CN108840304A - 汽车自动装车系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种汽车自动装车系统，包括：三轴桁架式机械臂，自动对位系统，自动对位系统固定在机械臂上，由机械臂带动对位系统工作，完成对位功能；管道系统，所述管道系统连接机械臂，利用机械臂的动力可展开与合拢，实现管道系统往槽车罐口的搬运，可纠偏密闭系统，所述可纠偏密闭系统与管道系统连接，可纠偏密闭系统包括固定层和密闭层，固定层用于连接管道系统，密闭层用于槽车罐口密封，在固定层和密闭层之间设置纠偏层；控制系统，所述控制系统用于控制三轴桁架式机械臂和自动对位系统。本发明装车过程采用密闭装车，能够实现达标排放，采用自动化实现对位、对接，人工介入的环节大大减少，可极大降低操作人员的劳动强度，提高生产效率。

Description

汽车自动装车系统

技术领域

本发明主要涉及汽车槽车的装车技术领域，具体是汽车自动装车系统。

背景技术

石油采油作业区采集出来的原油，根据作业区产量多少的区别，就地经过简单处理后，通过管输或陆路运输的方式汇总到集中的装卸点，比如装车站、加油注水站等等，进行临时储存，达到一定的储存量后，再通过相对集中的途径，调运到炼化企业进行深度加工。

石油采油作业区汽车槽车陆路运输的方式非常普遍，国内各采油点之间的距离相对比较远，各点的出油量也不大，采用管输方式实现原油输送的情况比较少，各单井采油点采出的原油就需要通过汽车槽车将原油运输到统一的装卸点进行转运。传统的装车系统一般是采用一根软管与槽车的装车口连接，然后打开阀门，将原油注入到槽车内。这种传统的装车方式非常粗放，一般为露天作业，开放式排放，对环境产生极大的污染，同时采用人工判断对接、人工拖拽管道的方式，使得人工劳动强度大，作业效率低下。

发明内容

为解决目前技术的不足，本发明结合现有技术，从实际应用出发，提供一种汽车自动装车系统，通过全程密闭装车，自动防偏、自动对接技术，能够减少装车过程中对环境的污染，同时提高装车效率。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

汽车自动装车系统，包括：

三轴桁架式机械臂，所述三轴桁架式机械手通过伺服电机驱动能够实现X轴、Y轴和Z轴的运动；

自动对位系统，所述自动对位系统固定在机械臂上，由机械臂带动对位系统工作，完成对位功能，对位系统基于激光红外传感器采用线扫描的方式对槽车上表面的表面特性进行采集与分析，并将采集的结果与预设的目标特征之间进行对比、筛选，确定槽车罐口位置；

管道系统，所述管道系统连接机械臂，利用机械臂的动力可展开与合拢，实现管道系统往槽车罐口的搬运，管道系统下接口与栈桥管线连接，管道末端与可纠偏密闭系统连接；

可纠偏密闭系统，所述可纠偏密闭系统与管道系统连接，可纠偏密闭系统包括固定层和密闭层，其中固定层用于连接管道系统，密闭层用于槽车罐口密封，在固定层和密闭层之间设置纠偏层；

控制系统，所述控制系统用于控制三轴桁架式机械臂和自动对位系统。

所述管道系统包括圆管、弯头、旋转接头，在旋转接头上设有导静电系统，导静电系统包括导电带和铜线鼻，导电带采用铜质导电材料外部有塑料防护层，导电带跨接在旋转接头两侧。

所述旋转接头为双滚道支承结构，外圈采用45号钢，内圈采用06Cr19Ni10，主密封圈采用PTFE增强聚四氟乙烯材料，内衬不锈钢弹簧卡。

在可纠偏密闭系统的固定层上设有自动消压单向阀，当槽车内部的气压大于设定值时自动消压实现设备的自我保护。

在可纠偏密闭系统的固定层上设置密闭到位检测装置，该装置与机械臂的上下到位信号连锁，槽车在装卸过程中，机械臂根据到位检测信号实时上升或下降，保证密闭效果。

可纠偏密闭系统的密闭层是采用氟橡胶的平面密封结构。

可纠偏密闭系统的纠偏层采用气囊或软性密封材料或弹簧，密闭层通过纠偏层和固定层之间实现活动连接。

本发明的有益效果：

本发明装车过程采用密闭装车，能够实现达标排放，采用自动化实现对位、对接，人工介入的环节大大减少，可极大降低操作人员的劳动强度，提高生产效率。

附图说明

附图1为本发明装车系统总体结构示意图；

附图2为本发明可纠偏密闭系统示意图；

附图3为本发明自动对位系统原理图。

具体实施方式

结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

如图1、2、3所示，本发明主要实现自动装车、密闭装车和液下装车，其主要是采用三轴桁架式机械臂与管道系统配合，实现管道在空间的运动，采用防爆私服电机提供实现鹤管运动的动力，采用激光红外技术或视觉技术实现槽车位置检测与对位引导，采用自动纠偏随动密封系统实现管道与槽车之间的密封。

在图1中所示，为本发明的整体布局图，在场地内设置多个工位，每个工位上方设置一套机械臂2，机械臂2底部设置可纠偏密闭系统3，工位处停放待装车的槽车1，对于三轴桁架式机械臂2，其参数如下：

1)X轴行程：不小于2500；

2)Y轴行程：不小于1500；

3)Z轴行程：不小于2500；

4)搬运重量：不小于100公斤；

5)离设备1米距离处，运行噪音低于60dB，无异常振动；

6)机械臂不带负载运行，单周期最短时间小于60S；

7)机械臂的重复定位精度：±2mm；

8)机械臂整机运行过程中的接地电阻：小于10Ω；

9)带力矩检测与过载保护功能，一旦出现运行故障，机械臂自动停止，同时发出声光报警信号，以保证生产安全与设备防护；

10)各传动装置与动力装置带防护系统，确保在露天日常运行状态下的工作状态；

11)提供全自动、半自动与手动操作模式。

如图2所示，为本发明的红外对位系统，基于激光红外的自动对位技术，采用线扫描的方式对槽车上表面的表面特性进行采集与分析，并将采集的结果与预设的目标特征之间进行对比、筛选，确定槽车罐口位置，主要包括定位传感器、处理器、定位算法与纠偏等。

自动对位系统固定在机械臂上，由机械臂带动对位系统工作，完成对位功能，对位系统的控制系统，与机械臂的控制系统集成为整体控制柜。

对位传感器采用红外技术实现；红外对强光的抗干扰能力大于10000LUX，满足现场实际环境要求；正常情况下，传感器的使用寿命大于10年，对位传感器操作方便，日常维护简单，机械臂待机状态，传感器尽量靠近维修平台，不需要增加额外辅助装置或工具就可以实现简单拆卸与维护。

对于本发明的管道系统，管道4与机械臂2连接在一起，管道4下接口与栈桥现有管线连接，管道4末端与可纠偏密闭系统3连接，利用机械臂2的动力，实现管道系统的展开与合拢，实现管道系统往槽车1罐口的搬运。管道系统在结构上主要包括圆管、旋转接头与弯头。

管道材料的选择根据内部输送介质的不同而不同，旋转接头外圈材料采用45#钢，内圈材料采用06Cr19Ni10。双滚道支承结构，滚道为精密数控机床加工，并经淬硬处理，主密封圈采用PTFE增强聚四氟乙烯材料，内衬不锈钢弹簧卡。密封面经抛光处理，密封性能优越、可靠，同一型号机械臂的主副密封圈规格应相同，可以互换。

在管道系统上还设有导静电系统，导静电系统自带导电带和铜线鼻组成，方便拆卸和更换。导电带材质规定为铜，外部有塑料防护层，规格为100A，跨接在旋转接头两侧，用螺栓连接，当装卸易燃易爆介质时，可消除臂上静电，保证生产安全。

如图2所示，本发明的可纠偏密闭系统，采用多层密封机构，包括固定层5、纠偏层6和密闭层7。

对于固定层5，与管道系统连接，固定在机械臂2上，带减压单向阀，当槽车1内部的气压大于设定值时可以自动消压，实现设备的自我保护。

固定层5上设置密闭到位检测装置，该装置与机械臂2的上下到位信号连锁，槽车在装卸过程中，罐口高度会随着槽车总重量重量的增减而浮动，密闭层7和固定层5之间的位置关系也会随之变化，机械臂2根据到位检测信号随时上升或下降，保证持续的正压力，确保密闭效果。

对于密闭层7，采用平面密封结构，材料选用改性氟橡胶，硬度20-25度，与固定层5之间采用活动连接方式连接。

对于纠偏层6，设置在密闭层7和固定层5之间，纠偏层6可以采用气囊、也可以采用软性密封材料，或弹簧带密闭装置等等，要求能够实现的纠偏范围大于3°。

对于控制系统，采用基于KeMotion r6000系列控制器的一套完整的面向多轴运动控制系统，硬件包括KeMotion控制器以及各种外围模块，通过以太网或总线的形式与控制器连接。

所使用的几个主要的模块如下：

1)CPU：使用KeMotion r6000系列的CP263/X CPU模块，运行VxWorks实时操作系统。自带CF卡，OS和应用软件以及系统的数据都存在里面。系统中同时安装了RC机器人控制系统和软PLC控制系统两套软件，它们同时运行，通过共享内存块的方式进行通信。

2)伺服驱动器：通过EtherCAT总线与控制器连接，可以独立控制伺服，包括位置、速度、加速度和电流的控制，驱动器可以采用离散式或集成式架构。

3)系统扩展：扩展I/O模块，提供插槽式的K-BUS连接。可以扩展支持各种总线(CAN、Sercos、Profibus)的模块，以及模拟量或者数字量的输入输出模块。

KeMotion系统软件结构

KeMotion控制系统软件结构，包含控制器上运行的控制系统软件、手持终端上运行的监控、操作、诊断软件和PC上运行的编程开发工具软件和监控、操作、诊断程序。

1)控制器上的软件：运行在控制器硬件平台(x86嵌入式微处理器)上的软件，为系统的实时性和可靠性提供了一个基础，同时也为应用软件提供运行环境。

2)PC机上的软件：工具软件Teachedit和KeStudio分别为RC程序和PLC程序的编程工具。

系统软件二次开发

二次开发的主要任务是基于KeMotion控制系统进行RC和PLC程序开发。

RC(Robot Control)软件开发

在Robot Control中运行的是机器人的运动控制程序，开发的主要工作是基于本发明的结构与工艺流程，在世界坐标系下，开发出符合本发明动作步骤的机器人模型，使模型的动作与实际需求一致并实现可视化。

2)PLC应用软件开发

PLC程序开发主要包含逻辑控制、模式管理、轴控制数据的更新、I/O系统的控制等。PLC程序包含五个部分：

a)Initialization初始化

b)Runtime control and measurement运行系统控制和管理

c)Axes update轴位置更新

d)User programs用户程序

e)Update of RobotControl Robot Control更新(共享变量)

结合本发明的具体情况，主要包含：

电机参数与驱动器的匹配；

b)输入输出点的设置；

c)机构结构尺寸；

d)传动系数与方向；

e)路径规划；

f)速度设置与安全范围设定等,实现设计设定的动作。

3)动作协同的实现

动作协同指自动装卸设备在工作过程中可以感知槽车的位置信息，并根据槽车的位置信息协调自身的动作，防止相互之间发生破坏性碰撞。

本发明的装车流程如下：

1)汽车停靠：槽车进装车岛，根据地上的标线确定左右两侧的位置，根据车头前的停车标线确定停车前后位置，停靠完成。

2)生产准备：人工上装车岛，确认停靠位置是否合适，开盖，做好生产准备；

3)自动对位：启动机械臂，拖动管道系统自动运行与对位，对位完成，机械臂停在罐口上方；

4)人工确认对位准确，按下确认按键；

5)机械臂自动下降，到位，自动启动装车系统装车；

6)装车完成，装车系统停止，机械臂上升到罐口，滴油固定时间后，自动复位，停机。

Claims (7)

1.汽车自动装车系统，其特征在于，包括：

三轴桁架式机械臂，所述三轴桁架式机械手通过伺服电机驱动能够实现X轴、Y轴和Z轴的运动；

自动对位系统，所述自动对位系统固定在机械臂上，由机械臂带动对位系统工作，完成对位功能，对位系统基于激光红外传感器采用线扫描的方式对槽车上表面的表面特性进行采集与分析，并将采集的结果与预设的目标特征之间进行对比、筛选，确定槽车罐口位置；

管道系统，所述管道系统连接机械臂，利用机械臂的动力可展开与合拢，实现管道系统往槽车罐口的搬运，管道系统下接口与栈桥管线连接，管道末端与可纠偏密闭系统连接；

可纠偏密闭系统，所述可纠偏密闭系统与管道系统连接，可纠偏密闭系统包括固定层和密闭层，其中固定层用于连接管道系统，密闭层用于槽车罐口密封，在固定层和密闭层之间设置纠偏层；

控制系统，所述控制系统用于控制三轴桁架式机械臂和自动对位系统。

2.如权利要求1所述的汽车自动装车系统，其特征在于，所述管道系统包括圆管、弯头、旋转接头，在旋转接头上设有导静电系统，导静电系统包括导电带和铜线鼻，导电带采用铜质导电材料外部有塑料防护层，导电带跨接在旋转接头两侧。

3.如权利要求1所述的汽车自动装车系统，其特征在于，所述旋转接头为双滚道支承结构，外圈采用45号钢，内圈采用06Cr19Ni10，主密封圈采用PTFE增强聚四氟乙烯材料，内衬不锈钢弹簧卡。

4.如权利要求1所述的汽车自动装车系统，其特征在于，在可纠偏密闭系统的固定层上设有自动消压单向阀，当槽车内部的气压大于设定值时自动消压实现设备的自我保护。

5.如权利要求1所述的汽车自动装车系统，其特征在于，在可纠偏密闭系统的固定层上设置密闭到位检测装置，该装置与机械臂的上下到位信号连锁，槽车在装卸过程中，机械臂根据到位检测信号实时上升或下降，保证密闭效果。

6.如权利要求1所述的汽车自动装车系统，其特征在于，可纠偏密闭系统的密闭层是采用氟橡胶的平面密封结构。

7.如权利要求1所述的汽车自动装车系统，其特征在于，可纠偏密闭系统的纠偏层采用气囊或软性密封材料或弹簧，密闭层通过纠偏层和固定层之间实现活动连接。