摘要：魚雷罐車倒罐作業是鐵廠生產的鐵水進入鋼廠的第一道工序，魚雷罐車停車就位后，由操作人員手動搬運電氣插頭與魚雷罐車車體上的插座連接，實現魚雷罐車上設備的接電。為了解決該崗位工作內容單一、勞動強度大、空間狹小、安全風險高的問題，設計了一種機器人系統來完成魚雷罐車電介質插頭、插座的自動安裝與拆卸。重點介紹了機器人系統實現魚雷罐車電解質插拔功能自主集成方面的成功案例，主要就該機器人系統的基本組成、主要功能、工作原理和關鍵技術等方面展開論述。目前該系統運行穩定，插頭與插座連接可靠，完全滿足現場生產的要求。

　　關鍵詞：魚雷罐車;電介質自動插拔;工業機器人;視覺定位;字符識別

　　隨著機器人技術及視覺定位引導技術的飛速發展，機器人在汽車制造、化工、物流等領域得到了大范圍的應用，極大地提高了這些行業的智能化水平，大幅降低了這些行業的人力成本及管理成本[1]。相比于汽車、化工、物流等行業，鋼鐵工業在機器人的應用上存在著較大的差距，因此寶武集團在鋼鐵工業智能制造的推進上提出了“四個一律”的思路，即“操作室一律集中、操作崗位一律機器人、運維一律遠程、服務一律上線”，其中關于“操作一律機器人”的要求雖然目前還不能完全做到，但推動了各工序應用機器人的嘗試和實踐。通過機器人替代現場危險性、重復性工作崗位，對提高勞動效率、改善勞動條件、崗位流程再造都具有現實的意義。

　　近年來，機器人在鋼鐵工業各工序的應用越來越廣泛，應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器人、連鑄結晶器加渣機器人、鋼包機器人、噴號機器人等[2]。魚雷罐車倒罐作業是鐵廠的鐵水進入鋼廠的第一道工序。魚雷罐車由火車頭牽引進入鋼廠的倒罐站，停車就位后，火車頭脫離，然后采用人工方式進行魚雷罐車的受電工作，操作人員徒手搬運并安裝電氣插頭，根據魚雷罐車車體上插座的位置，進行電介質插頭和插座的插拔作業。通過設計一種機器人系統來完成魚雷罐車電介質插頭、插座的自動安裝與拆卸，可以減少高強度、重復性的勞動，合并相關崗位，提高勞動效率。本機器人系統對實現鋼廠鐵水預處理區域的集中控制[3]也有著重要的價值。

　　1系統組成

　　魚雷罐車電介質插拔機器人系統由一臺工業六軸機器人、圖像處理與視覺定位系統、PLC及人機界面、機械系統及安全防護系統[4]等組成。(1)機器人系統。采用KUKA公司IRD-4600，負載為200kg，工作半徑為2.55m，6軸，定位精度為0.1mm，防護等級為IP67。機器人控制單元包括驅動器、示教器、I/O單元、通信模塊等，通過Profibus與PLC系統實現通信。

　　(2)圖像處理與視覺定位系統[5]。由3臺工業相機、1個粗定位鏡頭、2個精定位鏡頭、紅外激光器、藍色環形光源、裝載專用算法軟件的工控機等組成。(3)機械系統。該部分結合原有插頭插座形式和現場條件設計，考慮實現人工操作與機器人操作的通用性，由插頭插座、專用拔插夾具、檢修模塊等部件組成。主要功能實現插頭的抓取、插頭插座的對位、插頭插座的對接、插頭的緊固/松開等整個插拔動作[6]。

　　(4)PLC及人機界面。PLC控制系統由SIEMENSPLC、HMI、機旁操作觸摸屏等組成，是電介質接插機器人的控制核心。PLC與機器人控制單元、視覺定位系統圖像處理工控機進行通信和信息交互，實現電介質插拔整個動作的控制邏輯。(5)安全防護系統。由安全圍欄及安全門組成。將機器人作業區域與操作人員活動區域完全隔離，確保機器人作業時的安全性。鋼廠倒罐站主PLC系統通過總線及硬接線I/O與機器人PLC進行通信，當電介質插拔機器人系統收到魚雷罐車停靠到位信號時，定位系統啟動，自動識別魚雷罐車編號并確定魚雷罐車的位置，然后機器人啟動，機器人工具端的視覺定位系統自動獲取魚雷罐車電介質插座的三維空間位置，引導機器人完成電介質插頭的安裝。

　　2系統工藝設計

　　2.1系統現場布局

　　綜合考慮機器人作業范圍及魚雷罐車停靠位置來確定機器人的定位位置以及維護檢修、安全防護等其他相關組件的安裝位置。

　　2.2系統工作流程

　　當PLC系統接收到魚雷罐車停靠的信號后，啟動安裝在地面上的粗定位系統，獲取魚雷罐車的大致位置并識別魚雷罐車編號，然后啟動機器人系統，機器人移動到粗定位位置，同時開啟機器人前端的二次定位系統進行二次定位，獲取定位數據并移動到相應的空間點位。在激光器的配合下調整前端夾具姿態，而后開始進行精確定位，當機器人獲取到精確定位數據后，移動到相應位置，并在相關機械組件的配合下最終完成電介質插頭的插入或拔出操作[7]。

　　3電介質插頭插座對接方案設計

　　3.1電介質插頭插座對接需求

　　魚雷罐車電介質插頭插座需進行6路強電、21路弱電的對接，要求對接安裝后，各個點位接觸良好不能出現松動，也不能出現插針之間的相對偏移。

　　4圖像處理與定位系統

　　4.1魚雷罐車編號識別與粗定位每臺魚雷罐車都有其對應的編號。魚雷罐車電介質插拔機器人系統采用圖像處理技術結合深度學習算法自動識別魚雷罐車的編號，并將數據通過PLC發送給工控機。相機拍攝一定量的圖片，采用專用算法對圖片進行處理，積累一定量的訓練樣本，在深度學習算法的應用下，圖像識別準確性會隨著樣本的增加越來越高[9]。

　　5結語

　　電介質插拔機器人系統是針對鋼廠倒罐站魚雷罐車電介質接插作業開發的專用智能機器人設備，可以替代人工，實現接插電無人化。該系統在魚雷罐車倒罐作業上的應用是國內首次。其難點在于操作對象是一個位置不確定、多目標(某鋼廠有39套魚雷罐車)且工作環境相對惡劣的應用場景。因此該系統必須具有一定的智能化水平。本方案通過獨到設計的三階視覺定位系統及多次改進后的專用機械系統，成功解決了停位位置范圍大、插座安裝差異性、對接精度要求高、弱電插針接觸不良等難點問題。該系統是國內第一套魚雷罐車電介質接插機器人系統，開創了魚雷罐車接插電作業的新模式。

　　鋼廠論文投稿刊物：《冶金自動化》是原國家科委批準、中國鋼鐵工業協會主管、冶金自動化研究設計院主辦，冶金行業 (包括鋼鐵和有色金屬)唯一國內外公開發行的自動化技術應用科技期刊，創刊于1976年，現為雙月刊，國際通行版本(大16開本)�！兑苯鹱詣踊�》的讀者對象是從事自動化科研、設計、生產、建設的廣大科技工作者，中、高等院校專業師生及技術工人和管理人員。

　　本系統于2019年1月在某鋼廠投入現場使用，運行穩定，效果顯著，主要的指標和功能如下：基本實現了魚雷罐車接插電作業的無人化，投用率平均達95%以上。系統投用前必須配置專人負責接插電工作，投用后只需安排其他崗位人員輔助處理異常情況即可;配套其他系統的改善和優化，實現了鐵水預處理區域的集中控制和無人化。系統投用后效益顯著，具有較好推廣應用價值。

　　參考文獻：

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

　　作者：饒剛，徐光慶，常發