CN114195083B - 自动机器人加油装置及加油方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动机器人加油装置及加油方法，包括安装柜体，所述安装柜体内包括移动基座、机械手、加油机构；加油机构包括相互临近且能够独立工作的油箱盖启闭组件和加油组件；油箱盖启闭组件包括设于机械臂端部的夹爪转动装置、与夹爪转动装置连接的缓冲件、与缓冲件连接的夹爪驱动装置；夹爪驱动装置上设置有可相对夹持或松开的夹爪，夹爪用于对油箱内盖的启闭；加油组件包括加油支架、设于加油支架上的加油枪、设于加油枪上并与加油枪拨杆连接的拨杆驱动装置；解决现有机器人加油设备结构复杂、只能单侧加油、作业半径小导致对加油汽车停驻精度范围控制要求高，且在加注过程中加油枪与油箱口配合精度不高导致加油效率低的技术问题。

Description

自动机器人加油装置及加油方法

技术领域

本发明涉及汽车自动加油技术领域，具体涉及一种自动机器人加油装置及加油方法。

背景技术

汽车加油站是利用加油机给汽车补给油料的场所，是国民经济中交通运输产业发展的重要产物。目前，汽车在加油站主要有专职加油员加油、自助加油两种加油模式：最早出现的是专职加油员加油模式：加油站的专职加油员询问驾驶员需要加注的油品型号和数量，并操作加油机完成加油。我国加油站大量采用该加油模式，但这种模式导致加油站人力成本高，专职加油员劳动强度大，易受挥发性有机油料的侵害，严冬酷暑时工作环境恶劣。随后产生了自助加油模式：驾驶员支付现金或刷卡后自己操作加油枪给汽车加油，该加油模式在发达国家已广泛使用，我国也开始逐步采用。这种自助加油模式将专职加油员的工作转嫁给驾驶员，要求驾驶员会操作加油机，非常不便于残疾人、孕妇等特殊驾驶员加油 。

随着科学技术的进步，尤其是自动化、信息化技术的迅猛发展，以人为主导的传统生产模式正朝向以机器人为主导的智能化生产模式转换。机器人技术的发展为加油站提供了新的服务方式--加油机器人：利用传感器定位汽车及其油箱门和油箱口，控制系统指挥机器人自动完成加油。但现有的加油机器人结构往往比较复杂，如公布号为CN112299359A的中国发明专利申请公开了一种具有双臂结构的全自动加油机器人，通过设置两个机械臂，其中一个机械臂上设置有油箱盖启闭装置，用于油箱盖的打开；另一个机械臂上设置有加油装置，用于加油，来实现车辆加油的全自动化。上述专利设置了三轴移动装置，其包括设置在底座上通过横向移动电机实现横向移动的行走架、设置在行走架上通过升降电机实现上下移动的升降座、设置在升降座上通过前后移动电机实现前后移动的前后移动台，这种三轴移动装置的结构较为复杂，装置的占用空间较大，使用起来较为不便，且机械臂运动范围受限于固定设置行走架的长度，导致机械臂作业半径小，对加油汽车停驻的范围精度控制要求较高；机械臂只能进行单侧加油，对加油站的利用空间造成一定程度上的浪费，而且会对加油效率造成一定影响。

因此，有必要对现有的机器人加油机的传动结构进行技术改进，以简化其结构，提高其使用的灵活性，以及减小其占用的空间，同时扩展加油机器人的作业范围，降低对用户驻车精度的要求，合理利用加油站空间，保证实现双侧加油的功能，提高加油站空间利用率和加油效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动机器人加油装置及加油方法，以解决现有机器人加油设备结构复杂、只能单侧加油、作业半径小而导致对加油汽车停驻精度范围控制要求较高，且在加注过程中加油枪与油箱口配合精度不高而导致加油效率低的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种自动机器人加油机，包括安装柜体，所述安装柜体内包括移动基座、机械手、加油机构；所述移动基座设置于所述安装柜体上并与所述机械手的一端连接，所述加油机构安装于所述机械手的另一端；所述加油机构包括相互临近且能够分别独立工作的油箱盖启闭组件和加油组件；所述油箱盖启闭组件包括设置于所述机械臂端部的夹爪转动装置、与所述夹爪转动装置连接的缓冲件、与所述缓冲件连接的夹爪驱动装置；所述夹爪驱动装置上设置有可相对夹持或松开的夹爪，所述夹爪用于对油箱内盖的启闭；所述加油组件包括加油支架、设置于所述加油支架上的加油枪、设置于所述加油枪上并与所述加油枪拨杆连接的拨杆驱动装置。

优选的，所述油箱盖启闭组件底部固定设有滑移机构；所述滑移机构包括与所述加油支架固定连接的滑块、与所述滑块连接用于为其提供行走路线的滑轨、以及为滑块提供动力的驱动装置。

优选的，所述缓冲件包括与所述夹爪驱动装置连接的导柱和套设于所述导柱内的缓冲弹簧，用于消除夹爪旋拧油箱内盖时产生向后的相对作用力对油箱盖启闭组件产生的硬性损伤。

优选的，所述夹爪内侧设有橡胶垫，所述橡胶垫上设有凹槽/凸起，以增大夹爪与油箱内盖间的摩擦力。

优选的，所述油箱盖启闭组件设有外壳，所述外壳上设有油箱外盖启闭组件，所述油箱外盖启闭组件包括设于所述外壳上的弹性杆以及设于所述弹性杆末端的真空吸盘。

优选的，所述机械臂为带有多个转动关节的机械臂，且所述机械臂前端设置有前端旋转轴，以使所述油加油机构可周向转动。

优选的，所述自动机器人加油机还包括设于所述加油机构上的3D视觉仪；所述3D视觉仪随动于所述加油机构，用于识别加注车辆的油箱外盖、内盖及油箱口位置。

优选的，所述安装柜体上设置有测距传感器，用于实时监测汽车的停驻位置信息。

设计一种自动机器人加油装置，包括两侧对称设置的上述自动机器人加油机；所述自动机器人加油装置包括设置于安装柜体上的自动灭火模块和加注安全防护模块。

设计一种自动加油方法，基于上述自动机器人加油装置而实施，包括以下步骤：

S1, 以对应的测距传感器实时检测汽车油箱盖和到汽车侧面的距离，通过所述移动基座带动所述机械臂移动到指定位置，通过机械臂微调使加油机构处于最佳的作业位置，保证加油效率和作业成功率；

S2，所述加油机构的油箱盖启闭组件利用弹性杆末端的真空吸盘，打开汽车的油箱外盖，利用夹爪驱动装置上的夹爪打开油箱内盖；

S3，3D视觉仪识别油箱口位置信息，所述加油组件通过滑移机构移动到位后，将加油枪伸入油箱口进行加油，加完油后加油枪收回，加油组件复位；

S4，油箱盖启闭组件中的夹爪抓取油箱内盖，将油箱内盖拧回，利用弹性杆末端真空吸盘将油箱外盖合上，完成一次加油过程。

与现有技术相比，本发明的主要有益技术效果在于：

1.本发明通过在加油柜体上设置的移动基座与带有多个转动关节的机械臂配合，提高了加油机器人的传动灵活性，简化机器人的传动结构的复杂性，同时提高了加油机器人的加注效率。

2.本发明通过将3D视觉仪安装于机械臂的末端与临近的加油机构配合，减小了各系统的累计误差，提高了识别精度的作业成功率。

3.本发明加油柜体上设置的移动基座与带有多个转动关节的机械臂配合，扩展加油机器人作业半径的同时也提升了加油机器人的作业柔性，解决了现有加油机器人技术中需要对客户驻车位置进行精确控制的问题，真正实现自动化功能。

4.本发明可进一步的对称设置双侧自动机器人加油装置，以满足两侧同时加油需求，提高加油站空间的合理运用，提高加油的效率，减少加油等待时间，提升了客户使用的满意度。

附图说明

图1为本发明自动机器人加油机的正面结构示意图。

图2为本发明自动机器人加油机的结构示意图。

图3为本发明自动机器人加油机移动基座的结构示意图。

图4为本发明自动机器人加油机油箱内盖启闭组件的结构示意图。

图5为本发明自动机器人加油机加油组件与滑移机构连接配合的结构示意图之一。

图6为本发明自动机器人加油机加油组件与滑移机构连接配合的结构示意图之一。

图7为本发明自动机器人加油装置的侧面结构示意图。

以上各图中，1为安装柜，2为移动基座，21为行走轴，22为底座，23为安装柱，24为横移电机，3为机械臂，4为加油机构，41为油箱盖启闭组件，411为电动推杆，412为真空吸盘，413为夹爪旋转电机，414为缓冲件，415为夹爪驱动装置，416为夹爪，417为连接板，418为导柱，419为缓冲弹簧，42为加油组件， 421为加油组件支架，422为加油枪，423为加油抢拨杆，424为加油枪拨杆驱动装置，5为滑移机构，51为安装框架，52为滑块，53为滑轨，54为滑块驱动电机、6为3D视觉仪，7为测距传感器，8为自动灭火模块，9为加注安全防护模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

在本发明技术方案的描述中，需要理解的是，如涉及术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1：一种自动机器人加油机，参见图1，包括设于所述安装柜1顶部的移动基座2、与所述移动基座2连接的带有多个转动关节的机械臂3、固定安装于所述机械臂3另一端的加油机构4；所述安装柜1上设有能自动开合的面板，在汽车加注时可自动打开，以使所述机械臂3正常工作；加注完成且没有加注任务时，可关闭面板使机械臂3密封于箱体内，防止灰尘落入，保持箱体内清洁。

所述移动基座2，参见图3，包括为所述机械臂3提供行走路线的行走轴21、滑动安装于所述行走轴21上底座22、固定连接在所述底座22上的安装柱23及为所述底座22提供驱动力的横移电机24；当加油系统收到加油信号时，横移驱动电机24带动安装于底座22上的安装柱23移动，进一步实现连接在安装柱23上的机械臂3的移动。

所述机械臂3顶部安装于所述移动基座2内的安装柱23上，并与之固定连接，所述机械臂3的底部安装于加油机构4；所述机械臂3为多个带有转动关节的机械臂组成，且最末端的一处关节设有旋转轴，可以使与之连接的加油机构4整体进行旋转，机械臂3上每一个关节处都可以进行位置调整，保证在加油过程中可以精确的使安装于机械臂3上的加油枪422对准汽车的加油箱口。

现有技术中，在加油过程中，由于每个车主的停车位置都不尽相同，导致加油箱口的位置与机械臂3的位置关系常常处于非标准状态，及超出设计机械臂3的标准工作范围，导致机械臂3无法进行正常的汽油加注工作；本发明通过移动基座2与所述带有多个转动关节的机械臂3配合，形成七自由度运动机构，所述测距传感器7将汽车驻车位置信息传输给自动机器人加油装置的控制系统，控制系统控制所述移动基座2上的底座22带动安装于其上的机械臂3进行位置调节，通过改变所述底座22在所述行走轴21上的位置，扩展了安装于所述底座22上机械臂3的作业半径，满足自动机器人加油对不同驻车姿态汽车的加油工作，降低了现有技术自动加油项目中对客户驻车精度的限制，提高了客户使用的满意度。

所述加油机构4，参见图1至图6，包括油箱盖启闭组件41和加油组件42；所述油箱盖启闭组件41底部设有一滑移机构5，所述滑移机构5与所述加油组件42滑动连接，以使所述油盖启闭组件41与所述加油组件42相互临近且能够分别独立进行工作；所述滑移机构5，参见图5至图6，包括与油箱盖启闭组件41连接的安装框架51、固定于所述安装框架51内为加油枪422提供行走路线的滑轨53、及滑动配合于所述滑轨53上并与加油枪组件42连接的滑块52，通过设置于所述安装框架51内的驱动电机带动滑块52在所述滑轨53内移动，从而带动与所述滑块52连接的加油组件42移动。

所述油箱盖启闭组件41，参见,图2和图4，包括油箱内盖启闭组件和油箱外盖启闭组件；所述油箱内盖启闭组件包括安装于所述机械臂3末端的夹爪旋转电机413、与所述夹爪旋转电机413输出轴固定连接缓冲件414、安装于所述缓冲件414另一端的夹爪驱动装置415。所述夹爪驱动装置415上设有用于夹取油箱内盖夹爪416，所述夹爪416内侧设有橡胶垫，防止夹爪416向内夹紧过程中对油箱内盖造成损坏，且在所述橡胶垫内侧，即与油箱内盖接触的端面上开设有均匀分布的防滑槽，以增大启闭油箱内盖过程中夹爪416与内盖间的摩擦力；所述夹爪驱动装置415为气动手指气缸，在驱动夹爪416夹紧或松开内盖时，通过外部设置的空气压缩机对气动手指气缸冲入压缩空气使固定连接在气缸上的夹爪416向内收缩夹紧或停止充气使固定在气缸上的夹爪416松开；所述缓冲件414包括与夹爪旋转电机413连接的连接板417、安装于连接板417与气动手指气缸之间的导柱418、及套设于所述导柱418内缓冲弹簧419；在夹爪416旋拧油箱内盖时气动手指气缸会向后产生位移，且油箱内盖各部件之间都为硬性连接，如果不能消除向后位移所产生的相对作用力，很可能会对部件之间的连接造成一定损伤，因此通过安装于导柱418内的缓冲弹簧419，使气动手指气缸在向后位移时可在一定弹性范围内反复运动，消除相对作用力对油箱盖启闭组件的损坏。

所述油箱外盖启闭组件包括设置在油箱盖启闭组件41外壳上的电动推杆411及设置在电动推杆411末端的真空吸盘412；所述电动推杆411在开启油箱外盖时向外推出，将真空吸盘412与油箱外盖接触，然后通过外部设置的空气压缩机将真空吸盘412内的空气排出，使零气压变为负气压，真空吸盘412与油箱外盖紧密连接，电动推杆411向内收缩带动真空吸盘412将油箱外盖打开，然后通过空气压缩机向真空吸盘412内冲入空气，使负气压变为零气压，真空吸盘412与油箱外盖分离。

所述加油组件42，参见图5至图6，包括与所述滑移机构5内滑块52连接的加油组件支架421、安装于加油支架421内的加油枪422、及与安装于所述加油枪422一侧并与加油枪拨杆423连接用于控制加油枪出油的加油枪拨杆驱动装置424；所述加油抢拨杆驱动装置424为气动手指气缸通过与外部设置的空气压缩机连接，使气动手指气缸带动加油枪拨杆423控制油枪出油。

所述加油机构还包括3D视觉仪6，参见图1至图2，所述3D视觉仪6通过连板与所述滑移机构5的安装框架51连接，并置于所述油箱盖启闭组件41的上方，为加油机构4提供精确地视觉定位；3D视觉仪6通过安装于加油机构4上，且通过机械臂3的摆动随动于所述油箱盖启闭组件41和加油组件42，有利于识别加注车辆的油箱外盖、内盖及油箱口位置，提高3D视觉仪6的识别精确度。

实施例2，一种自动机器人加油装置，参见图7，包括两侧对称设置的上述自动机器人加油机，可满足两侧同时加油的需求，大大提高加注效率；同时两侧设置的自动机器人加油机可满足不同类型汽车加油箱位置的加注需求，在加注时不需要客户来回调转汽车以满足加油枪口的位置，大大提升了客户加注过程满意度；所述自动机器人加油装置包括设置于安装柜1顶部的自动灭火模块8和加注安全防护模块9。

所述自动灭火模块8当安装体发生火灾时，装在安装柜1内部感温探测器和感烟探测器探测到温度和烟雾后，发出报警信号给加油作业控制系统，加油作业控制系统同时收到两种火灾监控信号（感温+感烟）后，发出控制指令，打开灭火剂储罐的瓶头阀，释放灭火剂（干粉）扑灭火灾。

所述加注安全防护模块9包括视觉监控装置和视觉监控控制模块，视觉监控装置安装在安装柜1两侧壳体上，视觉监控装置连接到视觉监控控制模块，视觉监控控制模块连接到加油作业控制系统，加油作业控制系统控制着整个全自动加油机器人逻辑控制，视觉监控装置用于检测安装侧加油作业过程中的作业安全，加注过程中，通过视觉动态跟踪算法，实时监控加注作业面的人、车、物的状态，当加注作业面出现可移动的人、车、物时，视觉监控装置将动态信号传给视觉监控控制模块，视觉监控控制模块做逻辑判断，并将处理完成的分类信号，传给加油作业控制系统，加油作业控制系统根据预设的判断的条件，进行分类处理，保证了整个作业过程的绝对安全。

实施例3，一种自动加油方法，基于上述自动机器人加油装置而实施，包括以下步骤：

S1，在加油站入口处安装由车辆进站引导系统，该系统可辨认车型，判断该车型汽车的加油口是在右侧还是在左侧，据此将车辆进行分流引导，实现双侧都可进行汽油加注的工作，提高加油站空间利用率和加大汽车自动加油的效率。

S2，司机停完车后，测距传感器7判断停车的距离及角度，判断结果传送到自动加油机器人的控制系统，由控制系统对移动基座2和固定于移动基座2上的机械臂3进行位置调节控制，以使设置于机械臂3末端的加油机构4能准确位于汽车油箱口位置。

S3，3D视觉仪6靠近油箱口处后将识别到的油箱外盖信息反馈给自动加油机器人控制系统，该控制系统通过控制电动推杆411及设置于电动推杆411末端的真空吸盘412，使油箱外盖打开。

S4，3D视觉仪6进一步识别油箱内盖的形状、位置信息，并反馈给自动加油机器人控制系统，该控制系统通过控制夹爪416夹紧油箱内盖，通过夹爪旋转电机413旋转带动位于夹爪驱动装置415上的夹爪416旋拧油箱内盖，直至油箱内盖完全打开。

S5，3D视觉仪6识别油箱口的位置信息，并反馈给自动加油机器人的控制系统，该控制系统控制加油组件在滑移机构5上移动，直至移动到油箱口位置附近，加油枪422伸入油箱口，加油枪拨杆驱动装置424驱动加油抢拨杆423进行油品加注。

S6，油品加注完成后，加油枪422回收复位，加油组件42通过滑移机构5进行复位。

S7，油箱盖启闭组件41的夹爪416夹取油箱内盖，通过夹爪旋转电机413将油箱内盖进行复位。

S8，油箱盖启闭组件41的电动推杆411及电动推杆411末端的真空吸盘412将油箱外盖进行闭合，自动加油机器人控制系统控制机械臂3通过移动基座2进行复位，至此，一次汽车加注过程结束。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明构思的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，或者是对相关部件、结构及方法步骤等进行等同替代，从而形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (9)

1.一种自动机器人加油机，包括安装柜体，其特征在于，所述安装柜体内包括移动基座、机械臂、加油机构；所述移动基座设置于所述安装柜体上并与所述机械臂的一端连接，所述加油机构安装于所述机械臂的另一端；

所述加油机构包括相互临近且能够分别独立工作的油箱盖启闭组件和加油组件；所述油箱盖启闭组件设有外壳，所述外壳上设有油箱外盖启闭组件；所述油箱外盖启闭组件、油箱盖启闭组件、加油组件从上到下依次设置，且工作方向一致；

所述油箱盖启闭组件包括设置于所述机械臂端部的夹爪转动装置、与所述夹爪转动装置连接的缓冲件、与所述缓冲件连接的夹爪驱动装置；所述夹爪驱动装置上设置有可相对夹持或松开的夹爪，所述夹爪用于对油箱内盖的启闭；

所述油箱外盖启闭组件包括设于所述外壳上的弹性杆以及设于所述弹性杆末端的真空吸盘；

所述加油组件包括加油支架、设置于所述加油支架上的加油枪、设置于所述加油枪上并与所述加油枪拨杆连接的拨杆驱动装置。

2.根据权利要求1所述的自动机器人加油机，其特征在于，所述油箱盖启闭组件底部固定设有滑移机构；所述滑移机构包括与所述加油支架固定连接的滑块、与所述滑块连接用于为其提供行走路线的滑轨、以及为滑块提供动力的驱动装置。

3.根据权利要求1所述的自动机器人加油机，其特征在于，所述缓冲件包括与所述夹爪驱动装置连接的导柱和套设于所述导柱内的缓冲弹簧，用于消除夹爪旋拧油箱内盖时产生向后的相对作用力对油箱盖启闭组件产生的硬性损伤。

4.根据权利要求1所述的自动机器人加油机，其特征在于，所述夹爪内侧设有橡胶垫，所述橡胶垫上设有凹槽或凸起，以增大夹爪与油箱内盖间的摩擦力。

5.根据权利要求1所述的自动机器人加油机，其特征在于，所述机械臂为带有多个转动关节的机械臂，且所述机械臂前端设置有前端旋转轴，以使所述加油机构可周向转动。

6.根据权利要求1所述的自动机器人加油机，其特征在于，所述自动机器人加油机还包括设于所述加油机构上的3D视觉仪；所述3D视觉仪随动于所述加油机构，用于识别加注车辆的油箱外盖、内盖及油箱口位置。

7.根据权利要求1所述的自动机器人加油机，其特征在于，所述安装柜体上设置有测距传感器，用于实时监测汽车的停驻位置信息。

8.一种自动机器人加油装置，其特征在于，包括两侧对称设置的权利要求1所述的自动机器人加油机；所述自动机器人加油装置上包括设置于安装柜体上的自动灭火模块和加注安全防护模块。

9.一种自动加油方法，其特征在于，基于权利要求1所述的自动机器人加油机而实施，包括以下步骤：

S1, 以对应的测距传感器实时检测汽车油箱盖和到汽车侧面的距离，通过所述移动基座带动所述机械臂移动到指定位置，通过机械臂微调使加油机构准确靠近至汽车油箱盖处；

S2，所述加油机构的油箱盖启闭组件利用弹性杆末端的真空吸盘，打开汽车的油箱外盖，利用夹爪驱动装置上的夹爪打开油箱内盖；

S3，3D视觉仪识别油箱口位置信息，所述加油组件通过滑移机构移动到位后，将加油枪伸入油箱口进行加油，加完油后加油枪收回，加油组件复位；

S4，油箱盖启闭组件中的夹爪抓取油箱内盖，将油箱内盖拧回，利用弹性杆末端真空吸盘将油箱外盖合上，完成一次加油过程。