专利名称：一种用于转炉内的副枪机械手的定位方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及恶劣环境下使用的机械手的定位方法及其定位装置，具体地，本发明涉及一种转炉内使用的副枪机械手的定位方法及其定位装置，所述副枪机械手用于转炉内完成副枪探测器的安装、卸载及取样工作。
背景技术：
在冶金领域的炼钢生产过程中，通常，必须通过副枪探测器对转炉内的钢液进行测温和取样，同时，由副枪机械手在转炉内完成副枪探测器的安装、卸载及样品的取回工作。另外，副枪机械手的动作是通过液压控制来完成。由于转炉炉体内通常处于约1300°C的钢液温度下，因此，用于在转炉内的完成副枪探测器的安装、卸载及样品的取回工作的副枪和用于完成副枪探测器的安装、卸载的副枪机械手的运行操作环境很恶劣。副枪反复伸入转炉炉体内，在1300°C钢液的烘烤下，枪体会发生变形，导致副枪机械手对副枪探测器进 行进行安装与卸载时，产生中心线位置点的偏移。另一方面，现有技术的模式是，用于在转炉内的完成副枪探测器的安装、卸载及样品的取回工作的副枪和副枪机械手安装和卸载的位置点是固定的，没有对发生偏差、误差的纠偏能力。为此，现有技术的副枪探测器的安装命中率只有约70%，在控制系统上表现为故障报警、超时报警，副枪不能正常工作，需要操作工在现场进行目视下的人工操作，进行副枪探测器的安装，为此，对炼钢作业线操作及其效率的提高产生了较大的影响。迄今为止，国内外在使用中尚无好的解决方法。例如，专利号为“CN200610135139. 2”，发明名称为“顶底复吹转炉副枪维护清渣方法及其装置”的中国专利提供了一种副枪清渣方式和维护清渣方法。然而，该李素方案无法在没有对发生偏差、误差的纠偏能力情况下，用于在转炉内的完成副枪探测器的安装、卸载及样品的取回工作。专利号为“CN92243458. 1”，发明名称为“汽车车身整形用激光定位测量仪”提供了一种在可视的、在有标准尺寸数学的条件下，通过激光对标准点的照射，进行可视定位的汽车车身整形用激光定位测量仪。根据该文献，测距是通过移动汽车底盘，使传动轴上的脉冲盘也相应传动进行测距。然而，由于汽车装配设备的运行环境比较好，发生偏差的可能性相比于冶炼设备运行环境要小得多，难以用于在转炉内的完成副枪探测器的安装、卸载及样品的取回工作。
发明内容
为克服上述问题，本发明的目的在于，提供一种用于转炉内的副枪机械手的定位方法及其定位装置，所述副枪机械手用于转炉内完成副枪探测器的安装、卸载及取样工作。根据本发明的用于转炉内的副枪机械手的定位方法及其定位装置，能有效解决转炉副枪机械手的定位问题，提闻副枪探测器的安装和卸载的命中率。有效的提闻生广节奏，减少人工安装和卸载的次数。根据本发明的用于转炉内的副枪机械手的定位方法及其定位装置，系采用激光寻址的方式，通过对偏差的计算，实时对偏差进行调整，实现副枪机械手对偏差的适应能力。实现在基础控制系统对机械手运行轨迹的跟踪、定位和偏差矫正。为达到上述本发明目的，本发明的用于转炉内的副枪机械手的定位方法的技术方案如下。一种用于转炉内的副枪机械手的定位方法，参见图I，其特征在于，所述方法包括下述步骤Sll :建立一套以(副枪)机械手旋转中心点为圆点，以机械手旋转平面为平面的二维坐标系统S ；S12:安装一套检测副枪位置坐标的激光测量装置，初始时，利用激光测量装置检测副枪H0 (X0, Y0)，并记录保存，作为Htl的原始坐标；S13 :每次安装副枪时，利用激光测量装置检测此时的副枪位置坐标Hm(Xm，YJ，同时，把H。(X0, Y0)记录为前一次坐标值Hp (Xp, Yp)；S14 :比较前一次的副枪坐标值Hp(Xp，Yp)与Hm (Xm，Ym)，若有差异，计算当前所采用的坐标Hn(Xn，Yn);若无差异，按前一次记录的坐标值，进行反馈控制，上述所谓若有差异，即指若A X = Xm-Xp彡Xs (预设的允许偏差值)，则Xn = (Xp+Xm) /2 ；若厶Y = Ym-Yp彡Ys (预设的允许偏差值)，则Yn = (Yp+Ym) /2 ；同时，将新的副枪坐标值Hn (Xn, Yn)记录为前一次坐标值Hp (Xp, Yp)，即Xp = Xn ；Yp=Yn若无差异，即指若AX = Xm-Xp < Xs，且 A Y = Ym-Yp < Ys,则按前一次 Hp(Xp, Yp)坐标值进行机械手安装/拆卸副枪。根据本发明所述的用于转炉内的副枪机械手的定位方法，其特征在于，副枪位置测量操作如下以激光测距装置测定副枪X距离时，先将机械手夹持器的正面(安装有激光测量装置)旋转至与Y平行的方向，然后机械手夹持器从原点0点开始在S平面上沿X方向运动，此时记录机械手夹持器从原点0点开始沿X方向运动运动的距离；当激光探测光束运行至受到副枪遮挡时，记录此时的机械手夹持器从原点0点开始沿X方向运动运动的距离值，此值即为副枪的X方向的坐标值。根据本发明所述的用于转炉内的副枪机械手的定位方法，其特征在于，副枪位置测量操作如下以激光测距装置测定副枪Y距离时，先将机械手夹持器的正面旋转至与X平行的方向，再沿副枪坐标的Y方向进行移动，测量副枪坐标的Y值。参见图3，激光测量装置安装在机械手夹持器的正面，在每一次需要安装副枪测温探头时，需先进行副枪位置测量。具体如下激光测距装置测定副枪X距离时，先将机械手夹持器的正面(安装有激光测量装置)旋转至与Y平行的方向，然后机械手夹持器从原点0点开始在S平面上沿X方向运动，此时记录机械手夹持器从原点0点开始沿X方向运动运动的距离；当激光探测光束运行至受到副枪遮挡时，记录此时的机械手夹持器从原点0点开始沿X方向运动运动的距离值，此值即为副枪的X方向的坐标值。
按同样的方法，机械手夹持器的正面旋转至与X平行的方向，再沿副枪坐标的Y方向进行移动，测量副枪坐标的Y值。另外，为达到上述发明目的，本发明的用于转炉内的副枪机械手的定位装置的技术方案如下。—种用于转炉内的副枪机械手定位的装置，参见图2，其特征在于，所述转炉内使用的副枪机械手定位的装置包括顺序电信连接的机械手控制装置、激光测距装置、数据通信模块及数据处理模块，机械手控制装置负责控制副枪机械手沿X、Y轴方向运动，激光测距装置安装在机械手夹持器正面，当机械手沿轴心做圆周运动和沿轴向做伸缩运动时，负责发射激光和接受激光，并根据发射和接受的激光测量副枪的坐标值，
数据通信模块负责与控制系统进行通信。接受控制系统的设定参数，接受的数据有开始时间，副枪初始位置，上次副枪实际位置等，并将实绩数据传输给控制系统，数据处理模块负责采集激光测距数据，进行数据处理，根据处理结果，对机械手控制装置下达操作指令。如上所述，S21机械手控制装置负责控制副枪机械手沿X、Y轴方向运动。机械手控制运行如图I所示。控制装置保存有副枪的初始X、Y轴数据，保存机械手可以运行的行
程等参数。S22激光测距装置安装在机械手夹持器正面，当机械手沿轴心做圆周运动和沿轴向做伸缩运动时，负责发射激光和接受激光，并根据发射和接受的激光测量副枪的坐标值。S24数据处理模块负责采集激光测距数据，进行数据处理，根据处理结果，对机械 手控制装置下达操作指令。激光测距装置测定副枪X距离时，先将机械手夹持器的正面(安装有激光测量装置)旋转至与Y平行的方向，然后机械手夹持器从原点0点开始在S平面上沿X方向运动，此时记录机械手夹持器从原点0点开始沿X方向运动的距离；当激光探测光束运行至受到副枪遮挡时，记录此时的机械手夹持器从原点0点开始沿X方向运动的距离值，此值即为副枪的X方向的坐标值。按同样的方法，机械手夹持器的正面旋转至与X平行的方向，再沿副枪坐标的Y方向进行移动，测量副枪坐标的Y值。S23数据通信模块负责与控制系统进行通信。接受控制系统的设定参数，接受的数据有开始时间，副枪初始位置，上次副枪实际位置等，并将实绩数据传输给控制系统，实绩数据有定位时间，副枪实绩位置等。通信采用基于UDP/IP协议下的电文传输方式，电文格式如图4所示。同时负责数据处理模块与机械手之间的通信，进行实时数据的传输与接受。S24数据处理模块负责采集激光测距数据，进行数据处理，根据处理结果，对机械手控制装置下达操作指令。比较前一次的副枪坐标值Hp (Xp, Yp)与Hm (Xffl, Yffl)，若有差异，计算当前所采用的坐#Hn(Xn，Yn);若无差异，按前一次记录的坐标执，进行反馈控制。若有差异，SP: 若A X = Xm-Xp彡Xs (预设的允许偏差值)，则Xn = (Xp+Xm) /2 ；若厶Y = Ym-Yp ^ Ys (预设的允许偏差值)，则Yn = (Yp+Ym) /2 ；
并把新的副枪坐标值Hn (Xn，Yn)记录为前一次坐标值Hp (Xp，Yp)，即Xp = Xn ;Yp =Yn若无差异，即AX = Xm-Xp < Xs，并且 A Y = Ym-Yp < Ys,则按前一次 Hp (Xp, Yp)坐标值进行机械手安装/拆卸副枪。根据本发明的转炉内使用的副枪机械手的定位方法及其定位装置，系采用激光寻址的方式，通过对偏差的计算，实时对偏差进行调整，实现副枪机械手对偏差的适应能力。实现在基础控制系统对机械手运行轨迹的跟踪、定位和偏差矫正。根据本发明的用于转炉内的副枪机械手的定位方法及其定位装置，能有效解决转炉副枪机械手的定位问题，提闻副枪探测器的安装和卸载的命中率。有效的提闻生广节奏，减少人工安装和卸载的次数。
图I为一种转炉副枪机械手定位的方法流程图。图2为一种转炉副枪机械手定位的装置示意图。图3为机械手运行图。图4为电文结构图。图5为计算流程图。图6为机械手工作流程图。图中，I为(副枪)机械手，2为副枪。
具体实施例方式下面结合附图进一步说明本发明的实施例。实施例I一种转炉副枪机械手工作流程参见图6，在每次安装副枪探头之前，需要进行精确定位。通过激光测位装置，检测当前副枪所处的位置，然后根据与前一次位置的数据比较，进行副枪的偏差计算，然后根据偏差反馈控制进行精确定位安装或拆卸探头。具体为，本方法及装置首先在(副枪)机械上装上激光测距装置，该激光测距装置采用可见红色光波长为659nm的激光，激光功率为lmW，具有串行接口 RS485通信功能，接入机械手控制系统。在机械手夹持器正面安装I个激光测距装置，并在(副枪)机械控制器中，设置激光探测器的行程范围。在(副枪)机械运行的范围内，建立X，Y标准坐标系统，将机械手位置的初始标准空间坐标数据和副枪初始标准空间坐标数据，输入过程控制系统中。根据图3机械手运行图，机械手在抓取探头前，先将机械手沿副枪坐标的X方向进行移动，当激光探测光束受到副枪遮挡，激光探测器将信号经数模转换器传递给机械手控制器，再由机械手控制软件经过计算得出当前副枪空间坐标值的实际位置数据，同时把这一坐标数据反馈给校正系统，从而测出X方向发生的偏差值。校正系统(图5)根据这一空间坐标数据与事先设定好的副枪初始标准空间坐标数据进行对比计算，得出X方向需要的矫正数据，并存储待用。按同样的方法，(副枪)机械再沿副枪坐标的I方向进行移动，测量I方向的偏差值，并计算Y方向需要的矫正数据。由控制软件调用更改机器手的运行程序数据，从而精确的控制机器手的运行路线、运行方向，纠正在设备使用中产生的偏差，使设备达到精确、稳定的工作运行状态。当副枪固定位置发生偏差，通过激光寻踪探测校正系统探测副枪的实际位置反馈给机械手坐标数据的位置，再与固定位置进行比较，计算偏差量、修正机械手的位置达到校正偏差的位置。S卩，根据本发明，参见图I，所述方法包括下述步骤Sll :建立一套以(副枪)机械手旋转中心点为圆点，以 机械手旋转平面为平面的二维坐标系统S ；S12:安装一套检测副枪位置坐标的激光测量装置，初始时，利用激光测量装置检测副枪H0 (X0, Y0)，并记录保存，作为Htl的原始坐标；S13 :每次安装副枪时，利用激光测量装置检测此时的副枪位置坐标Hm(Xm，YJ，同时，把H。(X0, Y0)记录为前一次坐标值Hp (Xp, Yp)；S14 :比较前一次的副枪坐标值Hp(Xp，Yp)与Hm (Xm，Ym)，若有差异，计算当前所采用的坐标Hn(Xn，Yn);若无差异，按前一次记录的坐标值，进行反馈控制，上述所谓若有差异，即指若AX = Xm-Xp ^ Xs(预设的允许偏差值)，则 Xn = (Xp+Xm)/2 ；若厶Y = Ym-Yp ^ Ys (预设的允许偏差值)，则Yn = (Yp+Ym) /2 ； 同时，将新的副枪坐标值Hn (Xn, Yn)记录为前一次坐标值Hp (Xp, Yp)，即Xp = Xn ；Yp=Yn若无差异，即指若A X = Xm-Xp < Xs，且 A Y = Ym-Yp < Ys,则按前一次 Hp (Xp, Yp)坐标值进行机械手安装/拆卸副枪。在本实施例中，Xs、Ys取4-5_。另外，副枪位置测量操作如下以激光测距装置测定副枪X距离时，先将机械手夹持器的正面(安装有激光测量装置)旋转至与Y平行的方向，然后机械手夹持器从原点0点开始在S平面上沿X方向运动，此时记录机械手夹持器从原点0点开始沿X方向运动运动的距离；当激光探测光束运行至受到副枪遮挡时，记录此时的机械手夹持器从原点0点开始沿X方向运动运动的距离值，此值即为副枪的X方向的坐标值。以激光测距装置测定副枪Y距离时，先将机械手夹持器的正面旋转至与X平行的方向，再沿副枪坐标的Y方向进行移动，测量副枪坐标的Y值。参见图3，激光测量装置安装在机械手夹持器的正面，在每一次需要安装副枪测温探头时，需先进行副枪位置测量。具体如下激光测距装置测定副枪X距离时，先将机械手夹持器的正面(安装有激光测量装置)旋转至与Y平行的方向，然后机械手夹持器从原点0点开始在S平面上沿X方向运动，此时记录机械手夹持器从原点0点开始沿X方向运动运动的距离；当激光探测光束运行至受到副枪遮挡时，记录此时的机械手夹持器从原点0点开始沿X方向运动运动的距离值，此值即为副枪的X方向的坐标值。按同样的方法，机械手夹持器的正面旋转至与X平行的方向，再沿副枪坐标的Y方向进行移动，测量副枪坐标的Y值。本实施例的有益效果在于，采用激光寻址的方式，通过对偏差的计算，实时对偏差进行调整，实现副枪机械手对偏差的适应能力。根据本发明的用于转炉内的副枪机械手的定位方法及其定位装置，系采用激光寻址的方式，通过对偏差的计算，实时对偏差进行调整，实现副枪机械手对偏差的适应能力。实现在基础控制系统对机械手运行轨迹的跟踪、定位和偏差矫正。根据本发明的用于转炉内的副枪机械手的定位方法及其定位装置，能有效解决转炉副枪机械手的定位问题，提闻副枪探测器的安装和卸载的命中率。有效的提闻生广节奏，减少人工安装和卸载的次数。以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各 种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种用于转炉内的副枪机械手的定位方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤 Sll :建立一套以机械手旋转中心点为圆点，以机械手旋转平面为平面的二维坐标系统S ； S12:安装一套检测副枪位置坐标的激光测量装置，初始时，利用激光测量装置检测副枪Htl (X0, Y0)，并记录保存，作为Htl的原始坐标； S13:每次安装副枪时，利用激光测量装置检测此时的副枪位置坐标Hm(X1^Ym)，同时，把H0 (X0, Y0)记录为前一次坐标值Hp (Xp，Yp)； S14比较前一次的副枪坐标值Hp (Xp, Yp)与Hm(Xm，Ym)，若有差异，计算当前所采用的坐#Hn(Xn，Yn);若无差异，按前一次记录的坐标值，进行反馈控制， 上述所谓若有差异，即指若 AX = Xm-Xp 彡 Xs,贝丨J Xn = (Xp+Xm)/2 ； ^ AY = Yffl-Yp 彡 Ys,贝丨J Yn = (Yp+Yffl) /2 ； Xs, Ys分别为预设的允许偏差值， 同时，将新的副枪坐标值Hn(Xn，Yn)记录为前一次坐标值Hp(Xp，Yp)，即XP = Xn ；YP =Yn， 若无差异，即指 若AX = Xm-Xp < Xs，且A Y = Ym-Yp < Ys,则按前一次Hp(Xp, Yp)坐标值进行机械手安装/拆卸副枪。
2.根据权利要求I所述的用于转炉内的副枪机械手的定位方法，其特征在于，副枪位置测量操作如下 以激光测距装置测定副枪X距离时，先将机械手夹持器的正面，即安装有激光测量装置一面旋转至与Y平行的方向，然后机械手夹持器从原点O点开始在S平面上沿X方向运动，此时记录机械手夹持器从原点O点开始沿X方向运动运动的距离； 当激光探测光束运行至受到副枪遮挡时，记录此时的机械手夹持器从原点O点开始沿X方向运动的距离值，此值即为副枪的X方向的坐标值。
3.根据权利要求I所述的用于转炉内的副枪机械手的定位方法，其特征在于，副枪位置测量操作如下 以激光测距装置测定副枪Y距离时，先将机械手夹持器的正面旋转至与X平行的方向，再沿副枪坐标的Y方向进行移动，测量副枪坐标的Y值。
以激光测距装置测定副枪X距离时，机械手夹持器的正面旋转至与Y平行的方向，再沿副枪坐标的X方向进行移动，测量副枪坐标的X值。
4.一种用于转炉内的副枪机械手定位的装置，其特征在于，所述转炉内使用的副枪机械手定位的装置包括顺序电信连接的机械手控制装置、激光测距装置、数据通信模块及数据处理模块， 所述机械手控制装置控制副枪机械手沿X、Y轴方向运动， 所述激光测距装置安装在机械手夹持器正面，当机械手沿轴心做圆周运动和沿轴向做伸缩运动时，负责发射激光和接受激光，并根据发射和接受的激光测量副枪的坐标值， 所述数据通信模块与控制系统进行通信，接受控制系统的设定参数，并将实绩数据传输给控制系统，所述数据处理模块采集激光测距数据，进行数据处理，根据处理结果，对机械手控制装置下达操作指令。
5.如权利要求4所述的用于转炉内的副枪机械手定位的装置，其特征在于，所述数据通信模块接受的数据有开始时间，副枪初始位置，上次副枪实际位置。
6.如权利要求4所述的用于转炉内的副枪机械手定位的装置，其特征在于，所述机械手控制装置保存有副枪的初始X、Y轴数据，保存机械手可以运行的行程等参数。
7.如权利要求4所述的用于转炉内的副枪机械手定位的装置，其特征在于，所述通信米用基于UDP/IP协议下的电文传输方式。
全文摘要
本发明公开了一种转炉副枪机械手定位的方法及装置，该方法包括建立一套以机械手旋转中心点为圆点，以机械手旋转平面的为平面的二维系统；安装一套检测副枪位置坐标的激光测量装置，每次安装副枪时，利用激光测量装置检测当前的副枪坐标值；初始时，利用激光测量装置检测副枪原始坐标值，并记录保存；比较前一次的副枪坐标值与当前检测坐标值，若有差异，计算新的当前所采用的坐标值；若无差异，按前一次记录的坐标值，进行反馈控制。装置与方法相对应。本发明通过利用采用激光寻址的方式，通过对偏差的计算，实时对偏差进行调整，实现副枪机械手对偏差的适应能力，提高副枪探测器的安装和卸载的命中率。
文档编号B25J13/00GK102794775SQ201110138528
公开日2012年11月28日 申请日期2011年5月26日 优先权日2011年5月26日
发明者江浩杰, 王昌才, 肖至勇, 谈春燕 申请人:宝山钢铁股份有限公司