CN107298424B - 一种高危流体充装机器人 - Google Patents

Abstract

一种高危流体充装机器人，包括立柱，以及设置在立柱侧面的机械臂组件，立柱与机械臂组件之间设有驱动机械臂组件沿水平方向旋转的水平关节，机械臂组件包含多节依次相连的机械臂，以及设置在相邻机械臂之间以驱动每节机械臂沿垂直方向旋转的垂直关节，机械臂为用于连接各关节节点和输送液体介质的鹤管，位于机械臂组件末端的机械臂为用于打开和关闭油罐车口盖的机械手臂，机械手臂上固定设有用于压紧和拧松油罐车口盖的机械手，且机械手与机械手臂的夹角呈预设角度，机械手上设有用于对油罐车口盖进行寻找和定位的摄像头。本发明采用全自动控制代替人工对油罐车进行液体充装，不仅提高了生产效益，减轻了劳动强度，而且防止了人为安全事故发生。

Description

一种高危流体充装机器人

技术领域

本发明涉及石油化工装备制造领域，具体涉及一种用于石油化工行业中对油罐车进行充装的高危流体充装机器人。

背景技术

现有技术，市场上机器人的产品较多，应用范围大致在汽车制造装配、焊接、喷涂、餐饮、医疗等领域，但应用于石油化工企业的流体充装还处于空白。

目前，石油化工企业的流体充装一般采用人工充装方式，其不仅作业强度大，危险性高，而且造成企业生产成本高、效益低下、安全性差，因此，其已不能满足当今社会的高速发展。

发明内容

本发明为了解决现有技术存在的上述技术问题，提供了一种可代替人工对油罐车进行液体充装的高危流体充装机器人。

为实现上述目的，本发明提供了一种高危流体充装机器人，包括立柱，以及设置在立柱侧面且可进行水平旋转的机械臂组件，所述立柱与机械臂组件之间设有驱动机械臂组件沿水平方向旋转的水平关节，所述机械臂组件包含多节依次相连的机械臂，以及设置在相邻机械臂之间以驱动每节机械臂沿垂直方向旋转的垂直关节，所述机械臂为用于连接各关节节点和输送液体介质的鹤管，位于机械臂组件末端的机械臂为用于打开和关闭油罐车口盖的机械手臂，所述机械手臂上固定设有用于压紧和拧松油罐车口盖的机械手，且所述机械手与所述机械手臂的夹角呈预设角度，所述机械手上设有用于对油罐车口盖进行寻找和定位的摄像头。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述机械臂用于连接水平关节或垂直关节的端部固定设置有弯头，相邻的两根机械臂之间，以及机械臂与立柱之间通过其固定设置有弯头转动相连。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述机械臂的节数为三节。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述垂直关节包括固定于机械臂上的第一马达、连接在第一马达上的减速机、设置在所述减速机的转轴上的驱动轮，以及固定在与所述机械臂相邻的另一机械臂上的从动轮，相邻两机械臂之间设有旋转接头，所述第一马达的轴心线为水平设置，所述主动轮与从动轮相啮合，通过第一马达的旋转以实现两相邻机械臂之间的垂直旋转。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述机械手包括连接臂、光源、第二马达和机器爪，所述连接臂固定连接于机械手臂的侧面，所述通过第二马达固定在连接臂的端部，所述机器手为7字结构，且机器爪呈U型，第二马达用于驱动机器手旋转，以实现锁紧油罐车口盖，所述光源设置于连接臂上且位于摄像头的前侧，用于摄像头补光和夜间照明。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述第一马达和第二马达均为伺服马达。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述高危流体充装机器人还包括控制系统，所述控制系统分别与第一马达、第二马达、摄像头和光源电性相连。

本发明的高危流体充装机器人可以达到如下有益效果：

1）采用全自动控制代替人工对油罐车进行液体充装，不仅提高了生产效益，减轻了劳动强度，而且防止人为安全事故的发生；

2）采用非接触式视觉定位技术，从而保证了定位的精度，且对于观测者与被观测者都不会产生任何损伤，从而提高系统的可靠；

3）摄像头具有较宽的光谱响应范围，例如使用人眼看不见的红外测量，扩展了人眼的视觉范围；

4）长时间稳定工作，人类难以长时间对同一对象进行观察，而机器视觉则可以长时间地作测量、分析和识别任务等优点；

5）多关节的机械臂组件和机器手相结合的结构，运动灵活，使用方便。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明高危流体充装机器人提供的一实例的结构示意图；

图2为本发明高危流体充装机器人的垂直关节的结构示意图；

图3为本发明高危流体充装机器人的机械手的结构示意图。

图中：1、立杆，2、水平关节，3、机械臂，4、垂直关节，41、从动轮，42、旋转接头，43、主动轮，44、减速机，45、第一马达，5、机械手臂，6、机械臂，61、摄像头，62、光源，63、连接臂，64、第二马达，65、机器爪。

本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。较佳实施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

图1为本发明高危流体充装机器人提供的一实例的结构示意图，图2为本发明高危流体充装机器人的垂直关节的结构示意图，图3为本发明高危流体充装机器人的机械手的结构示意图，如图1至图3所示，高危流体充装机器人包括立柱，以及设置在立柱侧面且可进行水平旋转的机械臂3组件，所述立柱与机械臂3组件之间设有驱动机械臂3组件沿水平方向旋转的水平关节2，所述机械臂3组件包含多节依次相连的机械臂3，以及设置在相邻机械臂3之间以驱动每节机械臂3沿垂直方向旋转的垂直关节4，所述机械臂3为用于连接各关节节点和输送液体介质的鹤管，位于机械臂3组件末端的机械臂3为用于打开和关闭油罐车口盖的机械手臂5，所述机械手臂5上固定设有用于压紧和拧松油罐车口盖的机械手6，且所述机械手6与所述机械手臂5的夹角呈预设角度，所述机械手6上设有用于对油罐车口盖进行寻找和定位的摄像头61。所述预设角度可由设计人员根据具体需求设定，如其可为60度、90度等。

具体实施中，所述机械臂3用于连接水平关节2或垂直关节4的端部固定设置有弯头，相邻的两根机械臂3之间，以及机械臂3与立柱之间通过其固定设置有弯头转动相连。

具体实施中，所述机械臂3的节数为三节，当然根据实际生产需求，机械臂3的节数还可以是其他数量，如两节或四节。所述垂直关节4包括固定于机械臂3上的第一马达45、连接在第一马达45上的减速机44、设置在所述减速机44的转轴上的驱动轮，以及固定在与所述机械臂3相邻的另一机械臂3上的从动轮41，相邻两机械臂3之间设有旋转接头42，所述第一马达45的轴心线为水平设置，所述主动轮43与从动轮41相啮合，通过第一马达45的旋转以实现两相邻机械臂3之间的垂直旋转。

具体实施中，所述机械手6包括连接臂63、光源62、第二马达64和机器爪65，所述连接臂63固定连接于机械手臂5的侧面，所述机器爪65通过第二马达64固定在连接臂63的端部，所述机器手为7字结构，且机器爪65呈U型，第二马达64用于驱动机器手旋转，以实现锁紧油罐车口盖，所述光源62设置于连接臂63上且位于摄像头61的前侧，用于摄像头61补光和夜间照明。

具体实施中，所述第一马达45和第二马达64均为伺服马达，采用先进的伺服马达及相关驱动技术，保证了机械臂3组件运动的稳定性和可靠性，相比液压驱动，还节省了设计和生产成本。

具体实施中，所述高危流体充装机器人还包括控制系统，所述控制系统分别与第一马达45、第二马达64、摄像头61和光源62电性相连。

为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本发明的技术方案，下面详述本实施例的工作原理，下面所有实例均以三节机械臂3为例。

打开充装口盖的操作：

1）控制系统接到开盖指令，先控制水平关节2朝预定方向旋转，带动整个机械臂3组件水平旋转移动，使机械手臂5朝油罐车充装口位置移动；

2）当机械手臂5到达预定位置将自动停止，以为后续工作做准备；

3）接下来控制系统起动垂直关节4上的第一马达45，使机械手臂5反时针旋转90度，同时垂直关节4配合调整高度，使机械手6垂直朝下，并通过摄像头61对油罐车充装口盖进行摄像，定位，以寻找油罐车充装口盖上的锁杆；

4）找到油罐车充装口盖上的锁杆后，控制系统控第二马达64反时针旋转90度，其旋转带动机器爪65旋转，以松开锁杆，此时油罐车充装口盖松动；

5）然后控制系统控制垂直关节4的第一马达45旋转，使机械手臂顺时针方向旋转90度，让机械手臂垂直朝下，在摄像头61视觉定位的控制下寻找到油罐车充装口的盖臂。

6）控制系统将控制水平关节2向收臂方向旋转90度，机械手臂推动油罐车充装口的盖臂，此时油罐车充装口盖被打开。

充装作业：

油罐车充装口盖被打开后，控制系统将通过水平关节2使机械臂3组件向充装口方向移动90度，然后在各关节的垂直关节4配合下，将开关充装口盖臂插入充装口内，以对石油化工行业中的液体化工进行充装。

关盖动作：

1）当充装完成后，即本发明的机器人得到关盖指令后，控制系统控制连接机械手臂5的垂直关节4旋转，使机械手臂5提起，再通过摄像定位后，推动油罐车充装口的盖臂将充装口关闭；

2）然后机器人的控制系统控制其它垂直关节4，将机械手臂反时针旋转90度，使机器爪65朝下，再通过摄像头61的定位，找到锁杆；

3）第二马达64旋转，使机器爪将油罐车充装口盖的锁杆顺时针旋转90度，此时充装口与盖压紧，完成关闭过程。

复位收回动作：

1）关闭油罐车充装口盖后，控制系统控制垂直关节4，使机械手臂顺时针旋转90度，回到原始位置，即使机械手臂朝下，机器手爪朝前。

2）然后水平关节2旋转，收回机器臂至原始位置，等待下一次的动作。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (4)

1.一种高危流体充装机器人，其特征在于，包括立柱，以及设置在立柱侧面且可进行水平旋转的机械臂组件，所述立柱与机械臂组件之间设有驱动机械臂组件沿水平方向旋转的水平关节，所述机械臂组件包含多节依次相连的机械臂，以及设置在相邻机械臂之间以驱动每节机械臂沿垂直方向旋转的垂直关节，所述机械臂为用于连接各关节节点和输送液体介质的鹤管，位于机械臂组件末端的机械臂为用于打开和关闭油罐车口盖的机械手臂，所述机械手臂上固定设有用于压紧和拧松油罐车口盖的机械手，且所述机械手与所述机械手臂的夹角呈预设角度，所述机械手上设有用于对油罐车口盖进行寻找和定位的摄像头；其中，所述垂直关节包括固定于机械臂上的第一马达、连接在第一马达上的减速机、设置在所述减速机的转轴上的主动轮，以及固定在与所述机械臂相邻的另一机械臂上的从动轮，相邻两机械臂之间设有旋转接头，所述第一马达的轴心线为水平设置，所述主动轮与从动轮相啮合，通过第一马达的旋转以实现两相邻机械臂之间的垂直旋转；所述机械手包括连接臂、光源、第二马达、机器手和机器爪，所述连接臂固定连接于机械手臂的侧面，所述机器手通过第二马达固定在连接臂的端部，所述机器手为7字结构，机器爪构成7字结构机器手不与第二马达固定的端部，且机器爪呈U型，第二马达用于驱动机器手旋转，以实现锁紧油罐车口盖，所述光源设置于连接臂上且位于摄像头的前侧，用于摄像头补光和夜间照明；

所述高危流体充装机器人还包括控制系统，所述控制系统分别与第一马达、第二马达、摄像头和光源电性相连；

高危流体充装机器人的工作过程为：

（1）打开充装口盖的操作：

1）控制系统接到开盖指令，先控制水平关节朝预定方向旋转，带动整个机械臂组件水平旋转移动，使机械手臂朝油罐车充装口位置移动；

2）当机械手臂到达预定位置将自动停止，以为后续工作做准备；

3）接下来控制系统起动垂直关节上的第一马达，使机械手臂反时针旋转90度，同时垂直关节配合调整高度，使机械手垂直朝下，并通过摄像头对油罐车充装口盖进行摄像，定位，以寻找油罐车充装口盖上的锁杆；

4）找到油罐车充装口盖上的锁杆后，控制系统控第二马达反时针旋转90度，其旋转带动机器爪旋转，以松开锁杆，此时油罐车充装口盖松动；

5）然后控制系统控制垂直关节的第一马达旋转，使机械手臂顺时针方向旋转90度，让机械手臂垂直朝下，在摄像头视觉定位的控制下寻找到油罐车充装口的盖臂；

6）控制系统将控制水平关节向收臂方向旋转90度，机械手臂推动油罐车充装口的盖臂，此时油罐车充装口盖被打开；

（2）充装作业：

油罐车充装口盖被打开后，控制系统将通过水平关节使机械臂组件向充装口方向移动90度，然后在各关节的垂直关节配合下，将开关充装口盖臂插入充装口内，以对石油化工行业中的液体化工进行充装；

（3）关盖动作：

1）当充装完成后，即机器人得到关盖指令后，控制系统控制连接机械手臂的垂直关节旋转，使机械手臂提起，再通过摄像定位后，推动油罐车充装口的盖臂将充装口关闭；

2）然后机器人的控制系统控制其它垂直关节，将机械手臂反时针旋转90度，使机器爪朝下，再通过摄像头的定位，找到锁杆；

3）第二马达旋转，使机器爪将油罐车充装口盖的锁杆顺时针旋转90度，此时充装口与盖压紧，完成关闭过程；

（4）复位收回动作：

1）关闭油罐车充装口盖后，控制系统控制垂直关节，使机械手臂顺时针旋转90度，回到原始位置，即使机械手臂朝下，机器手爪朝前；

2）然后水平关节旋转，收回机器臂至原始位置，等待下一次的动作。

2.按照权利要求1所述的高危流体充装机器人，其特征在于，所述机械臂用于连接水平关节或垂直关节的端部固定设置有弯头。

3.按照权利要求2所述的高危流体充装机器人，其特征在于，所述机械臂的节数为三节。

4.按照权利要求3所述的高危流体充装机器人，其特征在于，所述第一马达和第二马达均为伺服马达。

Images