CN109108953A - 一种无人加油用机械臂系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无人加油用机械臂系统，包括气泵源、控制器和油管，油管能够与外部油源相连通，油管的出口处设置CCD视觉相机，油管的外部套装多段相连的关节，关节包括弹性件和多根气动肌肉，弹性件的轴线和气动肌肉的轴线均与油管的轴线相平行，弹性件套装于油管的外部，气动肌肉呈圆环形均布于弹性件的外部，多根气动肌肉分别与气泵源相连通，气泵源和CCD视觉相机均与控制器相连。CCD视觉相机能够检测待加油车加油孔的位置，油管外部套装关节，控制器接收到加油孔的位置后，控制气源泵向不同位置的气动肌肉充气，通过关节运动最终达到油管对准加油孔的目的，具有气动肌肉的关节，大大提高了机械臂的灵活性和柔顺性，降低了力控制系统的设计难度。

Description

一种无人加油用机械臂系统

技术领域

本发明涉及机械臂技术领域，特别是涉及一种无人加油用机械臂系统。

背景技术

机械臂是机器人重要的组成部分，也是工业生产与生活中的一个重要的执行机构，能够模仿人手臂的作动过程完成一定的操作任务。基于目前汽车加油行业依赖于加油工作者的现状，加油机械臂逐渐出现在人们的视线中，然而，现有刚性机械臂的加油系统并不具备较好的柔顺性和较高的安全性能。

近年来，随着变刚度材料技术和仿生技术的快速发展，机器人技术迎来了共融的时代。现有的机械臂大多是由“刚性材料”制作而成，采用电机或液压驱动，能够输出较大的载荷，但缺少安全的人机交互能力，存在柔性差、抗冲击能力弱以及自身较重的缺陷；同时，灵巧手也是以刚性结构为主，柔性较差并且基于较多的自由度与精确的力位控制，在对汽车进行加油时，控制系统的设计是比较复杂的。随着社会的发展，人们对仿生机械手提出了新的要求，包括人-机-环境交互的安全性、灵活性和抗冲击性。

因此，如何改变现有技术中，无人加油系统中的机械臂柔性较差的现状，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种无人加油用机械臂系统，以解决上述现有技术存在的问题，提高了机械臂的灵活性和柔性，简化了力控制系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种无人加油用机械臂系统，包括气泵源、控制器和油管，所述油管能够与外部油源相连通，所述油管的出口处设置CCD视觉相机，所述油管的外部套装多段相连的关节，所述关节包括弹性件和多根气动肌肉，所述弹性件的轴线和所述气动肌肉的轴线均与所述油管的轴线相平行，所述弹性件套装于所述油管的外部，所述气动肌肉呈圆环形均布于所述弹性件的外部，多根所述气动肌肉分别与所述气泵源相连通，所述气泵源和所述CCD视觉相机均与所述控制器相连。

优选地，所述关节包括两个所述弹性件、三根所述气动肌肉和三支腿结构，两个所述弹性件分别设置于所述三支腿结构的两端，三根所述气动肌肉分别穿过所述三支腿结构。

优选地，所述所述弹性件为弹簧，所述三支腿结构具有能够容纳所述油管通过的第一通孔，所述三支腿结构的两端还分别设置能够容纳所述弹性件的第一容置孔，所述第一容置孔与所述第一通孔同轴设置，所述第一容置孔与所述第一通孔相连通。

优选地，相邻的所述关节之间通过双层三支腿相连，所述双层三支腿具有能够容纳所述油管通过的第二通孔，所述双层三支腿的两端还分别设置能够容纳所述弹性件的第二容置孔，所述第二容置孔与所述第二通孔同轴设置，所述第二容置孔与所述第二通孔相连通。

优选地，无人加油用机械臂系统还包括底座和顶板，所述底座和所述顶板分别设置于所述油管的两端，所述底座和所述顶板上分别设置能够容纳所述油管通过的第三通孔，所述底座和所述顶板上靠近所述关节的一侧均设置能够容纳所述所述弹性件的第三容置孔，所述第三通孔与所述第三容置孔相连通，所述CCD视觉相机设置于所述顶板上。

优选地，无人加油用机械臂系统还包括调节螺钉，所述调节螺钉与所述双层三支腿螺纹连接，所述调节螺钉与所述油管抵接。

优选地，所述气动肌肉包括橡胶管和纤维丝层，所述纤维丝层设置于所述橡胶管的外部，所述橡胶管与所述气泵源相连通，向所述橡胶管内充气时，所述纤维丝层能够产生径向膨胀和轴向收缩。

优选地，所述气动肌肉与所述气泵源之间设集成空气阀，所述集成空气阀与所述控制器相连，所述集成空气阀与所述气泵源之间设置限压阀。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的无人加油用机械臂系统，包括气泵源、控制器和油管，油管能够与外部油源相连通，油管的出口处设置CCD视觉相机，油管的外部套装多段相连的关节，关节包括弹性件和多根气动肌肉，弹性件的轴线和气动肌肉的轴线均与油管的轴线相平行，弹性件套装于油管的外部，气动肌肉呈圆环形均布于弹性件的外部，多根气动肌肉分别与气泵源相连通，气泵源和CCD视觉相机均与控制器相连。CCD视觉相机能够检测待加油车加油孔的位置，油管外部套装关节，控制器接收到加油孔的位置后，控制气源泵向不同位置的气动肌肉充气，通过关节运动最终达到油管对准加油孔的目的，具有气动肌肉的关节，大大提高了机械臂的灵活性和柔顺性，降低了力控制系统的设计难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的无人加油用机械臂系统的整体结构示意图；

图2为本发明的无人加油用机械臂系统的三支腿结构的主视图；

图3为图2中沿B-B方向的剖切示意图；

图4为本发明的无人加油用机械臂系统的双层三支腿的示意图；

图5为本发明的无人加油用机械臂系统的双层三支腿的剖切示意图；

图6为本发明的无人加油用机械臂系统的控制流程示意图；

图7为本发明的无人加油用机械臂系统的气动肌肉的示意图；

图8为本发明的无人加油用机械臂系统的气动肌肉充气时的示意图；

其中，1为油管，2为CCD视觉相机，3为关节，4为气动肌肉，5为弹性件，6为三支腿结构，7为双层三支腿，8为第一通孔，9为第一容置孔，10为第二通孔，11为第二容置孔，12为底座，13为顶板，14为调节螺钉，15为橡胶管，16为纤维丝层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种无人加油用机械臂系统，以解决上述现有技术存在的问题，提高了机械臂的灵活性和柔性，简化了力控制系统。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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。

请参考图1-8，其中，图1为本发明的无人加油用机械臂系统的整体结构示意图，图2为本发明的无人加油用机械臂系统的三支腿结构的主视图，图3为图2中沿B-B方向的剖切示意图，图4为本发明的无人加油用机械臂系统的双层三支腿的示意图，图5为本发明的无人加油用机械臂系统的双层三支腿的剖切示意图，图6为本发明的无人加油用机械臂系统的控制流程示意图，图7为本发明的无人加油用机械臂系统的气动肌肉的示意图，图8为本发明的无人加油用机械臂系统的气动肌肉充气时的示意图。

本发明提供一种无人加油用机械臂系统，包括气泵源、控制器和油管，油管能够与外部油源相连通，油管的出口处设置CCD视觉相机，油管的外部套装多段相连的关节，关节包括弹性件和多根气动肌肉，弹性件的轴线和气动肌肉的轴线均与油管的轴线相平行，弹性件套装于油管的外部，气动肌肉呈圆环形均布于弹性件的外部，多根气动肌肉分别与气泵源相连通，气泵源和CCD视觉相机均与控制器相连。

使用本发明的无人加油用机械臂系统时，CCD视觉相机能够检测待加油车加油孔的位置，油管外部套装关节，控制器接收到加油孔的位置后，控制气源泵向不同位置的气动肌肉充气，加之套装在油管外部的弹性件配合，通过关节运动最终达到油管对准加油孔的目的，具有气动肌肉的关节，大大提高了机械臂的灵活性和柔顺性，降低了力控制系统的设计难度。

具体地，关节包括两个弹性件、三根气动肌肉和三支腿结构，两个弹性件分别设置于三支腿结构的两端，三根气动肌肉分别穿过三支腿结构。弹性件配合气动肌肉，可完成关节向不同方向的运动。

其中，弹性件为弹簧，三支腿结构具有能够容纳油管通过的第一通孔，三支腿结构的两端还分别设置能够容纳弹性件的第一容置孔，第一容置孔与第一通孔同轴设置，第一容置孔与第一通孔相连通，第一容置孔为弹性件提供了容置空间，同时第一容置孔限定了弹性件的位置，避免弹性件错位影响关节正常工作，与此同时，三支腿结构为气动肌肉提供了安装孔。

更具体地，相邻的关节之间通过双层三支腿相连，双层三支腿具有能够容纳油管通过的第二通孔，双层三支腿的两端还分别设置能够容纳弹性件的第二容置孔，第二容置孔与第二通孔同轴设置，第二容置孔与第二通孔相连通。双层三支腿连接相邻的两个关节，第二容置孔同样供弹性件安装和定位，双层三支腿同时为两个关节的气动肌肉提供安装孔。

另外，无人加油用机械臂系统还包括底座和顶板，底板和顶板分别设置于油管的两端，底座和顶板上分别设置能够容纳油管通过的第三通孔，底座和顶板上靠近关节的一侧均设置能够容纳弹性件的第三容置孔，第三通孔与第三容置孔相连通，CCD视觉相机设置于顶板上，在本具体实施方式中，顶板上设置两个CCD视觉相机，分别设置于油管的两侧，两个CCD视觉相机能够更好地捕捉加油孔的位置。

进一步地，无人加油用机械臂系统还包括调节螺钉，调节螺钉与双层三支腿螺纹连接，调节螺钉与油管抵接，通过旋转调节螺钉，能够调节油管的松紧，从而使油管能够紧紧地依靠在关节上，从而不会因油管通油后整体系统质量增加而发生松动现象。

更进一步地，本具体实施方式中，气动肌肉采用细径McKibben气动肌肉，气动肌肉包括橡胶管和纤维丝层，纤维丝层设置于橡胶管的外部，橡胶管与气泵源相连通，向橡胶管内充气时，纤维丝层能够产生径向膨胀和轴向收缩，令气动肌肉能够为关节提供弯曲和收缩的驱动力。

为了进一步提高无人加油用机械臂系统的控制精度，气动肌肉与气泵源之间设集成空气阀，集成空气阀与控制器相连，集成空气阀与气泵源之间设置限压阀。

本发明的无人加油用机械臂系统，气泵源将提供气源，每根气动肌肉的橡胶管通过集成空气阀连接到气泵源，集成空气阀的动作指令由控制器控制，当集成空气阀打开时，气泵源为相应的气动肌肉提供一定的气压，使其产生作动，因此，该控制器可根据停车位置的不同，结合反馈信息利用CCD视觉相机的捕捉信息和边缘检测算法去检测油孔位置，调节机械臂系统的弯曲方向，最终使得油管与车上的加油孔啮合，完成加油动作。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种无人加油用机械臂系统，其特征在于：包括气泵源、控制器和油管，所述油管能够与外部油源相连通，所述油管的出口处设置CCD视觉相机，所述油管的外部套装多段相连的关节，所述关节包括弹性件和多根气动肌肉，所述弹性件的轴线和所述气动肌肉的轴线均与所述油管的轴线相平行，所述弹性件套装于所述油管的外部，所述气动肌肉呈圆环形均布于所述弹性件的外部，多根所述气动肌肉分别与所述气泵源相连通，所述气泵源和所述CCD视觉相机均与所述控制器相连。

2.根据权利要求1所述的无人加油用机械臂系统，其特征在于：所述关节包括两个所述弹性件、三根所述气动肌肉和三支腿结构，两个所述弹性件分别设置于所述三支腿结构的两端，三根所述气动肌肉分别穿过所述三支腿结构。

3.根据权利要求2所述的无人加油用机械臂系统，其特征在于：所述弹性件为弹簧，所述三支腿结构具有能够容纳所述油管通过的第一通孔，所述三支腿结构的两端还分别设置能够容纳所述弹性件的第一容置孔，所述第一容置孔与所述第一通孔同轴设置，所述第一容置孔与所述第一通孔相连通。

4.根据权利要求3所述的无人加油用机械臂系统，其特征在于：相邻的所述关节之间通过双层三支腿相连，所述双层三支腿具有能够容纳所述油管通过的第二通孔，所述双层三支腿的两端还分别设置能够容纳所述弹性件的第二容置孔，所述第二容置孔与所述第二通孔同轴设置，所述第二容置孔与所述第二通孔相连通。

5.根据权利要求4所述的无人加油用机械臂系统，其特征在于：还包括底座和顶板，所述底座和所述顶板分别设置于所述油管的两端，所述关节的数量为三段，所述底座和所述顶板上分别设置能够容纳所述油管通过的第三通孔，所述底座和所述顶板上靠近所述关节的一侧均设置能够容纳所述所述弹性件的第三容置孔，所述第三通孔与所述第三容置孔相连通，所述CCD视觉相机设置于所述顶板上。

6.根据权利要求5所述的无人加油用机械臂系统，其特征在于：还包括调节螺钉，所述调节螺钉与所述双层三支腿螺纹连接，所述调节螺钉与所述油管抵接。

7.根据权利要求1所述的无人加油用机械臂系统，其特征在于：所述气动肌肉包括橡胶管和纤维丝层，所述纤维丝层设置于所述橡胶管的外部，所述橡胶管与所述气泵源相连通，向所述橡胶管内充气时，所述纤维丝层能够产生径向膨胀和轴向收缩。

8.根据权利要求1所述的无人加油用机械臂系统，其特征在于：所述气动肌肉与所述气泵源之间设集成空气阀，所述集成空气阀与所述控制器相连，所述集成空气阀与所述气泵源之间设置限压阀。