摘要：魚雷罐車倒罐作業(yè)是鐵廠生產(chǎn)的鐵水進(jìn)入鋼廠的第一道工序，魚雷罐車停車就位后，由操作人員手動(dòng)搬運(yùn)電氣插頭與魚雷罐車車體上的插座連接，實(shí)現(xiàn)魚雷罐車上設(shè)備的接電。為了解決該崗位工作內(nèi)容單一、勞動(dòng)強(qiáng)度大、空間狹小、安全風(fēng)險(xiǎn)高的問題，設(shè)計(jì)了一種機(jī)器人系統(tǒng)來完成魚雷罐車電介質(zhì)插頭、插座的自動(dòng)安裝與拆卸。重點(diǎn)介紹了機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)魚雷罐車電解質(zhì)插拔功能自主集成方面的成功案例，主要就該機(jī)器人系統(tǒng)的基本組成、主要功能、工作原理和關(guān)鍵技術(shù)等方面展開論述。目前該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，插頭與插座連接可靠，完全滿足現(xiàn)場生產(chǎn)的要求。

　　關(guān)鍵詞：魚雷罐車;電介質(zhì)自動(dòng)插拔;工業(yè)機(jī)器人;視覺定位;字符識(shí)別

　　隨著機(jī)器人技術(shù)及視覺定位引導(dǎo)技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)器人在汽車制造、化工、物流等領(lǐng)域得到了大范圍的應(yīng)用，極大地提高了這些行業(yè)的智能化水平，大幅降低了這些行業(yè)的人力成本及管理成本[1]。相比于汽車、化工、物流等行業(yè)，鋼鐵工業(yè)在機(jī)器人的應(yīng)用上存在著較大的差距，因此寶武集團(tuán)在鋼鐵工業(yè)智能制造的推進(jìn)上提出了“四個(gè)一律”的思路，即“操作室一律集中、操作崗位一律機(jī)器人、運(yùn)維一律遠(yuǎn)程、服務(wù)一律上線”，其中關(guān)于“操作一律機(jī)器人”的要求雖然目前還不能完全做到，但推動(dòng)了各工序應(yīng)用機(jī)器人的嘗試和實(shí)踐。通過機(jī)器人替代現(xiàn)場危險(xiǎn)性、重復(fù)性工作崗位，對(duì)提高勞動(dòng)效率、改善勞動(dòng)條件、崗位流程再造都具有現(xiàn)實(shí)的意義。

　　近年來，機(jī)器人在鋼鐵工業(yè)各工序的應(yīng)用越來越廣泛，應(yīng)用的場景也得到了初步的拓展。其中比較典型的有精煉測溫取樣機(jī)器人、連鑄結(jié)晶器加渣機(jī)器人、鋼包機(jī)器人、噴號(hào)機(jī)器人等[2]。魚雷罐車倒罐作業(yè)是鐵廠的鐵水進(jìn)入鋼廠的第一道工序。魚雷罐車由火車頭牽引進(jìn)入鋼廠的倒罐站，停車就位后，火車頭脫離，然后采用人工方式進(jìn)行魚雷罐車的受電工作，操作人員徒手搬運(yùn)并安裝電氣插頭，根據(jù)魚雷罐車車體上插座的位置，進(jìn)行電介質(zhì)插頭和插座的插拔作業(yè)。通過設(shè)計(jì)一種機(jī)器人系統(tǒng)來完成魚雷罐車電介質(zhì)插頭、插座的自動(dòng)安裝與拆卸，可以減少高強(qiáng)度、重復(fù)性的勞動(dòng)，合并相關(guān)崗位，提高勞動(dòng)效率。本機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)實(shí)現(xiàn)鋼廠鐵水預(yù)處理區(qū)域的集中控制[3]也有著重要的價(jià)值。

　　1系統(tǒng)組成

　　魚雷罐車電介質(zhì)插拔機(jī)器人系統(tǒng)由一臺(tái)工業(yè)六軸機(jī)器人、圖像處理與視覺定位系統(tǒng)、PLC及人機(jī)界面、機(jī)械系統(tǒng)及安全防護(hù)系統(tǒng)[4]等組成。(1)機(jī)器人系統(tǒng)。采用KUKA公司IRD-4600，負(fù)載為200kg，工作半徑為2.55m，6軸，定位精度為0.1mm，防護(hù)等級(jí)為IP67。機(jī)器人控制單元包括驅(qū)動(dòng)器、示教器、I/O單元、通信模塊等，通過Profibus與PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通信。

　　(2)圖像處理與視覺定位系統(tǒng)[5]。由3臺(tái)工業(yè)相機(jī)、1個(gè)粗定位鏡頭、2個(gè)精定位鏡頭、紅外激光器、藍(lán)色環(huán)形光源、裝載專用算法軟件的工控機(jī)等組成。(3)機(jī)械系統(tǒng)。該部分結(jié)合原有插頭插座形式和現(xiàn)場條件設(shè)計(jì)，考慮實(shí)現(xiàn)人工操作與機(jī)器人操作的通用性，由插頭插座、專用拔插夾具、檢修模塊等部件組成。主要功能實(shí)現(xiàn)插頭的抓取、插頭插座的對(duì)位、插頭插座的對(duì)接、插頭的緊固/松開等整個(gè)插拔動(dòng)作[6]。

　　(4)PLC及人機(jī)界面。PLC控制系統(tǒng)由SIEMENSPLC、HMI、機(jī)旁操作觸摸屏等組成，是電介質(zhì)接插機(jī)器人的控制核心。PLC與機(jī)器人控制單元、視覺定位系統(tǒng)圖像處理工控機(jī)進(jìn)行通信和信息交互，實(shí)現(xiàn)電介質(zhì)插拔整個(gè)動(dòng)作的控制邏輯。(5)安全防護(hù)系統(tǒng)。由安全圍欄及安全門組成。將機(jī)器人作業(yè)區(qū)域與操作人員活動(dòng)區(qū)域完全隔離，確保機(jī)器人作業(yè)時(shí)的安全性。鋼廠倒罐站主PLC系統(tǒng)通過總線及硬接線I/O與機(jī)器人PLC進(jìn)行通信，當(dāng)電介質(zhì)插拔機(jī)器人系統(tǒng)收到魚雷罐車停靠到位信號(hào)時(shí)，定位系統(tǒng)啟動(dòng)，自動(dòng)識(shí)別魚雷罐車編號(hào)并確定魚雷罐車的位置，然后機(jī)器人啟動(dòng)，機(jī)器人工具端的視覺定位系統(tǒng)自動(dòng)獲取魚雷罐車電介質(zhì)插座的三維空間位置，引導(dǎo)機(jī)器人完成電介質(zhì)插頭的安裝。

　　2系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)

　　2.1系統(tǒng)現(xiàn)場布局

　　綜合考慮機(jī)器人作業(yè)范圍及魚雷罐車�？课恢脕泶_定機(jī)器人的定位位置以及維護(hù)檢修、安全防護(hù)等其他相關(guān)組件的安裝位置。

　　2.2系統(tǒng)工作流程

　　當(dāng)PLC系統(tǒng)接收到魚雷罐車�？康男盘�(hào)后，啟動(dòng)安裝在地面上的粗定位系統(tǒng)，獲取魚雷罐車的大致位置并識(shí)別魚雷罐車編號(hào)，然后啟動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，機(jī)器人移動(dòng)到粗定位位置，同時(shí)開啟機(jī)器人前端的二次定位系統(tǒng)進(jìn)行二次定位，獲取定位數(shù)據(jù)并移動(dòng)到相應(yīng)的空間點(diǎn)位。在激光器的配合下調(diào)整前端夾具姿態(tài)，而后開始進(jìn)行精確定位，當(dāng)機(jī)器人獲取到精確定位數(shù)據(jù)后，移動(dòng)到相應(yīng)位置，并在相關(guān)機(jī)械組件的配合下最終完成電介質(zhì)插頭的插入或拔出操作[7]。

　　3電介質(zhì)插頭插座對(duì)接方案設(shè)計(jì)

　　3.1電介質(zhì)插頭插座對(duì)接需求

　　魚雷罐車電介質(zhì)插頭插座需進(jìn)行6路強(qiáng)電、21路弱電的對(duì)接，要求對(duì)接安裝后，各個(gè)點(diǎn)位接觸良好不能出現(xiàn)松動(dòng)，也不能出現(xiàn)插針之間的相對(duì)偏移。

　　4圖像處理與定位系統(tǒng)

　　4.1魚雷罐車編號(hào)識(shí)別與粗定位每臺(tái)魚雷罐車都有其對(duì)應(yīng)的編號(hào)。魚雷罐車電介質(zhì)插拔機(jī)器人系統(tǒng)采用圖像處理技術(shù)結(jié)合深度學(xué)習(xí)算法自動(dòng)識(shí)別魚雷罐車的編號(hào)，并將數(shù)據(jù)通過PLC發(fā)送給工控機(jī)。相機(jī)拍攝一定量的圖片，采用專用算法對(duì)圖片進(jìn)行處理，積累一定量的訓(xùn)練樣本，在深度學(xué)習(xí)算法的應(yīng)用下，圖像識(shí)別準(zhǔn)確性會(huì)隨著樣本的增加越來越高[9]。

　　5結(jié)語

　　電介質(zhì)插拔機(jī)器人系統(tǒng)是針對(duì)鋼廠倒罐站魚雷罐車電介質(zhì)接插作業(yè)開發(fā)的專用智能機(jī)器人設(shè)備，可以替代人工，實(shí)現(xiàn)接插電無人化。該系統(tǒng)在魚雷罐車倒罐作業(yè)上的應(yīng)用是國內(nèi)首次。其難點(diǎn)在于操作對(duì)象是一個(gè)位置不確定、多目標(biāo)(某鋼廠有39套魚雷罐車)且工作環(huán)境相對(duì)惡劣的應(yīng)用場景。因此該系統(tǒng)必須具有一定的智能化水平。本方案通過獨(dú)到設(shè)計(jì)的三階視覺定位系統(tǒng)及多次改進(jìn)后的專用機(jī)械系統(tǒng)，成功解決了停位位置范圍大、插座安裝差異性、對(duì)接精度要求高、弱電插針接觸不良等難點(diǎn)問題。該系統(tǒng)是國內(nèi)第一套魚雷罐車電介質(zhì)接插機(jī)器人系統(tǒng)，開創(chuàng)了魚雷罐車接插電作業(yè)的新模式。

　　鋼廠論文投稿刊物：《冶金自動(dòng)化》是原國家科委批準(zhǔn)、中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)主管、冶金自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院主辦，冶金行業(yè) (包括鋼鐵和有色金屬)唯一國內(nèi)外公開發(fā)行的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用科技期刊，創(chuàng)刊于1976年，現(xiàn)為雙月刊，國際通行版本(大16開本)�！兑苯鹱詣�(dòng)化》的讀者對(duì)象是從事自動(dòng)化科研、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、建設(shè)的廣大科技工作者，中、高等院校專業(yè)師生及技術(shù)工人和管理人員。

　　本系統(tǒng)于2019年1月在某鋼廠投入現(xiàn)場使用，運(yùn)行穩(wěn)定，效果顯著，主要的指標(biāo)和功能如下：基本實(shí)現(xiàn)了魚雷罐車接插電作業(yè)的無人化，投用率平均達(dá)95%以上。系統(tǒng)投用前必須配置專人負(fù)責(zé)接插電工作，投用后只需安排其他崗位人員輔助處理異常情況即可;配套其他系統(tǒng)的改善和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了鐵水預(yù)處理區(qū)域的集中控制和無人化。系統(tǒng)投用后效益顯著，具有較好推廣應(yīng)用價(jià)值。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]劉鴻.常用人工智能技術(shù)在鋼鐵領(lǐng)域中的應(yīng)用概述[J].冶金自動(dòng)化，2019，43(4):24.(LIUHong.Surveyforapplicationofconventionalartificialintelligencetechnologiesinthesteel&ironfield[J].MetallurgicalIndustryAutomation,2019,43(4):24.)

　　作者：饒剛，徐光慶，常發(fā)