CN112519908B - 一种自动化圆桶型油罐自动清洗机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高效自动化圆桶型油罐自动清洗机器人，其主要包括:吊取桁架机构、支撑行走机构、清洗动力单元和机架。吊取桁架机构用于将清洗机器人从油罐的窥视口内放入油罐内，以实现清洗过程的连续化；支撑行走机构，用于驱动机器人在罐体内沿罐体轴线方向的运动，并防止机器人在管体内倾倒；清洗动力单元用于罐体内腔的全面清理。清洗机器人集成有激光测距系统和视觉反馈单元（自带光源），可精确控制机器人在油罐的位置，并时时反馈清洗状态，对污迹多的区域重点清理或二次清洗。

Description

一种自动化圆桶型油罐自动清洗机器人

技术领域

本发明涉及罐体清洗领域，具体涉及一种自动化圆桶型油罐自动清洗机器人。

技术背景

圆桶型油罐作为铁路及公路运输的主要运输方式，以油料、化工液体和气体为主要输送介质，承载着交通运输领域的重要份额；具有用量大、运输种类繁杂、使用频次高的特点；同时，运输不同/相同介质时，对油罐的清洁程度各个国家均具有相应要求；故在油罐使用一段时间后，需要定期对油罐进行清理。目前，油罐清理的方式，主要包括人工清洗技术和化学清洗技术；在人工清洗法作为最常见的一种油罐清洗方式，在清洗处理时，首先需将油罐中的原油、之后将通风孔打开从罐中取样气体进行检测，待测爆检测合格后，工作人员才能从人孔进入油罐内部，对罐体进行清洗；化学清洗技术采用化学药剂对积累于油罐内壁的污垢进行清理，淤泥和化学药剂发生化学反应后生成的物质与化学药剂水溶液相溶，并随之流出罐外，同时反应过程中产的气泡使污垢松散脱落，起一定除垢效果。

现行工艺方式，短期内一定程度上解决了油罐清理的难题，但随人工成本的提高和环保意识的加强，上述清洗技术的诸多弊端日渐显著，如：

1、人工清洗时，工人长期处于半密闭高危空间内，工作环境恶劣且劳动强度大；

2、化学处理产生的废物废渣需进行二次回收处理，成本较高；化学废液不易处理，对环境处在一定污染性；

3、化学清洗法对于反应过程中的各种条件均有严格的要求，故处理成本较高，若是达不到相关反应条件就可能得不到理想的清罐效果，同时化学处理的效率相对低下；

针对上述问题，本发明提供一种集高效自动清洗、位置感应以及视觉反馈为一身的油罐自动清洗机器人。

发明内容

针对上述技术情况，本发明目的在于提供一种自动化圆桶型油罐自动清洗机器人，可有效解决上述技术问题，提高油罐清洗效率，降低劳动强度，消除安全风险，弱化残液残渣的回收压力。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：提供一种自动化圆桶型油罐自动清洗机器人，其结构包括：吊取桁架机构、支撑行走机构、清洗动力单元和机架；其中，吊取桁架机构位于机架的顶端，支撑行走机构设定于机架内侧，通过轴承与机架进行固定连接，清洗动力单元位于机架后侧；所述吊取桁架机构用于将清洗机器人从油罐的窥视口内放入油罐内；支撑行走机构用于驱动机器人在油罐内沿罐体轴线方向的运动，并防止机器人在管体内倾倒；清洗动力单元用于油罐罐体内腔的全面清理。

所述支撑行走机构，结构包括两组主动行走机构、一组张开驱动单元、柔性支撑及收开机构；其中以机架为承载主体，两组主动行走机构设置于机架下方的铰接点上，由机架正下方固定的张开驱动单元驱动两组主动行走机构的打开与收起，柔性支撑及收开机构套装在机架的导向柱上，同时两连杆端段与机架铰接；柔性支撑及收开机构对机器人运动起辅助支撑作用，同时可以在重力的作用下，自动张开和收起；所述主动行走机构，由螺旋行走胶轮、伺服电机、驱动链条、轮齿传动机构及行走架腿组成，其中伺服电机固定在行走架腿上，行走架腿的上端与机架间采用铰接的连接方式；轮齿传动机构设置于行走架腿的顶端，螺旋行走胶轮设置于轮齿传动机构的上方；伺服电机的驱动力矩通过驱动链条传递给单侧的螺旋行走胶轮，并由轮齿传动机构将力矩同步到对侧螺旋行走胶轮上，胶轮轴与行走架腿上间采用滚动连接方式，值得强调的是相邻胶轮的旋向相反。

所述张开驱动单元，结构包括驱动油缸，铰接耳环及连杆；张开驱动单元安装在固定支撑腿内的油缸端部装有铰接耳环，铰接耳环的铰接孔处装有两组连杆，连杆的另一端与主动行走机构铰接；张开驱动单元的主要功能是驱动两组主动行走机构的打开与收起。

所述柔性支撑及收开机构，包括支撑架、支撑轮组、支撑弹簧组、拉伸弹簧、收支连杆及导向座；所述支撑架的一端铰接在机架上，另一端装有支撑轮组，且支撑轮组的导向柱和支撑架的轴孔间采用滑动配合，支撑轮组的导向柱上套装有支撑弹簧组；在支撑架的中部导槽内装有收支连杆，导槽与收支连杆下端的铰接柱间采用滑动配合；收支连杆的另一端与导向座铰接；同时，导向座通过其上的导孔与机架上的导向柱滑动连接。

值得强调的是，支撑腿与收支连杆下端部间装有低刚度的拉伸弹簧，在机器人下端支撑轮组与油罐底部接触后，桁架机器人不在承受其重力自动脱离，收支连杆在拉伸弹簧的推动下，驱动两侧支撑架打开，直至收支连杆端部运行到导槽下端极限位置；当机器人吊出时，导向座沿机架导向柱单方向运动的同时，拉动两侧收支连杆，进而带动两侧支撑架收起，当收支连杆端部运行到导槽上端极限位置后，收支连杆完全收起；柔性支撑及收开机构的打开和收起两个动作，完全靠机器人自身重力实现，无需辅助动力源或执行机构参与。

所述清洗动力单元，主要用于油罐侧壁以及油罐两端面的清洗；结构包括胶板清洗架板、钢丝刷、驱动电机、双轴端动力分配箱、架板轮、轴承端盖及角接触球轴承；其中，驱动电机固定在机架上，由清洗驱动链条将力矩传递给双轴端动力分配箱，并通过双轴端动力分配箱将力矩传递给分配箱两端的架板轮上，每个架板轮的两端通过螺栓固定有胶板清洗架板，在力矩的带动下驱动架板旋转，对油罐的圆弧面进行清洗，油罐两端的圆弧面以及圆弧过渡处采用胶板刮处的方式清理。油罐的侧壁由固定在胶板清洗架板上钢丝刷的清理；双轴端动力分配箱两工作轴端处套装有角接触球轴承，角接触球轴承安装在机架两侧的轴承孔内。

所述清洗动力单元的左右胶板清洗架板工作时，旋转方向相反。

清洗开始后，PLC变频伺服控制系统给伺服电机发出行程指令，带动清洗机器人在油罐内滑动，从而实现机器人的直线行走功能，通过位移检测装置可准确检测出机器人在罐体内的位置，并将位置信号传送给控制系统，控制系统对信号处理后，将反馈信号传送给伺服电机，从而对机器人的行走速度和行走位置精确控制。同时，视觉反馈单元可以将罐体内的清洗状况及时反馈给视觉成像端，可对污迹严重处以及清理不干净的地方进行重点清理或二次清理。

本发明的有益效果是：所给出的油罐自动清洗机器人，在克服油罐入口狭窄问题的同时，很好的实现油罐内腔的自动化清理；所采用螺旋行走胶轮主动行走机构，在为机器人行走提供给充足的动力源的同时，具有结构紧凑摩擦动力充足的特点；同时，机器人中心主轴处装有位移检测装置和视觉反馈单元（自带光源），可很好的控制机器人在油罐的位置，并对污迹多的区域重点清理。

附图说明

图1是油罐自动清洗机器人进罐吊装示意图；

图2是油罐自动清洗机器人主视示意图一；

图3是油罐自动清洗机器人示意图二；

图4是油罐自动清洗机器人示意图二侧视图；

图5是油罐自动清洗机器人三维示意图；

图6是油罐自动清洗机器人三维示意图局部剖视；

图中：1、吊取桁架机构；2、支撑行走机构；3、清洗动力单元；4、机架；5、收支连杆；6、行走架腿；7、伺服电机；8、螺旋行走胶轮；9、驱动链条；10、支撑弹簧组；11、支撑轮组；12、驱动油缸；13、连杆； 14、拉伸弹簧；15、胶板清洗架板；16、钢丝刷；17、驱动电机；18、双轴端动力分配箱；19、架板轮；20、轴承端盖；21、导向座； 22、清洗驱动链条；23、轮齿传动机构；24、支撑架；25、铰接耳环； 26、角接触球轴承； 27、油罐；28、固定支撑腿；29、位移检测装置；30、视觉反馈单元。

实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，基于本发明中的方案，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它方案，都属于本发明保护的范围。

下面将结合附图对本发明进行说明，如图1～5所示，本发明提供一种自动化圆桶型油罐自动清洗机器人，它主要包括，吊取桁架机构1、支撑行走机构2、清洗动力单元3和机架4。当油罐27需要清洗时，机车将指定油罐27运送到清洗机器人的正下方，由吊取桁架机构1将清洗机器人从油罐27的人工清洗孔处吊装放入。当清洗机器人的支撑轮组11和油罐27下表面接触后，吊取桁架机构1与机器人分离，机器人的重量由油罐27和支撑轮组11的接触面承载。同时，拉伸弹簧14拉动收支连杆5在支撑架24的中部导槽内向内滑动，收支连杆5另一端铰接的导向座21也在拉伸弹簧14间接拉力的作用下，沿机架4上的导向柱向下滑动，带动支撑架24打开，支撑轮组与油罐27侧壁接触。待柔性支撑及收开机构位于工作位置后，驱动油缸12上方安装的铰接耳环25推动上方铰接的两根连杆13，进而推动两侧的行走架腿6打开，并和油罐27侧壁接触。与此同时，推动铰接在机架4柔性支撑及收开机构的支撑轮组11与油罐侧壁接触紧密，驱动油缸12产生的过盈量由支撑轮组11上套装的支撑弹簧组10缓冲。

支撑行走机构张开完成后，位于支撑架24内的伺服电机7启动，经驱动链条9将驱动力力矩传递到轮齿传动机构23上带动螺旋行走胶轮8转动，进而驱动清洗机器人沿油罐轴线方向移动。在行进的过程中清洗动力单元3开始工作，通过直线运动和旋转运动组合的方式实现对罐体内表面的全方面清洗。清洗运动单元的动力由驱动电机提供，经双轴端动力分配箱18过度后，由清洗驱动链条22传递到架板轮19上，带动其上固定的胶板清洗架板15和钢丝刷16旋转进而实现对油罐罐体内腔的清洗。

清洗开始后，控制系统给伺服电机7发出行程指令，带动清洗机器人在油罐27内滑动，从而实现机器人的直线行走功能，通过位移检测装置29可准确检测出机器人在罐体内的位置，并将位置信号传送给控制系统，控制系统对信号处理后，将反馈信号传送给伺服电机7，从而对机器人的行走速度和行走位置精确控制。同时，视觉反馈单元可以将罐体内的清洗状况及时反馈给视觉成像端，可对污迹严重处以及清理不干净的地方进行重点清理或二次清理。

Claims (2)

1.一种自动化圆桶型油罐自动清洗机器人，其结构包括：吊取桁架机构、支撑行走机构、清洗动力单元和机架；其特征在于，吊取桁架机构位于机架的顶端，支撑行走机构设定于机架内侧，通过轴承与机架进行固定连接，清洗动力单元位于机架后侧；

所述支撑行走机构，结构包括两组主动行走机构、两组张开驱动单元、柔性支撑及收开机构；其中以机架为主体，两组主动行走机构设置于机架上，由张开驱动单元驱动两组主动行走机构的打开与收起；柔性支撑及收开机构套装在机架的导向柱上，同时两连杆端段与机架铰接，对机器人运动起辅助支撑作用，驱动两组主动行走机构的打开与收起；

所述主动行走机构，由螺旋行走胶轮、伺服电机、驱动链条，轮齿传动机构及行走架腿组成；其中伺服电机固定在行走架腿上，行走架腿的上端与机架间采用铰接的连接方式；轮齿传动机构设置于行走架腿的顶端，螺旋行走胶轮设置于轮齿传动机构的上方；伺服电机的驱动力矩通过驱动链条传递给单侧的螺旋行走胶轮，并由轮齿传动机构将力矩同步到对侧螺旋行走胶轮上；所述螺旋行走胶轮的胶轮轴与行走架腿上间采用滚动连接方式，且相邻胶轮的旋向相反；

所述张开驱动单元，包括驱动油缸，铰接耳环及连杆；张开驱动单元安装在固定支撑腿内的油缸端部装有铰接耳环，铰接耳环的铰接孔处装有两组连杆，连杆的另一端与主动行走机构铰接；

所述柔性支撑及收开机构，包括支撑架、支撑轮组、支撑弹簧组、拉伸弹簧、收支连杆及导向座；所述支撑架的一端铰接在机架上，另一端装有支撑轮组，且支撑轮组的导向柱和支撑架的轴孔间采用滑动配合，支撑轮组的导向柱上套装有支撑弹簧组；在支撑架的中部导槽内装有收支连杆，导槽与收支连杆下端的铰接柱间采用滑动配合；收支连杆的另一端与导向座铰接；同时，导向座通过其上的导孔与机架上的导向柱滑动连接；

所述清洗动力单元，用于油罐侧壁以及油罐两端面的清洗；包括胶板清洗架板、钢丝刷、驱动电机、双轴端动力分配箱、架板轮、轴承端盖及角接触球轴承；其中，驱动电机固定在机架上，由清洗驱动链条将力矩传递给双轴端动力分配箱，并通过双轴端动力分配箱将力矩传递给分配箱两端的架板轮上，每个架板轮的两端通过螺栓固定有胶板清洗架板，在力矩的带动下驱动架板旋转，对油罐的圆弧面进行清洗，油罐两端的圆弧面以及圆弧过渡处采用胶板刮处的方式清理；油罐的侧壁由固定在胶板清洗架板上钢丝刷的清理；双轴端动力分配箱两工作轴端处套装有角接触球轴承，角接触球轴承安装在机架两侧的轴承孔内；所述清洗动力单元的左右胶板清洗架板工作时，旋转方向相反。

2.根据权利要求1所述的一种自动化圆桶型油罐自动清洗机器人，其特征在于：所述柔性支撑及收开机构，支撑腿与收支连杆下端部间装有低刚度的拉伸弹簧，在机器人下端支撑轮组与油罐底部接触后，收支连杆在拉伸弹簧的推动下，驱动两侧支撑架打开，直至收支连杆端部运行到导槽下端极限位置；当机器人吊出时，导向座沿机架导向柱单方向运动的同时，拉动两侧收支连杆，进而带动两侧支撑架收起，当收支连杆端部运行到导槽上端极限位置后，收支连杆完全收起。