CN113894802B - 一种蛇形臂加油机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动化能源补给设备，特别涉及一种蛇形臂加油机器人。包括蛇形臂机器人、末端执行器、供油***、油管及油枪；蛇形臂机器人设置于供油***上，末端执行器设置于蛇形臂机器人的执行末端；油枪设置于末端执行器上；油管的一端与供油***连接，另一端穿过蛇形臂机器人，并且与油枪连接。本发明占地面积小，占用空间小，结构紧凑，油路内置，效率高，将传统加油机与蛇形臂机器人二者融合一体，综合适用性强。

Description

一种蛇形臂加油机器人

技术领域

本发明涉及自动化能源补给设备，特别涉及一种蛇形臂加油机器人。

背景技术

在自动化能源补给领域，关节型加油机器人(工业机器人)是一种常见的解决方案。但考虑到需具备防爆功能的工业机器人结构尺寸臃肿、整机重量偏大、负载能力低，致使其具有占地面积大、占用空间大、效率低(抓取油枪的方式)的技术缺点。现有工业机器人的解决方面只能停留在实验原理样机验证阶段，无法真正应用于实际的能源补给(加油站)领域中。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种蛇形臂加油机器人。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种蛇形臂加油机器人，包括蛇形臂机器人、末端执行器、供油***、油管及油枪；

所述蛇形臂机器人设置于供油***上，所述末端执行器设置于所述蛇形臂机器人的执行末端；

所述油枪设置于所述末端执行器上；

所述油管的一端与所述供油***连接，另一端穿过所述蛇形臂机器人，并且与所述油枪连接。

所述蛇形臂机器人包括蛇形臂机器人本体、驱动单元及多根牵引钢丝绳；所述驱动单元设置于所述供油***上；所述蛇形臂机器人本体的一端与驱动单元连接，另一端与末端执行器连接；

多根牵引钢丝绳的一端与所述驱动单元连接，另一端容置于所述蛇形臂机器人本体内，并且与所述蛇形臂机器人本体的各关节连接；

所述驱动单元通过牵引钢丝绳驱动所述蛇形臂机器人本体进行弯曲动作。

所述蛇形臂机器人本体包括依次铰接的刚性固定臂、柔性臂长节、柔性臂短节及柔性臂末节，其中刚性固定臂与所述驱动单元连接，所述柔性臂末节与所述末端执行器连接；

所述蛇形臂机器人本体的各关节都连接有沿周向均布的三根所述牵引钢丝绳。

所述驱动单元包括驱动单元框架及设置于所述驱动单元框架内且分别与各所述牵引钢丝绳连接的多个直线驱动机构，所述直线驱动机构通过牵引钢丝绳驱动所述蛇形臂机器人本体进行弯曲。

所述末端执行器包括连接块及设置于所述连接块上的夹持油枪机构和转向机构，其中转向机构上设有开关油箱外盖机构和开关油箱内盖机构，所述转向机构用于开关油箱外盖机构和开关油箱内盖机构之间的位置转换；

所述夹持油枪机构连接在所述蛇形臂机器人的执行末端连接，用于夹持所述油枪。

所述开关油箱外盖机构包括真空吸盘、机械触碰探针、壳体Ⅰ、推动气缸、切换机构及吸盘连杆，其中壳体Ⅰ与所述转向机构连接，所述机械触碰探针和吸盘连杆平行设置，并且均与所述壳体Ⅰ滑动连接；

所述推动气缸设置于壳体Ⅰ内，并且输出端与所述吸盘连杆的一端连接；所述真空吸盘与所述吸盘连杆的另一端连接，并且位于所述壳体Ⅰ的外侧；

所述切换机构设置于所述壳体Ⅰ内，并且与所述机械触碰探针和所述吸盘连杆连接；所述切换机构用于带动所述机械触碰探针进行伸缩，并且伸缩方向与所述吸盘连杆的伸缩方向相反。

所述切换机构包括转轴和摆杆，其中摆杆通过转轴安装在所述壳体Ⅰ内，并且位于所述机械触碰探针和所述吸盘连杆之间；

所述摆杆的两端设有滑槽，所述机械触碰探针和所述吸盘连杆分别与所述摆杆两端的滑槽滑动连接。

所述开关油箱内盖机构包括防爆力矩电机、夹紧气缸、齿轮传动机构、角度柔性调整机构、夹爪、牵引绳、转动套筒及壳体Ⅱ，其中壳体Ⅱ的一端与所述转向机构连接，所述转动套筒可转动地设置于所述壳体Ⅱ的另一端；所述夹爪通过角度柔性调整机构与所述转动套筒连接；

所述防爆力矩电机和夹紧气缸设置于所述壳体Ⅱ内，所述防爆力矩电机通过齿轮传动机构与所述转动套筒连接；

所述牵引绳穿过所述转动套筒，并且两端分别与所述夹紧气缸和所述夹爪连接；所述夹紧气缸通过所述牵引绳驱动所述夹爪张开或闭合。

所述夹持油枪机构包括夹持基座、夹持单元和勾握单元；

所述夹持基座与所述连接块连接，所述夹持单元设置于所述夹持基座上，所述勾握单元设置于所述夹持单元上；

所述勾握单元包括勾握气缸和开关栓，所述开关栓设置于所述勾握气缸的输出端；所述勾握气缸驱动所述开关栓进行伸缩，从而扳动所述油枪的扳机。

所述的蛇形臂加油机器人，还包括视觉识别定位***和电控***；所述视觉识别定位***用于识别车辆油箱盖及油口的位置姿态，并输出；所述电控***用于接收所述视觉识别定位***输出的车辆油箱盖及油口的位置姿态信息，并且根据该位置姿态信息控制所述蛇形臂机器人进行加油动作。

本发明的优点及有益效果是：

本发明提供的一种蛇形臂加油机器人，适用于现有传统的加油站布局下，为加油车辆提供自动开油箱盖、加油等一系列操作。本发明占地面积小，占用空间小，结构紧凑，油路内置，效率高，将传统加油机与蛇形臂机器人二者融合一体，综合适用性强。

附图说明

图1是本发明蛇形臂加油机器人的结构示意图；

图2是本发明中蛇形臂机器人的轴测图；

图3是图2中I处放大图；

图4是本发明中末端执行器的轴测图之一；

图5是本发明中末端执行器的轴测图之二；

图6是本发明中开关油箱外盖机构的结构示意图；

图7是本发明中开关油箱内盖机构的结构示意图；

图8是本发明中夹持油枪机构的轴测图；

图9是本发明中供油***的结构示意图。

图中：1为蛇形臂机器人，11为蛇形臂机器人本体，111为刚性固定臂，112为柔性臂长节，113为柔性臂短节，114为柔性臂末节，115为虎克节十字轴，12为驱动单元，121为驱动单元框架，122为驱动固定块，123为直线导轨，124为联轴器，125为减速机，126为电机，127为钢丝绳固定端，13为牵引钢丝绳，2为末端执行器，21为开关油箱外盖机构，211为真空吸盘，212为机械触碰探针，213为壳体Ⅰ，214为传感器，215为推动气缸，216为转轴，217为摆杆，218为吸盘连杆，22为开关油箱内盖机构，221为防爆力矩电机，222为联轴器，223为夹紧气缸，224为小齿轮，225为大齿轮，226为角度柔性调整机构，227为夹爪，228为钢丝绳，229为固定件，2210为套管Ⅰ，2211为套管Ⅱ，2212为转动套筒，2213为壳体Ⅱ，23为夹持油枪机构，231为夹持单元，2311为夹持油枪气缸，2312为油枪夹爪，232为勾握单元，2321为勾握气缸，2322为开关栓，233为夹持基座，24为连接块，25为转向机构，251为转向基座，252为转向气缸，26为连接法兰，3为视觉识别定位***，31为双目相机，32为相机支架，4为电控***，5为供油***，51为外罩，52为电机，53为油泵，54为电磁阀，55为流量计，56为拉断阀，6为油管，7为油枪，8为智能交互***。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明提供的一种蛇形臂加油机器人，包括蛇形臂机器人1、末端执行器2、供油***5、油管6及油枪7；蛇形臂机器人1设置于供油***5上，末端执行器2设置于蛇形臂机器人1的执行末端；油枪7设置于末端执行器2上；油管6的一端与供油***5连接，另一端穿过蛇形臂机器人1，并且与油枪7连接。

本发明的实施例中，蛇形臂加油机器人还包括视觉识别定位***3、电控***4及智能交互***8；视觉识别定位***3用于识别车辆油箱盖及油口的位置姿态，并输出；电控***4用于接收视觉识别定位***3输出的车辆油箱盖及油口的位置姿态信息，并且根据该位置姿态信息控制蛇形臂机器人1进行加油动作。

具体地，视觉识别定位***3包括双目相机和相机支架，双目相机安装在相机支架上。

本发明的实施例中，如图2所示，蛇形臂机器人1包括蛇形臂机器人本体11、驱动单元12及多根牵引钢丝绳13；驱动单元12设置于供油***5上，蛇形臂机器人本体11的一端与驱动单元12连接，另一端与末端执行器2连接；多根牵引钢丝绳13的一端与驱动单元12连接，另一端容置于蛇形臂机器人本体11内，并且与蛇形臂机器人本体11的各关节连接；驱动单元12通过牵引钢丝绳13驱动蛇形臂机器人本体11进行弯曲动作。

具体地，如图2-3所示，蛇形臂机器人本体11包括依次铰接的刚性固定臂111、柔性臂长节112、柔性臂短节113及柔性臂末节114，其中刚性固定臂111与驱动单元12连接，柔性臂长节112和柔性臂短节113均可多节，柔性臂末节114与末端执行器2连接。

具体地，蛇形臂机器人本体11的各关节内设有虎克节十字轴115，通过虎克节十字轴115连接相邻的两个柔性臂。

进一步地，蛇形臂机器人本体11的各关节都连接有沿周向均布的三根牵引钢丝绳13，通过三根牵引钢丝绳13的牵引实现关节的弯曲动作。

本发明的实施例中，如图2所示，驱动单元12包括驱动单元框架121及设置于驱动单元框架121内且分别与各牵引钢丝绳13连接的多个直线驱动机构，直线驱动机构通过牵引钢丝绳13驱动蛇形臂机器人本体11进行弯曲。

具体地，直线驱动机构包括直线导轨123、丝杠丝母驱动机构及钢丝绳固定端127，其中丝杠丝母驱动机构包括丝杠、丝母、联轴器124、减速机125及电机126，其中电机126与减速机125连接，减速机125通过联轴器124与丝杠的一端连接，丝杠的另一端通过驱动固定块122与驱动单元框架121连接，丝母与丝杠螺纹连接，形成螺纹副。钢丝绳固定端127与直线导轨123滑动连接，同时钢丝绳固定端127与丝母连接；电机126驱动丝杠转动，从而通过丝母带动钢丝绳固定端127沿直线导轨123滑动；钢丝绳固定端127与一牵引钢丝绳13连接，从而通过牵引钢丝绳13拉动蛇形臂机器人本体11的关节进行弯曲，使蛇形臂机器人本体11执行相应的功能动作。

本发明的实施例中，如图4-5所示，末端执行器2包括连接块24及设置于连接块24上的夹持油枪机构23和转向机构25，其中转向机构25上设有开关油箱外盖机构21和开关油箱内盖机构22，转向机构25用于开关油箱外盖机构21和开关油箱内盖机构22之间的位置转换；夹持油枪机构23连接在蛇形臂机器人1的执行末端连接，用于夹持油枪7。

如图5所示，转向机构25包括转向基座251和转向气缸252，其中转向基座251与连接块24可转动地连接，转向气缸252设置于连接块24内，并且输出端与转向基座251连接，可驱动转向基座251转动。开关油箱外盖机构21和开关油箱内盖机构22设置于转向基座251上，并且呈90度夹角。

本发明的实施例中，如图6所示，开关油箱外盖机构21包括真空吸盘211、机械触碰探针212、壳体Ⅰ213、推动气缸215、切换机构及吸盘连杆218，其中壳体Ⅰ213与转向机构25连接，机械触碰探针212和吸盘连杆218平行设置，并且均与壳体Ⅰ213滑动连接。推动气缸215设置于壳体Ⅰ213内，并且输出端与吸盘连杆218的一端连接；真空吸盘211与吸盘连杆218的另一端弹性连接，并且位于壳体Ⅰ213的外侧；推动气缸215可驱动吸盘连杆218进行伸缩动作。切换机构设置于壳体Ⅰ213内，并且与机械触碰探针212和吸盘连杆218连接；切换机构用于带动机械触碰探针212进行伸缩，并且伸缩方向与吸盘连杆218的伸缩方向相反。开关油箱外盖机构21通过机械触碰探针212触碰感应到油箱外盖，通过真空吸盘211吸持外盖执行开关盖动作。

本发明的实施例中，切换机构包括转轴216和摆杆217，其中摆杆217通过转轴216安装在壳体Ⅰ213内，并且位于机械触碰探针212和吸盘连杆218之间；摆杆217的两端设有滑槽，机械触碰探针212和吸盘连杆218分别与摆杆217两端的滑槽滑动连接。当推动气缸215驱动吸盘连杆218及真空吸盘211进行向前伸出动作时，机械触碰探针212通过摆杆217带动使其向后缩回；当推动气缸215驱动吸盘连杆218及真空吸盘211进行向后缩回动作时，机械触碰探针212通过摆杆217带动使其向前伸出。

本发明的实施例中，如图7所示，开关油箱内盖机构22包括防爆力矩电机221、夹紧气缸223、齿轮传动机构、角度柔性调整机构226、夹爪227、牵引绳228、转动套筒2212及壳体Ⅱ2213，其中壳体Ⅱ2213的一端与转向机构25的转向基座251连接，转动套筒2212可转动地设置于壳体Ⅱ2213的另一端；夹爪227通过角度柔性调整机构226与转动套筒2212连接；防爆力矩电机221和夹紧气缸223均设置于壳体Ⅱ2213内，防爆力矩电机221通过齿轮传动机构与转动套筒2212连接；牵引绳228穿过转动套筒2212，并且两端分别与夹紧气缸223和夹爪227连接，夹紧气缸223通过牵引绳228驱动夹爪227张开或闭合。

具体地，齿轮传动机构包括小齿轮224和大齿轮225，其中大齿轮225通过固定件229固定在壳体Ⅱ2213内，并且与转动套筒2212连接；小齿轮224通过联轴器222与防爆力矩电机221的输出轴连接，并且与大齿轮225啮合。

防爆力矩电机221通过齿轮传动机构驱动转动套筒2212转动，从而带动夹爪227旋转。

进一步地，牵引绳228的外侧套设有套管Ⅰ2210和套管Ⅱ2211，套管Ⅰ2210的一端插设于固定件229内，另一端插设于转动套筒2212内；套管Ⅱ2211设置于角度柔性调整机构226和夹爪227之间，牵引绳228可在套管Ⅰ2210和套管Ⅱ2211内自由移动。

开关油箱内盖机构22由夹紧气缸223驱动夹爪227夹持油箱内盖，由防爆力矩电机221驱动小齿轮224、大齿轮225、角度柔性调整机构226使夹爪227在夹持油箱内盖状态下旋拧内盖，执行开关油箱内盖的动作。

本发明的实施例中，如图8所示，夹持油枪机构23包括夹持基座233、夹持单元231和勾握单元232，夹持基座233与连接块24连接，夹持单元231设置于夹持基座233上，勾握单元232设置于夹持单元231上。

本实施例中，夹持单元231为现有技术，包括夹持油枪气缸2311及与夹持油枪气缸2311连接的油枪夹爪2312，夹持油枪气缸2311驱动油枪夹爪2312张开或闭合。

本实施例中，勾握单元232包括勾握气缸2321和开关栓2322，勾握气缸2321设置于油枪夹爪2312上，开关栓2322设置于勾握气缸2321的输出端；勾握气缸2321驱动开关栓2322进行伸缩，从而扳动油枪7的扳机。

夹持油枪机构23由夹持油枪气缸231夹持油枪，通过勾握气缸232驱动油枪执行加油动作。

本发明的实施例中，如图9所示，供油***5包括外罩51及设置于外罩51内的电机52、油泵53、电磁阀54、流量计55及拉断阀56，其中电机52与油泵53连接，油泵53的输液口处设有流量计55和拉断阀56，拉断阀56与油管6连接。供油***5为蛇形臂加油机器人在执行加油动作时提供油液输送，拉断阀56可在紧急情况(如车辆意外拉拽油枪时)实现油液切断及保护。

本发明的工作原理是：

当加油车辆停靠至指定加油工位时，视觉识别定位***3首先识别车辆油箱外盖的位置姿态，接收到姿态信息的蛇形臂机器人1移动至车辆油箱外盖指定位，蛇形臂机器人1带动末端执行器2开启油箱外盖。视觉识别定位***3识别车辆油箱内盖的位置姿态，蛇形臂机器人1带动末端执行器2旋拧开启油箱内盖。视觉识别定位***3识别车辆油口的位置姿态，蛇形臂机器人1将油枪7伸入油箱口，供油***5执行加油操作，加油完成后蛇形臂机器人1拔出油枪7。蛇形臂机器人1带动末端执行器2放回旋拧油箱内盖。蛇形臂机器人1带动末端执行器2关闭油箱外盖，蛇形臂机器人1复位完成一次加油操作。驱动单元12驱动蛇形臂机器人1伸缩及执行动作，电控***4负责供配电及控制功能，供油***5在计量过滤的基础上提供所需油液。整个加油过程驾驶员无需下车，只需与智能交互***8进行相应的交互操作即可完成整个加油过程。

本发明将油枪固定在蛇形臂机器人末端执行器上，蛇形臂机器人执行加油动作时，无需进行抓枪动作。油管及走线均内置于蛇形臂关节的中空结构中，无多余管线外露于机器人本体结构外，整个加油流程动作柔顺、操作简洁。

本发明提出的一种蛇形臂加油机器人，适用于现有传统的加油站布局下，为加油车辆提供自动开关油箱盖加油等一系列操作。本发明占地面积小，占用空间小，结构紧凑，油路内置，油枪与机器人一体化，工作效率高。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种蛇形臂加油机器人，其特征在于，包括蛇形臂机器人（1）、末端执行器（2）、供油***（5）、油管（6）及油枪（7）；

所述蛇形臂机器人（1）设置于供油***（5）上，所述末端执行器（2）设置于所述蛇形臂机器人（1）的执行末端；

所述油枪（7）设置于所述末端执行器（2）上；

所述油管（6）的一端与所述供油***（5）连接，另一端穿过所述蛇形臂机器人（1），并且与所述油枪（7）连接；

所述末端执行器（2）包括连接块（24）及设置于所述连接块（24）上的夹持油枪机构（23）和转向机构（25），其中转向机构（25）上设有开关油箱外盖机构（21）和开关油箱内盖机构（22），所述转向机构（25）用于开关油箱外盖机构（21）和开关油箱内盖机构（22）之间的位置转换；

所述夹持油枪机构（23）连接在所述蛇形臂机器人（1）的执行末端连接，用于夹持所述油枪（7）；

所述开关油箱外盖机构（21）包括真空吸盘（211）、机械触碰探针（212）、壳体Ⅰ（213）、推动气缸（215）、切换机构及吸盘连杆（218），其中壳体Ⅰ（213）与所述转向机构（25）连接，所述机械触碰探针（212）和吸盘连杆（218）平行设置，并且均与所述壳体Ⅰ（213）滑动连接；

所述推动气缸（215）设置于壳体Ⅰ（213）内，并且输出端与所述吸盘连杆（218）的一端连接；所述真空吸盘（211）与所述吸盘连杆（218）的另一端连接，并且位于所述壳体Ⅰ（213）的外侧；

所述切换机构设置于所述壳体Ⅰ（213）内，并且与所述机械触碰探针（212）和所述吸盘连杆（218）连接；所述切换机构用于带动所述机械触碰探针（212）进行伸缩，并且伸缩方向与所述吸盘连杆（218）的伸缩方向相反。

2.根据权利要求1所述的蛇形臂加油机器人，其特征在于，所述蛇形臂机器人（1）包括蛇形臂机器人本体（11）、驱动单元（12）及多根牵引钢丝绳（13）；

所述驱动单元（12）设置于所述供油***（5）上；

所述蛇形臂机器人本体（11）的一端与驱动单元（12）连接，另一端与末端执行器（2）连接；

多根牵引钢丝绳（13）的一端与所述驱动单元（12）连接，另一端容置于所述蛇形臂机器人本体（11）内，并且与所述蛇形臂机器人本体（11）的各关节连接；

所述驱动单元（12）通过牵引钢丝绳（13）驱动所述蛇形臂机器人本体（11）进行弯曲动作。

3.根据权利要求2所述的蛇形臂加油机器人，其特征在于，所述蛇形臂机器人本体（11）包括依次铰接的刚性固定臂（111）、柔性臂长节（112）、柔性臂短节（113）及柔性臂末节（114），其中刚性固定臂（111）与所述驱动单元（12）连接，所述柔性臂末节（114）与所述末端执行器（2）连接；

所述蛇形臂机器人本体（11）的各关节都连接有沿周向均布的三根所述牵引钢丝绳（13）。

4.根据权利要求2所述的蛇形臂加油机器人，其特征在于，所述驱动单元（12）包括驱动单元框架（121）及设置于所述驱动单元框架（121）内且分别与各所述牵引钢丝绳（13）连接的多个直线驱动机构，所述直线驱动机构通过牵引钢丝绳（13）驱动所述蛇形臂机器人本体（11）进行弯曲。

5.根据权利要求1所述的蛇形臂加油机器人，其特征在于，所述切换机构包括转轴（216）和摆杆（217），其中摆杆（217）通过转轴（216）安装在所述壳体Ⅰ（213）内，并且位于所述机械触碰探针（212）和所述吸盘连杆（218）之间；

所述摆杆（217）的两端设有滑槽，所述机械触碰探针（212）和所述吸盘连杆（218）分别与所述摆杆（217）两端的滑槽滑动连接。

6.根据权利要求1所述的蛇形臂加油机器人，其特征在于，所述开关油箱内盖机构（22）包括防爆力矩电机（221）、夹紧气缸（223）、齿轮传动机构、角度柔性调整机构（226）、夹爪（227）、牵引绳（228）、转动套筒（2212）及壳体Ⅱ（2213），其中壳体Ⅱ（2213）的一端与所述转向机构（25）连接，所述转动套筒（2212）可转动地设置于所述壳体Ⅱ（2213）的另一端；所述夹爪（227）通过角度柔性调整机构（226）与所述转动套筒（2212）连接；

所述防爆力矩电机（221）和夹紧气缸（223）设置于所述壳体Ⅱ（2213）内，所述防爆力矩电机（221）通过齿轮传动机构与所述转动套筒（2212）连接；

所述牵引绳（228）穿过所述转动套筒（2212），并且两端分别与所述夹紧气缸（223）和所述夹爪（227）连接；所述夹紧气缸（223）通过所述牵引绳（228）驱动所述夹爪（227）张开或闭合。

7.根据权利要求1所述的蛇形臂加油机器人，其特征在于，所述夹持油枪机构（23）包括夹持基座（233）、夹持单元（231）和勾握单元（232）；

所述夹持基座（233）与所述连接块（24）连接，所述夹持单元（231）设置于所述夹持基座（233）上，所述勾握单元（232）设置于所述夹持单元（231）上；

所述勾握单元（232）包括勾握气缸（2321）和开关栓（2322），所述开关栓（2322）设置于所述勾握气缸（2321）的输出端；所述勾握气缸（2321）驱动所述开关栓（2322）进行伸缩，从而扳动所述油枪（7）的扳机。

8.根据权利要求1-7任一项所述的蛇形臂加油机器人，其特征在于，还包括视觉识别定位***（3）和电控***（4）；

所述视觉识别定位***（3）用于识别车辆油箱盖及油口的位置姿态，并输出；

所述电控***（4）用于接收所述视觉识别定位***（3）输出的车辆油箱盖及油口的位置姿态信息，并且根据该位置姿态信息控制所述蛇形臂机器人（1）进行加油动作。

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