CN105384133A - 一种智能自主加油装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能自主加油装置及控制方法，属于智能加油技术领域。它解决了如何实现智能化自主加油的问题。该装置包括加油枪、控制器、用于发射距离及方位数据的发射器、摄像头、用于接收发射信号的感应器和用于执行的机械手，感应器和摄像头连接控制器输入端，机械手连接控制器输出端，控制器根据发射器发送的加油口距离、方位数据和摄像头拍摄发射器与感应器对接的影像曝光线包含机械手及车辆加油口建立空间直角坐标系，得出车辆加油口在空间直角坐标系中的空间坐标确定机械手的空间移动路径并控制加油。方法如下:A、信号采集；B、建立空间直角坐标系；C、加油口的坐标值；D、机械手与加油口对接。本装置和方法实现了智能化自主加油。

Description

一种智能自主加油装置及控制方法

技术领域

本发明属于加油技术领域，涉及一种智能自主加油装置及控制方法。

背景技术

随着汽车数量的不断增加，给消费者带来方便快捷交通的同时，随之而来的负面问题已经凸显出来且越显加剧，加油排队现象为驾驶员带来很多不变和烦恼，但目前加油服务主要以人工为主，人工操作费时费力流程繁琐，这不仅要耗费大量劳动力，给劳动效率的提升带来较大的压力。当有枪根在加油时与汽车的油箱口产生静电时会通过加油上的消静电的金属弹簧将静电传导到消静电装置，达到消除静电的目的，但是同时现有人工加油时，因人为经验也动作、臂力等个体化差异在加油操作上容易让加油枪和油箱口产生火花，给加油带来很大的安全隐患。

中国专利文献公开了申请号为CN200710134977.2的一种出口为胶套的加油枪，这是一种加油站添加燃料油时能防静电和防磨擦火花更安全的加油工具。由加油枪、加油枪管、耐油胶套、小金属丝组成，耐油胶套加套在加油枪管上，小金属丝呈不规律均匀分布在耐油胶套中。由于在加油枪的出油管上加套一层耐油胶套可防加油枪和油箱口产生火花，由于在生产耐油胶套过程中在胶套中加入若干小金属丝，汽车和加油枪上的静电通过胶套中的小金属丝传导给加油枪的消静电装置。该专利一定程度上增加有人工加油的安全系数，但是需要人工手动加油，不具有自动化加油能力。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述问题，提出了一种智能自主加油装置及控制方法。该装置及控制方法解决了如何实现智能化自主加油的问题。

本发明通过下列技术方案来实现：一种智能自主加油装置，包括加油枪，其特征在于，该装置还包括控制器、设置于车辆加油口上用于发射距离和方位数据的发射器、用于采集影像数据的摄像头、用于接收车辆加油口发射信号的感应器和用于执行控制器加油指令带动加油枪加油的机械手，所述感应器和摄像头连接控制器输入端，所述机械手连接控制器输出端，所述控制器根据发射器发送的加油口距离、方位数据和摄像头拍摄发射器与感应器对接的影像曝光线建立包含机械手及车辆加油口在内的空间直角坐标系，同时得出车辆加油口在空间直角坐标系中的空间坐标位置数据后确定机械手的空间移动数据及路径规划，并控制机械手根据路径和空间移动数据带动加油枪伸入车辆加油口并进行加油。

当车辆驶入指定的位置，打开加油口盖，车辆加油口上的发射器发送光波信号给感应器，感应器感应发射信号启动摄像头和控制器工作，摄像头拍摄光波在图像中的曝光线结合感应器接收的车辆加油口的方位和距离数据确定以机械手为数轴建立空间直角坐标系，机械手的底部支撑点位坐标原点，机械手为Z轴，即有X轴、Y轴、Z轴，且为两两相互垂直的数轴，Z轴向上，Y轴向前，X轴向右。由此确定车辆加油口在空间直角坐标上的空间位置数据，即在X轴、Y轴、Z轴上的数字，从而控制机械手运动带动加油枪伸入车辆加油口并进行加油，从而实现智能化自主加油。无需人工握着加油枪进行人工加油减少人工成本，简化加油流程。

在上述的智能自主加油装置中，所述机械手包括主体、带动主体横向平行移动的导轨、用于带动主体上下及左右移动的动力组件，主体包括支撑座和支撑臂，支撑座垂直设置于导轨上，动力组件设置于支撑臂上，所述动力组件包括液压缸和连接液压缸的液压杆，所述液压缸通过继电器电连接控制器。这里控制器通过控制主体在导轨上的横向水平运动可以把机械手与车辆加油口在同一平面内，同时控制器通过继电器控制液压缸带动液压杆运动控制支撑臂的上下左右运动，以实现带到加油枪准确的把枪口进入到车辆加油口中。

在上述的智能自主加油装置中，所述控制器还连接有用于检测液压杆运动里程的距离传感器、比例阀及行程开关。这里通过距离传感器的反馈信号及比例阀提高定位精度。同时由行程开关提高工作稳定性。

在上述的智能自主加油装置中，所述控制器还包括加油应用系统，控制器还连接有显示屏和输入键。输入键根据加油应用系统的加油步骤流程确定加油及缴费并在显示屏上进行显示。这里实现了自动加油、缴费的自动化控制操作。

在上述的智能自主加油装置中，所述控制器还连接有用于实现无线通信的无线通信模块。这里可以方便手机、平板等于控制器进行连接实现加油、缴费等流程的操作。

在上述的智能自主加油装置中，所述加油枪的枪口设置有橡胶盖，所述橡胶盖为圆台形，橡胶盖上端面紧配合于枪口的外壁，下端面通过弹簧连接于枪体。不仅减少枪口与车辆加油口的摩擦同时枪口与加油口能够密封，减少漏油的情况发生。

一种智能自主加油控制方法，其特征在于，本方法包括如下步骤:

A、信号采集：接收发射器发射车辆加油口方位和距离信号，采集车辆位于加油位置的影像数据，提取影像中发射器发射给感应器的图像曝光数据；

B、建立空间直角坐标系：控制器根据摄像头采集的信息建立包括机械手和车辆加油口在内的模拟空间直角坐系，空间直角坐系包括：X轴、Y轴、Z轴，Z轴向上，Y轴向前，X轴向右；

C、确定车辆加油口的坐标值：根据发射器发送的加油口距离、方位数据和摄像头拍摄发射器与感应器对接的影像曝光线得出车辆加油口在空间直角坐标系中的空间坐标位置数据，根据车辆加油口空间坐标值确定机械手的空间坐标系中分别在X轴、Y轴，Z轴的移动数据；

D、控制机械手与车辆加油口对接：根据机械手的空间坐标系中分别在X轴、Y轴，Z轴的移动数据确定机械手的移动步骤和路径，分别调整机械手在X轴方向的距离、Y轴方向的距离和Z轴方向的距离实现与车辆加油口的对接，将加油枪的枪口伸入到车辆加油口中。

当车辆驶入指定的位置，打开加油口盖，车辆加油口上的发射器发送光波信号给感应器，感应器感应发射信号启动摄像头和控制器工作，摄像头拍摄光波在图像中的曝光线结合感应器接收的车辆加油口的方位和距离数据确定以机械手为数轴建立空间直角坐标系，机械手的底部支撑点位坐标原点，机械手的加油前的状态位为Z轴，即有X轴、Y轴、Z轴，且为两两相互垂直的数轴，Z轴向上，Y轴向前，X轴向右。由此确定车辆加油口在空间直角坐标上的空间位置数据，即在X轴、Y轴、Z轴上的数字，从而控制机械手运动带动加油枪伸入车辆加油口并控制加油，从而实现智能化自主加油。

在上述的智能自主加油控制方法中，所述步骤A中，当需要加油的车辆停到固定的加油停车区域，同时设置于加油枪口上的感应器接收车辆加油口上的发射器信号启动摄像头拍摄及控制器启动工作。减少拍摄数据，同时也确定采集数据的有效性，能够简化控制器的数据处理过程，更加的智能化。

在上述的智能自主加油控制方法中，通过控制器或移动设备连接控制器进行选择确认加油、结束加油及支付信息。实现自动化一站式自动加油模式，实现互联网加模式能够更加便捷的实现自主加油、支付等。

在上述的智能自主加油控制方法中，结束加油后，机械手恢复到加油前状态。这里方便控制器内空间直角坐标系的建立，同时对加油反馈信息的自学习，能更加精确机械手带动加油枪到车辆加油口的动作。

与现有技术相比，本智能自主加油装置及控制方法中。具有以下优点：

1、本发明通过移动设备连接控制器或是控制器的按键输入确认加油、结束加油、付款等信息，实现远程支付、确认的操作更加智能化和个性化，使得加油行为更加简便。

2、本发明通过确定需要加油的车辆加油口在空间直角坐标系中的坐标值，从而精确控制机械手带动加油枪伸入车辆加油口实现机械一体化替代人工的自动加油目的。

3、本发明通过距离传感器、比例阀及行程开关共同作用控制液压缸的运动从而精确控制液压杆的运动距离，提供机械手工作的稳定性和精细程度。

附图说明

图1是本发明的电路框图。

图2是本发明机械手结构示意图。

图3是本发明控制流程图。

图4是本发明加油枪枪口的局部示意图。

图中，1、控制器；2、感应器；3、无线通信模块；4、摄像头；5、动力组件；51、距离传感器；52、比例阀；53、行程开关；54、继电器；55、液压缸；56、液压杆；571、下铰链；572、上铰链；58、主体；581、支撑座；582、上支撑臂；583、下支撑臂；59、支撑臂；6、导轨；61、电机；7、发射器；8、移动设备；9、加油枪；91、橡胶盖；10、加油口；11、电磁阀；12、显示屏；13、输入键；14、机械手。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1-3所示，本智能自主加油装置包括加油枪9，加油枪9的枪口设置有橡胶盖91，橡胶盖91为圆台形，橡胶盖91上端面紧配合于枪口，下端面通过弹簧连接于枪体。不仅减少枪口与车辆加油口10的摩擦同时枪口与加油口10能够密封，减少漏油的情况发生。还包括控制器1、设置于车辆加油口10上用于发射距离和方位数据的发射器7、用于采集影像数据的摄像头4、用于接收车辆加油口10发射信号的感应器2和用于执行控制器1加油指令带动加油枪9加油的机械手14，感应器2和摄像头4连接控制器1输入端，机械手14连接控制器1输出端，控制器1还包括加油应用系统，控制器1还连接有显示屏12和输入键13。输入键13根据加油应用系统的加油步骤流程确定加油及缴费并在显示屏12上进行显示。控制器1还连接有用于实现与移动设备8实现无线通信的无线通信模块3。控制器1根据发射器7发送的加油口10距离、方位数据和摄像头4拍摄发射器7与感应器2对接的影像曝光线包含机械手14及车辆加油口10建立空间直角坐标系，从而得出车辆加油口10在空间直角坐标系中的空间坐标位置数据确定机械手14的空间移动数据并控制加油指令。发射器7与感应器2之间发射信号为光波信号，同时还可以设置用于检测距离的传感器和方位传感器。检测距离的传感器可使用光电开关进行实现。方位传感器可以用地磁传感器。

机械手14包括主体58、带动主体58横向平行移动的导轨6、用于带动主体58上下及左右移动的动力组件5，主体58包括支撑座581和支撑臂59，支撑座581垂直设置于导轨6上，动力组件5设置于支撑臂59上，动力组件5包括液压缸55和连接液压缸55的液压杆56，液压缸55通过继电器54电连接控制器1。支撑臂59包括上支撑臂582和下支撑臂583，上支撑臂582和下支撑臂583铰接，下支撑臂583和支撑座581铰接。通过上支撑臂582和下支撑臂583类人手臂的多关节连接方式是为了让机械手14的运动范围更广，动作灵活度增强。控制器1通过控制主体58在导轨6上的横向水平运动可以把机械手14与车辆加油口10在同一平面内，同时控制器1通过继电器54控制液压缸55带动液压杆56运动控制支撑臂59的上下左右运动，以实现带到加油枪9准确的把枪口进入到车辆加油口10中。控制器1还连接有用于检测液压杆56运动里程的距离传感器51、比例阀52及行程开关53。这里通过距离传感器51的反馈信号及比例阀52提高定位精度。同时由行程开关53提高工作稳定性。控制器1通过连接直线电机61控制主体58在导轨6上运动，同时通过继电器54控制液压缸55的活动带动液压杆56运动，同时根据距离传感器51和比例阀52调整控制精度同时行程开关53控制液压缸55的启停。

本智能自主加油控制方法包括如下步骤:

A、信号采集：接收发射器7发射车辆加油口10方位和距离信号，采集车辆位于加油位置的影像数据，提取影像中发射器7发射给感应器2的图像曝光数据；

当需要加油的车辆停到固定的加油停车区域，同时设置于加油枪9口上的感应器2接收车辆加油口10上的发射器7信号启动摄像头4拍摄及控制器1启动工作。

B、建立空间直角坐标系：控制器1根据摄像头4采集的信息建立包括机械手14和车辆加油口10在内的模拟空间直角坐系，空间直角坐系包括：X轴、Y轴、Z轴，Z轴向上，Y轴向前，X轴向右；

C、确定车辆加油口10的坐标值：根据发射器7发送的加油口10距离、方位数据和摄像头4拍摄发射器7与感应器2对接的影像曝光线得出车辆加油口10在空间直角坐标系中的空间坐标位置数据，根据车辆加油口10空间坐标值确定机械手14的空间坐标系中分别在X轴、Y轴，Z轴的移动数据；

D、控制机械手14与车辆加油口10对接：根据机械手14的空间坐标系中分别在X轴、Y轴，Z轴的移动数据确定机械手14的移动步骤和路径，分别调整机械手14在X轴方向的距离、Y轴方向的距离和Z轴方向的距离实现与车辆加油口10的对接，将加油枪9的枪口伸入到车辆加油口10中。

通过控制器1或移动设备8连接控制器1进行选择确认加油、结束加油及支付信息。实现自动化一站式自动加油模式，实现互联网加模式能够更加便捷的实现自主加油、支付等。结束加油后，机械手14恢复到加油前状态。这里方便控制器1内空间直角坐标系的建立，同时对加油反馈信息的自学习，能更加精确机械手14带动加油枪9到车辆加油口10的动作。

以下是本发明智能自主加油装置及控制方法的工作原理:

当车辆驶入指定加油停车区域，并通过车辆开关打开车辆加油口10盖，车辆加油口10上的发射器7发送光波信号给感应器2，感应器2接收发射信号后触发启动摄像头4和控制器1工作，摄像头4拍摄光波在图像中的曝光线结合感应器2接收的车辆加油口10的方位和距离数据确定以加油前机械手14为数轴建立空间直角坐标系，机械手14的底部支撑点位坐标原点，机械手14的加油前的状态位为Z轴，即有X轴、Y轴、Z轴，且为两两相互垂直的数轴，Z轴向上，Y轴向前，X轴向右。由此确定车辆加油口10在空间直角坐标上的空间位置数据，即对应在X轴、Y轴、Z轴上的坐标数字，从而控制机械手14平移、上下、左右等运动带动加油枪9伸入车辆加油口10，加油枪9口伸入加油口10通过橡胶盖91压缩弹簧，同时弹簧将橡胶盖91弹起对加油枪9与车辆加油口10的空隙进行封闭。并通过移动设备8连接控制器1输入确认加油后控制电磁阀11打开进行加油，在加油后确认支付并结束加油，从而实现智能化自主加油。

如图2所示是机械手14的一种形式，机械手14包括横向平移用于实现X轴方向运动的导轨6、支撑座581、上支撑臂582、下支撑臂583、上铰链572和下铰链571，及液压缸55、液压杆56，支撑座581垂直固定于导轨6上由电机61带动支撑座581在导轨6上运行，控制器1根据X轴上的运行距离控制电机61转动使得支撑臂59、支撑座581及车辆加油口10在同一平面内。同时上支撑臂582和下支撑臂583之间通过上铰链572进行连接，上支撑臂582和下支撑臂583之间可以绕上铰链572上下转动。下支撑臂583和支撑座581通过下铰链571连接，下支撑臂583和支撑座581之间可以绕下铰链571上下转动。从而控制支撑臂59的高度，及宽度。同时上支撑臂582与上铰链572之间的长度可调。在上支撑臂582带动加油枪9与加油口10对接时，在上支撑臂582带动加油枪9与加油口对接时，微调上支撑臂582的长度可以更好的实现不同型号车型、停车距离都可以实现加油抢与车辆加油口10对接。同时机械手14可以多种形式只需能够实现是通过支撑臂的轴向伸缩调整高度Z轴方向，同时能够在X轴向运动及Y轴向的运动。这里控制器1内设置应用系统或APP，通过无线通信模块3方便手机等移动设备8进行远距离控制进行加油确认，在机械手14带动加油枪9枪口伸入到车辆加油口10后控制连接油管的电磁阀11进行加油控制。加油后进行支付确认、甚至评价，结束加油后，机械手14带到加油枪9离开加油口恢复到加油前状态。机械手14的运动也可以是使用伸缩方式进行调整。只要支撑臂59端横向、纵向等全方位运动需求实现。

车辆按要求停在相应区域内，打开汽车加油口10盖，此设备接收车辆加油口10位置信息快速调整位置，加油时橡胶盖91压缩弹簧将加油嘴伸入汽车加油口10，按照感应器2指示运动到指定位置后，弹簧将橡胶盖91弹起，开始加油；加油结束后，和原步骤一致。在于在加油站一定区域内此设备根据感应器2接收到的信息通过X向导轨6、液压杆56、铰链及时调整至加油口10位置，实现对接，无需人工进行操作；加油口10采用橡胶材质，形状与车辆加油口10内径可实现无缝啮合。从而实现加油，无需加油站人员任何操作，结合网上支付等手段可实现燃油的自动售卖，方便车主，减少加油站的运营成本。本实施例中的控制器1可以有PLC实现对电机61及液压缸55的控制。控制器1也可以用微型计算机进行实现。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了控制器1、感应器2、无线通信模块3、摄像头4、动力组件5、距离传感器51、比例阀52、行程开关53、继电器54、液压缸55、液压杆56、下铰链571、上铰链572、支撑臂58、支撑座581、上支撑臂582、下支撑臂583、支撑臂59、导轨6、电机61、发射器7、移动设备8、加油枪9、橡胶盖91、加油口10、电磁阀11、显示屏12、输入键13、机械手14等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种智能自主加油装置，包括加油枪(9)，其特征在于，该装置还包括控制器(1)、设置于车辆加油口(10)上用于发射距离和方位数据的发射器(7)、用于采集影像数据的摄像头(4)、用于接收车辆加油口(10)发射信号的感应器(2)和用于执行控制器(1)加油指令带动加油枪(9)加油的机械手(14)，所述感应器(2)和摄像头(4)连接控制器(1)输入端，所述机械手(14)连接控制器(1)输出端，所述控制器(1)根据发射器(7)发送的加油口(10)距离、方位数据和摄像头(4)拍摄发射器(7)与感应器(2)对接的影像曝光线建立包含机械手(14)及车辆加油口(10)在内的空间直角坐标系，同时得出车辆加油口(10)在空间直角坐标系中的空间坐标位置数据后确定机械手(14)的空间移动数据及路径规划，并控制机械手(14)根据路径和空间移动数据带动加油枪(9)伸入车辆加油口(10)并进行加油。

2.根据权利要求1所述的智能自主加油装置，其特征在于，所述机械手(14)包括主体(58)、带动主体(58)横向平行移动的导轨(6)、用于带动主体(58)上下及左右移动的动力组件(5)，主体(58)包括支撑座(581)和支撑臂(59)，支撑座(581)垂直设置于导轨(6)上，动力组件(5)设置于支撑臂(59)上，所述动力组件(5)包括液压缸(55)和连接液压缸(55)的液压杆(56)，所述液压缸(55)通过继电器(54)电连接控制器(1)。

3.根据权利要求2所述的智能自主加油装置，其特征在于，所述控制器(1)还连接有用于检测液压杆(56)运动里程的距离传感器(51)、比例阀(52)及行程开关(53)。

4.根据权利要求1或2或3所述的智能自主加油装置，其特征在于，所述控制器(1)还包括加油应用系统，控制器(1)还连接有显示屏(12)和输入键(13)。

5.根据权利要求4所述的智能自主加油装置，其特征在于，所述控制器(1)还连接有用于实现无线通信的无线通信模块(3)。

6.根据权利要求5所述的智能自主加油装置，其特征在于，所述加油枪(9)的枪口设置有橡胶盖(91)，所述橡胶盖(91)为圆台形，橡胶盖(91)上端面紧配合于枪口的外壁，下端面通过弹簧连接于枪体。

7.一种智能自主加油控制方法，其特征在于，本方法包括如下步骤:

A、信号采集：接收发射器(7)发射车辆加油口(10)方位和距离信号，采集车辆位于加油位置的影像数据，提取影像中发射器(7)发射给感应器(2)的图像曝光数据；

B、建立空间直角坐标系：控制器(1)根据摄像头(4)采集的信息建立包括机械手(14)和车辆加油口(10)在内的模拟空间直角坐系，空间直角坐系包括：X轴、Y轴、Z轴，Z轴向上，Y轴向前，X轴向右；

C、确定车辆加油口(10)的坐标值：根据发射器(7)发送的加油口(10)距离、方位数据和摄像头(4)拍摄发射器(7)与感应器(2)对接的影像曝光线得出车辆加油口(10)在空间直角坐标系中的空间坐标位置数据，根据车辆加油口(10)空间坐标值确定机械手(14)的空间坐标系中分别在X轴、Y轴，Z轴的移动数据及路径规划；

D、控制机械手(14)与车辆加油口(10)对接：根据机械手(14)的空间坐标系中分别在X轴、Y轴，Z轴的移动数据确定机械手(14)的移动步骤和路径，分别调整机械手(14)在X轴方向的距离、Y轴方向的距离和Z轴方向的距离实现与车辆加油口(10)的对接，将加油枪(9)的枪口伸入到车辆加油口(10)中。

8.根据权利要求7所述的智能自主加油控制方法，其特征在于，所述步骤A中，当需要加油的车辆停到固定的加油停车区域，同时设置于加油枪(9)口上的感应器(2)接收车辆加油口(10)上的发射器(7)信号启动摄像头(4)拍摄及控制器(1)启动工作。

9.根据权利要求7或8所述的智能自主加油控制方法，其特征在于，通过控制器(1)或移动设备(8)连接控制器(1)进行选择确认加油、结束加油及支付信息。

10.根据权利要求9所述的智能自主加油控制方法，其特征在于，结束加油后，机械手(14)恢复到加油前状态。