清洁机器人控制装置及控制方法与流程

本申请涉及一种用于控制清洁机器人的清洁机器人控制装置及清洁机器人的控制方法。特别地，本发明涉及一种用于清除沉积在炼铁工艺设备内部的喷嘴之间的粉尘沉积物的清洁机器人控制装置及控制方法。

背景技术：

炼铁工艺设备中会沉积各种类型的粉尘沉积物。例如，将熔炼炉中产生的还原气体吹入粉矿形态的铁矿石使其流动以生产还原铁的流化炉内部有喷嘴，随着设备的运行，喷嘴周围会沉积粉尘沉积物。如果不清除这些粉尘沉积物，就会发生还原气体的压力损失，气体流动变得不顺畅，从而发生还原效率降低等问题。因此，有必要清除这些粉尘等。

专利文献1：日本专利公开公报第1994-154718号

技术实现要素：

技术问题

根据本发明的实施例，提供一种清洁机器人控制装置。

根据本发明的另一实施例，提供一种清洁机器人的控制方法。

技术方案

根据本发明的实施例的清洁机器人控制装置包括：热成像摄像机，用于获取作业工具周围的热成像并输出热成像信号；视频摄像机，用于获取所述作业工具周围的视频并输出视频信号；激光指示器，用于将激光照射到指定地点；以及控制单元，用于基于所述热成像信号确定所述指定地点，并控制所述激光指示器，利用所述视频信号控制所述作业工具，以使所述作业工具围绕所述指定地点进行圆周运动。

根据本发明的实施例的清洁机器人控制装置，其中，所述指定地点可以是流化炉内部的喷嘴的中心，该流化炉是将熔炼炉中产生的还原气体吹入粉矿形态的铁矿石使其流动以生产还原铁的设备。

根据本发明的实施例的清洁机器人控制装置，其中，所述作业工具可以设置在由多个臂和多个致动器组成的操纵器的未端。

根据本发明的实施例的清洁机器人控制装置，其中，所述作业工具可以包括：旋转叶片，其包括旋转刀片，用于通过旋转粉碎沉积在所述流化炉内部的粉尘沉积物；以及吸入器，用于回收粉碎的所述粉尘沉积物。

根据本发明的实施例的清洁机器人控制装置，还可以包括传感器单元，用于测量所述操纵器与所述作业工具之间的压力，并提供关于所测压力的信息。

根据本发明的实施例的清洁机器人控制装置，其中，所述控制单元可以控制所述操纵器，以使所述传感器单元所测的压力保持恒定的压力。

根据本发明的实施例的清洁机器人控制装置，还可以包括传感器单元，用于测量所述多个致动器中至少一个致动器的压力。

根据本发明的实施例的清洁机器人控制装置，其中，所述控制单元可以控制成响应于所述传感器单元所测的压力，使得用于移动所述工作工具的作用力随着所述作业工具的目标位置与所述作业工具的实际位置之差减小而减小。

根据本发明的另一实施例的清洁机器人的控制方法，该清洁机器人用于清洁流化炉内部，该流化炉是将熔炼炉中产生的还原气体吹入粉矿形态的铁矿石使其流动以生产还原铁的设备，所述方法包括以下步骤：获取所述流化炉内部的热成像，并利用所述热成像确定设置在所述流化炉内部的喷嘴的位置；根据所述喷嘴的位置移动所述清洁机器人的作业工具；以及获取所述流化炉内部的视频，并利用所述视频控制所述作业工具，以使所述作业工具进行圆周运动。

根据本发明的另一实施例的清洁机器人的控制方法，其中，控制所述作业工具的步骤可以包括以下步骤：将激光照射到所述中心位置；以及获取所述流化炉内部的视频，并利用所述视频移动所述作业工具。

根据本发明的另一实施例的清洁机器人的控制方法，其中，所述清洁机器人可以包括：操纵器，其由多个臂和多个致动器组成；以及作业工具，其布置在所述操纵器的未端。

根据本发明的另一实施例的清洁机器人的控制方法，还可以包括以下步骤：将所述操纵器与所述作业工具之间的压力控制成恒定压力。

根据本发明的另一实施例的清洁机器人的控制方法，其中，所述清洁机器人还可以包括操作工具，其作为摇杆型输入装置，用于控制所述作业工具的操作。

根据本发明的另一实施例的清洁机器人的控制方法，还可以包括以下步骤：感测所述作业工具的目标位置与所述作业工具的实际位置之差；以及控制施加到所述作业工具的力量随着所述位置之差减小而减小。

发明效果

因此，根据本发明的实施例的清洁机器人控制装置及控制方法，不仅可以减少清洁作业所需的时间，还可以防止作业工具受损。

附图说明

图1是清洁机器人所清洁的设备的一个实例的示意图。

图2是图1所示的喷嘴的剖面示意图。

图3是应用根据本发明的一实施例的清洁机器人控制装置的清洁机器人的一实施例的结构示意图。

图4是根据本发明的一实施例的清洁机器人控制装置的结构示意图。

图5是用于说明根据本发明的一实施例的清洁机器人控制装置移动清洁机器人的作业工具的方法的视图。

图6是用于说明根据本发明的一实施例的清洁机器人的控制方法的操作流程图。

图7是用于说明根据本发明的一实施例的清洁机器人控制装置的操作工具控制动作的视图。

图8是图7的清洁机器人控制装置的刚度模型的一实施例的示意图。

图9是图7的清洁机器人控制装置的摩擦模型的一实施例的示意图。

图10是用于说明根据本发明的一实施例的清洁机器人控制装置的作业工具控制动作的视图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述优选实施例，以使本发明所属技术领域的普通技术人员容易实施本发明。

图1是清洁机器人所清洁的设备的一个实例的示意图，图2是图1所示的喷嘴的剖面示意图。

如上所述，根据本发明的一实施例的清洁机器人所清洁的设备可以包括多个喷嘴1。各喷嘴的中心部c上可以设置孔。

如图1所示，多个喷嘴1周围会沉积粉尘沉积物，应用根据本发明的一实施例的清洁机器人控制装置的清洁机器人可以清除这些粉尘沉积物。

图3是应用根据本发明的一实施例的清洁机器人控制装置的清洁机器人的一实施例的结构示意图，清洁机器人可以包括控制装置100、作业工具200、操纵器(manipulator)300、主体部400以及操作工具500。

控制装置100可以由传感器及控制器等组成，并且可以控制作业工具200的位置，或者可以根据作业工具200的位置调节施加到作业工具200的力量。下面参照图4至图10等描述控制装置100的具体结构或动作。

作业工具200设置在操纵器300的未端，可以清除和回收形成在设备上的沉积物。例如，作业工具200可以包括具有旋转刀片等的旋转叶片及吸入器等，通过使旋转叶片旋转，将沉积物粉碎后，可以利用吸入器等回收粉碎的沉积物。

操纵器300可以包括多个臂310、320、330和多个旋转致动器340、350。旋转致动器340、350可以在控制装置100的控制下工作，由此操纵器300可以将作业工具200移动到所希望的位置。虽然图中没有示出，但是臂330可以包括用于使作业工具200沿垂直方向移动的致动器，臂330与作业工具200之间也可以布置压力传感器。

主体部400可以包括机器人主体410和移动单元420。机器人主体410上可以布置用于控制操纵器300或作业工具200的各种构件。移动单元420可以将清洁机器人(包括机器人主体410)移动到所希望的位置。

操作工具500可以是摇杆型输入装置如操纵杆(joystick)，可以输出用于调节操纵器300的信号。

图4是根据本发明的一实施例的清洁机器人控制装置的结构示意图，根据本发明的一实施例的清洁机器人控制装置100可以包括热成像摄像机110、视频摄像机120、激光指示器130、传感器单元140及控制单元150。

热成像摄像机110可以安装在与作业工具200相邻的位置(例如，连接有作业工具200的臂330)上，用于获取作业工具200可移动的范围内的热成像，并输出包括热成像信息的热成像信号。

视频摄像机120可以安装在与作业工具200相邻的位置(例如，连接有作业工具200的臂330)上，用于获取作业工具200可移动的范围内的视频，并输出包括视频信息的视频信号。

激光指示器130可以安装在与作业工具200相邻的位置(例如，连接有作业工具200的臂330)上，在控制单元150的控制下，将激光照射到特定地点。例如，激光指示器130可以将激光照射到喷嘴1的中心部c。

传感器单元140可以布置在操纵器300的各种致动器或其他所需的位置上，用于测量所设位置上的压力等，并将关于所测压力的信息提供给控制单元150。

控制单元150可以利用热成像摄像机110所输入的热成像信号、视频摄像机120所输入的视频信号以及传感器单元140所输入的压力信息等控制激光指示器130和作业工具200的位置和动作等。例如，控制单元150响应于热成像信号、视频信号及压力信息，可以控制操纵器300的各种致动器的动作和作业工具200的旋转叶片的动作。控制单元150可以安装在与作业工具200相邻的位置(例如，连接有作业工具200的臂330)上，也可以布置在机器人主体410上。

图5是用于说明根据本发明的一实施例的清洁机器人控制装置移动清洁机器人的作业工具的方法的视图。

首先，控制单元150确定喷嘴的位置，利用喷嘴的位置将作业工具移动到特定地点(例如，图5的p1)。

然后，控制单元150可以控制成作业工具200以所述喷嘴的中心为中心点进行圆周运动。例如，当作业工具的现在位置为p1时，控制单元150可以控制作业工具的位置，使作业工具的下一个位置为p2。此时，控制单元150可以控制激光指示器130，以使激光照射到所述喷嘴的中心p0。

图6是用于说明根据本发明的一实施例的清洁机器人的控制方法的操作流程图。图6所示的各个步骤可以由控制单元150执行。

首先，控制单元150可以利用热成像摄像机110所输入的热成像信号确定喷嘴的位置(步骤s100)。如图1所示，由于设备上沉积了粉尘沉积物，难以确定喷嘴的位置。但是，由于喷嘴的温度与其他部分不同，因此可以利用热成像信号确定喷嘴的位置。此时，控制单元150还可以进一步考虑视频摄像机120所输入的视频信号，以确定喷嘴的位置。

接着，控制单元150可以利用激光指示器130将激光照射到喷嘴的中心部(步骤s200)。

接着，控制单元150可以利用视频摄像机120所输入的视频信号控制作业工具200的位置(步骤s300)。例如，如图5所示，控制单元150可以先利用激光指示器130所照射的激光确定喷嘴的中心位置，再控制操纵器300，以使作业工具200以喷嘴的中心为中心点进行圆周运动。

图7是用于说明根据本发明的一实施例的清洁机器人控制装置的控制动作的视图，其中示意性地示出控制单元150的结构。控制单元150可以包括刚度(stiffness)模型151、摩擦(friction)模型152、控制器153及反馈单元154，图8所示的控制单元150的各构件可以通过硬件来实现，也可以通过软件来实现。另外，图7中的致动器155可以是组成图3的操纵器300的多个致动器中的一个或多个。另外，图7中的致动器155可以是用于使作业工具200沿水平方向移动的构件。

在图7中，x_d表示希望作业工具所处的目标位置，x_m表示作业工具的实际位置，p_a表示第一压力，该第一压力是用于使作业工具沿第一方向移动的致动器的压力，p_b表示第二压力，该第二压力是用于使作业工具沿与第一方向不同的方向移动的致动器的压力。所述第一方向和所述第二方向可以是彼此正交的方向，也可以是彼此相反的方向。

首先，求出作业工具的目标位置x_d和实际位置x_m的位置误差e_x。对于实际位置x_m，通过检测控制作业工具的多个致动器(例如，组成图3的操纵器300的多个致动器)的状态，可以确定实际位置x_m。另外，对于目标位置x_d，基于操作工具(图3中的500)所输入的信号，可以确定目标位置x_d。

接着，将位置误差e_x输入到刚度(stiffness)模型151和摩擦(friction)模型152，以求出第一误差e_1及第二误差e_2。图8是刚度模型151的一实施例，图9是摩擦模型152的一实施例。刚度(stiffness)模型151和摩擦(friction)模型152分别输出对应于所输入的位置误差e_x的第一误差e_1和第二误差e_2。

接着，将第一误差e_1和第二误差e_2相加，以求出目标力f_d。

另外，反馈单元154求出第一压力p_a与第二压力p_b的压力差作为测量力f_m，控制器153调节第一压力p_a和第二压力p_a，以使测量力f_m成为目标力f_d。为此，控制器153可以使用pid(proportional-integral-derivative)控制器或pi控制器。

通过如上所述的配置控制致动器，以使施加到作业工具的力量也随着作业工具的目标位置与作业工具的实际位置之差减小而减小。也就是说，作业工具接近目标位置的情形一般是接近待清洁的对象(例如，喷嘴等)的情形。因此，当接近目标物时，使得致动器施加到作业工具的力量减小，从而即使作业工具撞到待清洁的对象物体，作业工具也不会受力太大。由此，可以防止作业工具受损。

图10是用于说明根据本发明的一实施例的清洁机器人控制装置的控制动作的视图，其示意性地示出控制单元150的结构。控制单元150可以包括控制器156和反馈单元157，图10所示的控制单元的各构件可以通过硬件模块来实现，也可以通过软件模块来实现。图10中伺服阀158和线性致动器159可以是组成图3的操纵器300的多个致动器中的一个或多个。具体地，伺服阀158和线性致动器159可以是用于使作业工具200上下移动的构件。

在图10中，p_c表示用于使作业工具沿第三方向移动的第三压力，p_d表示用于使作业工具沿与第三方向不同的方向移动的第四压力。第三方向和第四方向可以是彼此相反的方向。

首先，目标压力p_d输入到控制单元150。目标压力p_d可以预先设定，并且可以是在清除粉尘沉积物的情况下也不会造成作业工具200或喷嘴1等损坏的压力值。

反馈单元157输出第三压力p_c与第四压力p_d之差作为测量压力p_m。控制器156可以控制伺服阀156，以使测量压力p_m成为目标压力p_d。为此，控制器156可以使用pid(proportional-integral-derivative)控制器或pi控制器。如此，控制单元150可以使操纵器与作业工具之间的压力保持恒定压力。

上文中描述的本发明不限于前述的实施例及附图，而是受限于权利要求书，本发明所属领域的技术人员应该理解在不脱离本发明的技术思想的范围内可以进行各种变形和改进。