一种机器人测温取样控制方法及控制系统与流程

本发明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方法及控制系统。

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。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种机器人测温取样控制方法及控制系统，以解决上述技术问题。

本发明提供的机器人测温取样控制方法，包括：

采集获取机器人测温取样过程中的原始路径；

在所述原始路径上设置工艺点，所述工艺点为多个；

根据所述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，对所述子路径进行编号并存储；

采集各受控单元的工作状态信息与用户作业指令；

所述上位机控制单元根据所有受控单元的工作状态和所述用户作业指令，生成控制指令和可执行路径，各受控单元根据所述控制指令和所述可执行路径完成测温取样预期的控制动作。

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路径运行，测温取样动作的一键启动、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，根据所述受控单元的工作状态和所述用户作业指令对所述子路径编号进行选取、排序，生成编号序列，形成所述可执行路径，通过按序调用所述可执行路径编号序列中与预期相对应的子路径，完成机器人测温取样中的各种组合动作。

可选的，获取炉门位置的偏移数据，根据所述偏移数据对所述子路径进行纠偏处理，所述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。

可选的，所述用户作业指令包括至任意工艺点指令，通过所述至任意工艺点指令使器人依次经过当前工艺点与目标工艺点间的途径工艺点单步运行至目标工艺点，或者直接令机器人连续经过途径工艺点至目标工艺点。

本发明还包括一种机器人测温取样控制系统，包括：机器人本体以及，

路径采集单元，用于采集机器人测温取样过程中的原始路径；

路径处理单元，用于根据预先在原始路径上设置的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，以及对所述子路径进行编号并存储；

状态采集单元，用于采集各受控单元的工作状态信息；

控制单元，用于输入用户作业指令，并根据受控单元的工作状态和所述用户指令生成控制指令和可执行路径；

受控单元，用于根据所述控制指令和可执行路径执行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，用于对所述受控单元进行本地用户作业指令输入；

远程控制单元，用于对所述受控单元进行远程用户作业指令输入；

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作业指令生成控制指令和可执行路径。

可选的，所述本地控制单元至少包括炉前控制柜，所述炉前控制柜设有状态信号显示装置、模式切换装置、报警装置、紧急开关装置中的一种或几种的组合。

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，所述受控单元包括视觉单元、探头存储单元和测温检测单元，所述视觉单元、探头存储单元和测温检测单元分别与所述控制器连接。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述中任一项所述方法。

本发明还提供一种电子终端，包括：处理器及存储器；

所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行如上述中任一项所述方法。

本发明的有益效果：本发明中的机器人测温取样控制方法及控制系统，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，本发明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，本发明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是本发明实施例中的机器人测温取样控制方法的流程示意图。

图2是本发明实施例中的机器人测温取样控制系统结构框图。

图3是本发明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4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-探头存储单元，7-机器人控制柜，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发明的实施方式，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发明的其他优点与功效。本发明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，在没有背离本发明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发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明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，以提供对本发明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发明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，以避免使本发明的实施例难以理解。

如图1所示，本实施例中的机器人测温取样控制方法，包括：

采集获取机器人测温取样过程中的原始路径；

在所述原始路径上设置工艺点，所述工艺点为多个；

根据所述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；

对所述子路径进行编号存储；

采集各受控单元的工作状态信息与用户作业指令；

根据所有受控单元的工作状态和所述用户指令生成控制指令与可执行路径，所述各受控单元根据所述控制指令及可执行路径完成测温取样预期的控制动作。

在本实施例中，首先在电炉平台进行机器人示教操作，基于电炉炉门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，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系统中，其中不同子路径用于实现不同工艺点间的往返。

在本实施例中，上位控制单元根据各受控单元当前状态与用户作业指令，对子路径编号进行选取、排序生成可执行路径编号序列。机器人本体接收可执行路径，并通过按序调用可执行路径编号序列中与预期相对应的子路径，完成机器人测温取样中的各种组合动作。并通过在子路径程序中增加状态标志位的方式，来实现机器人单元与上位控制单元的交互。

在本实施例中，可以通过远程控制的方式定义控制模式，控制模式主要分为手动模式、自动模式、测温模式、取样模式、视觉纠偏、人工纠偏、远程模式、本地模式等，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作业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获取炉门位置的偏移数据，根据偏移数据对所述子路径进行纠偏处理，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。

在本实施例中，作业指令包括至任意工艺点指令，可依次点击当前工艺点与目标工艺点间的途径工艺点，令机器人单步运行至目标工艺点，亦可直接点击目标工艺点，令机器人连续经过途径工艺点至目标工艺点。

如图4所示，下面列举一个实际冶金作流程中的机器人测温取样控制进行进一步说明：

本实施例上位机控制单元11采用plc上位机控制单元。

步骤s1，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。

步骤s2，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，存储与机器人中，其中不同子路径用于实现不同工艺点间的往返；

其中，步骤s2具体包括：

步骤s201，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3所示；

步骤s202，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；

步骤s203，在所有子路径程序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系统中；

步骤s3，通过于远程控制单元9的操作界面设定控制模式分别为：手动模式、测温模式、视觉纠偏、远程模式；并通过远程控制单元10界面按钮使能机器人，连接视觉系统，待界面显示所有受控系统状态已准备好；

步骤s4，通过远程控制单元10的控制按钮触发控制动作，上位机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指令及可执行路径信号，分别传输至各受控单元；

其中，步骤s4具体包括：

步骤s401，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生成可执行路径编号序列，并向机器人按顺序发送需要调用的子路径序列号；

步骤s402，机器人按序运行选定的子路径程序，途径若干工艺点后到达待机工艺点位，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交互界面；

步骤s403，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；

步骤s404，选择正向运行按钮，可依次点击至测温悬停点、测温点、测温回退点、探头装卸点，令机器人沿所选工艺点单步运行进行测温并停至探头装卸点，或直接点击探头装卸点，令机器人沿沿途径工艺点连续运行至探头装卸点；

步骤s405，机器人运行至各工艺点位时，可根据现场实际情况于远程控制单元交互界面微调所在工艺点坐标值并记录，优化测温路径；

步骤s406，机器人至探头装卸点后，点击探头卸载，探头存储单元6执行卸探头动作，卸载完成后，点击探头装载，探头存储单元6弹出探头并装载于机器人测温枪末端；

步骤s407，再点击至待机位，令机器人运行至待机位，等待下一轮测温动作指令；

步骤s408，机器人在待机位上，可以切换控制模式至自动模式，触发测温启动指令，系统自动请求视觉数据至数据成功，接收视觉数据成功后机器人连续完成测温取样动作，途径测温悬停点、测温点、测温回退点、探头装卸点，至探头装卸位后探头存储单元6自动完成探头的拆卸与装载工作，新测温探头装载完成后机器人自动运行至待机位等待下一次启动指令。

相应地，如图2，4所示，在本实施例中还提供一种机器人测温取样控制系统，包括：

机器人本体以及，

路径采集单元，用于采集机器人测温取样过程中的原始路径；

路径处理单元，用于根据预先在原始路径上设置的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，以及对所述子路径进行编号并存储；

状态采集单元，用于采集各受控单元的工作状态信息；

控制单元，用于输入用户作业指令，并根据受控单元的工作状态和所述用户指令生成控制指令和可执行路径；

受控单元，用于根据所述控制指令和可执行路径执行测温取样预期的控制动作。

控制单元包括：

本地控制单元9，用于对所述受控单元进行本地用户作业指令输入；

远程控制单元10，用于对所述受控单元进行远程用户作业指令输入；

上位控制单元11，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作业指令生成控制指令和可执行路径。

本实施例中，上位控制单元11，分别与本地控制单元9和人机交互单元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和可执行路径，上位控制单元包含控制柜、控制器(本实施例以最常见的plc为例)、输入输出模块(i/o模块)，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、探头存储单元6的装卸动作、与视觉单元12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或远程人机交互单元的指令；

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，本地控制单元主要由炉前控制柜、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，远程控制单元置于中控室内，主要包括工控机、显示装置，其中工控机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视觉单元12、探头存储单元6、测温取样单元，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，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。

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4状态，以优化测温路径。

本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本实施例中的任一项方法。

本实施例还提供一种电子终端，包括：处理器及存储器；

所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行本实施例中任一项方法。

本实施例中的计算机可读存储介质，本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本实施例提供的电子终端，包括处理器、存储器、收发器和通信接口，存储器和通信接口与处理器和收发器连接并完成相互间的通信，存储器用于存储计算机程序，通信接口用于进行通信，处理器和收发器用于运行计算机程序，使电子终端执行如上方法的各个步骤。

在本实施例中，存储器可能包含随机存取存储器(randomaccessmemory，简称ram)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessing，简称dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)、现场可编程门阵列(field－programmablegatearray，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_signalpath)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，尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，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。本发明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。

本发明可用于众多通用或专用的计算系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络pc、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

本发明可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

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