令生成控制指令，所述用户的输入指令通过本地控制单元进行本地输入和/或通过远程控制单元进行远程输入。

可选的，所述本地控制单元包括炉前控制柜，所述炉前控制柜设置有状态信号显示装置、模式切换装置、报警装置、紧急开关装置。

可选的，所述远程控制单元包括工控机、显示装置和通信装置，所述工控机通过通信装置与上位控制单元连接。

可选的，所述上位控制单元至少包括控制器和输入输出模块，所述控制器分别与工控机和炉前控制柜连接。

可选的，所述测温取样单元包括用于进行测温取样的探头和用于对所述探头进行固定的探头固定装置，所述探头末端用于接插取样器或温度传感装置，并通过所述探头固定装置与机器人本体可拆卸式连接。

可选的，所述受控单元还包括视觉单元、探头存储装置和用于对探头进行拆卸、装载的探头装卸装置，所述视觉单元、测温取样单元、探头存储装置和探头装卸装置分别与所述控制器连接。

可选的，还包括路径处理单元，所述路径处理单元与路径采集单元连接，所述路径处理单元包括工艺点设置单元、用于根据工艺点将原始测温取样路径划分为多个由不同工艺点之间形成的子路径的子路径单元、用于对所述子路径进行编号的编号单元，以及对编号进行存储的存储单元。

可选的，所述上位控制单元与路径处理单元连接，用于根据用户输入指令和受控单元的当前状态，生成可执行路径，所述可执行路径为所述子路径编号的选取与排序，所述上位控制单元通过按序调用路径处理单元的子路径，控制机器人依序到达目标工艺点。

可选的，所述工艺点至少包括探头装卸点、停机点、待机点、测温悬停点、测温点、测温回退点、检修点和避障点中的一种或几种的组合。

可选的，所述控制动作至少包括：机器人从当前位置到任意工艺点的正反向运行，测温取样动作的启动、停止，视觉信号获取、复位，探头装载与卸载中的一种或几种的组合。

可选的，所述控制器为可编程逻辑控制器。

本实用新型的有益效果：本实用新型中的机器人测温取样控制系统，可以通过上位控制单元与机器人自身控制系统的信号交互，实现对机器人的灵活控制，同时通过获取各受控单元的当前状态，并通过逻辑处理向各受控单元发送连锁指令及信号，本实用新型通过测温取样控制系统集中管控各受控单元，让人免于高危作业环境，避免繁琐的机器人编程与示教器操作，本实用新型中的控制模式和操作过程具有较高的灵活性、高效性及便用性。

附图说明

图1是本实用新型实施例中的机器人测温取样控制系统的结构关系示意图。

图2是本实用新型实施例中的机器人测温取样控制方法中机器人路径控制示意图。

图3是本发明实施例中的机器人测温取样控制方法的单元布局示意图。

附图标记说明：

1-机器人本体，2-测温取样枪，3-温度传感器，4-炉门，5-电炉炉体，6-探头存储装置，7-机器人控制装置，8-测温检测仪，9-本地控制单元，10-远程控制单元，11-上位控制单元，12-视觉单元。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

在下文描述中，探讨了大量细节，以提供对本实用新型实施例的更透彻的解释，然而，对本领域技术人员来说，可以在没有这些具体细节的情况下实施本实用新型的实施例是显而易见的，在其他实施例中，以方框图的形式而不是以细节的形式来示出公知的结构和设备，以避免使本实用新型的实施例难以理解。

如图1、3所示，本实施例中的机器人测温取样控制系统，包括：机器人单元1、控制单元、路径采集单元、受控单元和用于监测受控单元工作状态的监测单元；

所述机器人单元包括互相连接的机器人本体1和机器人控制装置2，所述受控单元至少包括设置于机器人本体1的测温取样单元；

所述路径采集单元的输出端与控制单元的输入端连接，所述控制单元的输出端与受控单元的输入端连接，所述监测单元的输出端与控制单元的输入端连接，所述控制单元的输出端与机器人控制装置2的输入端连接，所述机器人控制装置2根据控制单元发出的控制指令驱动机器人本体1完成测温取样预期的控制动作。

在本实施例中，控制单元是整个系统的核心，主要包括本地控制单元9、远程控制单元10和上位控制单元11，上位控制单元11分别与路径采集单元、受控单元和监测单元连接，上位控制单元11分别与本地控制单元9和远程控制单元10连接，用于根据各受控单元当前状态和用户的输入指令生成控制指令，其中，用户的输入指令通过本地控制单元进行本地输入和/或通过人机交互单元进行远程输入。

在本实施例中上位控制单元11，分别与本地控制单元9和远程控制单元10连接，用于根据各受控单元当前状态和用户的输入指令生成控制指令。上位控制单元包含控制柜、控制器和输入输出模块(I/O模块)本实施例中的控制器以最常见的PLC(ProgrammableLogic Controller，可编程逻辑控制器)为例，其中控制器为运行测温取样的主控制器件，可以接收本地控制单元或远程人机交互单元的输入指令，同时接收各受控单元当前状态，综合输入指令和受控单元状态进行逻辑处理，并向各受控单元发送连锁指令及信号，主要具备以下控制功能：

1)自动模式下对各受控单元进行连锁控制，可一键起停测温取样全套动作，且可在任意状态下切换至手动控制模式；

2)手动模式下对各受控单元进行单独控制，控制动作包含但不限于机器人在各工艺点间的往返、探头存储装置的装卸动作、与视觉单元连接通断及信息交互；

3)通过人工纠偏/视觉纠偏模式选择可获取视觉单元12或远程控制单元10根据测温取样目标点状态变化输入的路径偏移数据，并引导机器人进行测温路径的纠偏；

4)通过本地/远程模式选择可获取本地控制单元9或远程控制单元10的指令；

5)修改各工艺点坐标值及复位至原始值；

6)任意模式下实时获取机器人的当前坐标值。

在本实施例中，本地控制单元9主要由炉前控制柜组成，柜上设有状态信号显示装置、模式切换装置、报警装置、紧急开关装置，炉前控制柜柜内元件通过硬接线与上位控制单元连接。

在本实施例中，远程控制单元10置于中控室内，主要包括工控机、显示装置，其中工控机进行运行操作界面程序，并通过网络与上位控制单元进行通信，显示装置的显示界面可以显示系统及各受控系统当前状态、模式选择按钮、控制按钮、路径纠偏数据输入接口。

在本实施例中，受控单元包含但不限于机器人单元、视觉单元12、探头存储装置6、测温取样单元，本实施例中的测温取样单元包括测温取样枪2和温度传感器3，各受控单元通过网络与PLC上位控制单元进行指令与信号的传输通信。

在本实施例中，还包括路径处理单元，所述路径处理单元具有路径处理、编号、存储功能，用于采集原始路径，并于原始路径上设置多个工艺点，根据工艺点将原始路径划分为多个由不同工艺点之间形成的子路径，最后对各个子路径进行编号存储。首先可以在电炉平台进行机器人示教操作，基于电炉炉门4实际位置得到机器人整套测温取样动作的原始路径，并通过示教器运行确定该路径能够完成整套测温取样动作，然后在机器人测温取样的路径上确定多个工艺点，并基于工艺点将整套路径分解为多个子路径，对子路径进行命名或编号，存储于机器人中，其中不同子路径用于实现不同工艺点间的往返。

本实施例中，所述上位控制单元11基于用户指令与受控单元当前状态，生成可执行路径，所述可执行路径为所述子路径编号的选取与排序，用于按序调用路径单元的子路径，控制机器人依序到达目标工艺点，完成机器人测温取样中的各种组合动作。，同时通过在路径程序中增加状态标志位的方式，来实现与上位控制单元11的交互。

本实施例中的受控单元还包括视觉单元12、用于温度传感的温度监测装置、探头存储装置6和用于对探头进行拆卸、装载的探头装卸装置，视觉单元、温度监测装置、探头存储装置6和探头装卸装置分别与所述控制器连接。可以通过单步控制机器人沿所选的可执行路径进行测温并运行至探头装卸点，或连续控制机器人沿测温路径进行测温并运行至探头装卸点，再通过探头装卸装置进行自动装载探头或卸载探头。

在本实施例中，可以通过远程控制的方式自定义控制模式，控制模式主要分为手动模式、测温模式、视觉纠偏、远程模式等，通过本地控制单元或远程控制单元的控制按钮触发控制动作，上位控制单元综合获取的控制指令和各受控单元当前状态，通过逻辑处理，产生具有一定时序特征的控制指令及可执行程序编号信号，分别传输至各受控单元。其中，视觉纠偏可以通过视觉单元12获取炉门位置的偏移数据，根据偏移数据对所述路径进行纠偏处理，纠偏处理包括将所述偏移数据补偿至相应工艺点对应的坐标值上，逻辑处理方式和纠偏处理方式可以采用现有技术中的常规处理方式。

在本实施例中，在机器人测温取样的路径上确定探头装卸点、停机点、待机点、测温悬停点、测温点、测温回退点、检修点、避障点，其中停机点与待机点值相同，检测点与壁障点值相同，如图2所示；基于已确定的工艺点分解测温取样路径，得到多个子路径，例如：探头装卸点与待机点的往返路径、待机点至测温悬停点路径、测温悬停点至测温点路径、测温点至测温回退点路径、测温回退点至探头装卸点路径、待机点至检修点(避障点)路径，并保留测温取样整套路径；在所有路径中增加状态标志位用于与上位控制单元进行交互，并将完整测温路径与其他子路径程序一同编号保存于机器人控制装置中。

在本实施例中，可以通过本地控制单元9或远程控制单元10的控制按钮触发控制动作，上位控制单元11综合获取的控制指令和各受控单元当前状态，通过逻辑处理，产生具有一定时序特征的控制指令及可执行路径编号信号，分别传输至各受控单元，例如在操作界面点击至待机点按钮，并根据当前位与待机点距离，选择正向或反向运行，确认后PLC生成可路径的编号序列组合，并向机器人按顺序发送需要调用的子路径编号；机器人按序运行选定路径程序后到达待机位，同时置位各状态标志位信号后供PLC读取，并实时显示于远程控制单元的显示界面；机器人至待机位后，点击视觉数据请求按钮，请求当前炉门基于示教时炉门位置的偏移数据，如显示获取数据成功，偏移数据自动通过PLC发送到机器人端并叠加到测温悬停点、测温点、测温回退点的坐标值上，如获取数据失败，点击视觉数据复位并重新请求数据，直至获取数据成功。

在本实施例中，在手动模式下，可以实现对各受控单元的单独控制，可提高灵活性，通过手动控制模式完成对机器人在任意两工艺点间的正方向运行控制，工艺点坐标值修改，提高机器人操作的灵活性及便用性；在自动模式下测温取样的一键完成，可提高作业效率，与视觉单元的连锁与数据交互，使作业系统实时了解炉门状态，以优化测温路径。

本实施例中的控制器也可以是通用处理器，包括中央处理器(CentralProcessing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－ProgrammableGate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

在上述实施例的对应附图中，连接线可以表示各个部件之间的连接关系，以表示更多的构成信号路径(constituent_signal path)和/或一些线的一个或多个末端具有箭头，以表示主要信息流向，连接线作为一种标识，不是对方案本身的限制，而是结合一个或多个事例性实施例使用这些线有助于更容易地接电路或逻辑单元，任何所代表的信号(由设计需求或偏好所决定)实际上可以包括可以在任意一个方向传送的并且可以以任何适当类型的信号方案实现的一个或多个信号。

在上述实施例中，说明书对“本实施例”、“一实施例”、“另一实施例”、或“其他实施例”的提及表示结合实施例说明的特定特征、结构或特性包括在至少一些实施例中，但不必是全部实施例。“本实施例”、“一实施例”、“另一实施例”的多次出现不一定全部都指代相同的实施例。如果说明书描述了部件、特征、结构或特性“可以”、“或许”或“能够”被包括，则该特定部件、特征、结构或特性“可以”、“或许”或“能够”被包括，则该特定部件、特征、结构或特性不是必须被包括的。如果说明书或权利要求提及“一”元件，并非表示仅有一个元件。如果说明书或权利要求提及“一另外的”元件，并不排除存在多于一个的另外的元件。

在上述实施例中，尽管已经结合了本实用新型的具体实施例对本实用新型进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变形对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。本实用新型的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，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实用新型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，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种机器人测温取样控制系统，其特征在于，包括：机器人单元、控制单元、路径采集单元、受控单元和用于监测受控单元工作状态的监测单元；

所述机器人单元包括互相连接的机器人本体和机器人控制装置，所述受控单元至少包括设置于机器人本体的测温取样单元；

所述路径采集单元的输出端与控制单元的输入端连接，所述控制单元的输出端与受控单元的输入端连接，所述监测单元的输出端与控制单元的输入端连接，所述控制单元的输出端与机器人控制装置的输入端连接，所述机器人控制装置根据控制单元发出的控制指令驱动机器人本体完成测温取样预期的控制动作。

2.根据权利要求1所述的机器人测温取样控制系统，其特征在于，所述控制单元包括：本地控制单元、远程控制单元和上位控制单元，所述上位控制单元分别与路径采集单元、受控单元和监测单元连接，所述上位控制单元分别与所述本地控制单元和远程控制单元连接，用于根据各受控单元当前状态和用户的输入指令生成控制指令，所述用户的输入指令通过本地控制单元进行本地输入和/或通过远程控制单元进行远程输入。

3.根据权利要求2所述的机器人测温取样控制系统，其特征在于，所述本地控制单元包括炉前控制柜，所述炉前控制柜设置有状态信号显示装置、模式切换装置、报警装置、紧急开关装置。

4.根据权利要求2所述的机器人测温取样控制系统，其特征在于，所述远程控制单元包括工控机、显示装置和通信装置，所述工控机通过通信装置与上位控制单元连接。

5.根据权利要求3所述的机器人测温取样控制系统，其特征在于，所述上位控制单元至少包括控制器和输入输出模块，所述控制器分别与工控机和炉前控制柜连接。

6.根据权利要求1所述的机器人测温取样控制系统，其特征在于，所述测温取样单元包括用于进行测温取样的探头和用于对所述探头进行固定的探头固定装置，所述探头末端用于接插取样器或温度传感装置，并通过所述探头固定装置与机器人本体可拆卸式连接。

7.根据权利要求5所述的机器人测温取样控制系统，其特征在于，所述受控单元还包括视觉单元、探头存储装置和用于对探头进行拆卸、装载的探头装卸装置，所述视觉单元、测温取样单元、探头存储装置和探头装卸装置分别与所述控制器连接。

8.根据权利要求2所述的机器人测温取样控制系统，其特征在于，还包括路径处理单元，所述路径处理单元与路径采集单元连接，所述路径处理单元包括工艺点设置单元、用于根据工艺点将原始测温取样路径划分为多个由不同工艺点之间形成的子路径的子路径单元、用于对所述子路径进行编号的编号单元，以及对编号进行存储的存储单元。

9.根据权利要求8所述的机器人测温取样控制系统，其特征在于，所述上位控制单元与路径处理单元连接，用于根据用户输入指令和受控单元的当前状态，生成可执行路径，所述可执行路径为所述子路径编号的选取与排序，所述上位控制单元通过按序调用路径处理单元的子路径，控制机器人依序到达目标工艺点。

10.根据权利要求8所述的机器人测温取样控制系统，其特征在于，所述工艺点至少包括探头装卸点、停机点、待机点、测温悬停点、测温点、测温回退点、检修点和避障点中的一种或几种的组合。

11.根据权利要求1所述的机器人测温取样控制系统，其特征在于，所述控制动作至少包括：机器人从当前位置到任意工艺点的正反向运行，测温取样动作的启动、停止，视觉信号获取、复位，探头装载与卸载中的一种或几种的组合。

12.根据权利要求5所述的机器人测温取样控制系统，其特征在于，所述控制器为可编程逻辑控制器。

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