CN209322462U - 全自动对位流体装卸臂及其系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开全自动对位流体装卸臂及其系统，其特征在于，包括：识别系统，水平旋转机构，伸缩臂，伸缩垂管，所述控制器安装在立柱上，立柱顶部设有识别系统，立柱还设有水平旋转机构，水平旋转机构连接伸缩臂，伸缩臂连接伸缩垂管；通过自动对位，可以实现流体装卸臂的智能化；自动识别采用视觉传感器识别槽车口位置，就像流体装卸臂的眼睛，对槽车口进行精确定位；伺服控制采用伺服电机对流体装卸臂动作进行控制，控制器相当于流体装卸臂的大脑，不仅控制自动识别和伺服控制，还通过各种方式进行人机交互，实现流体装卸臂的远程操作，非常利于特种介质装车工况下使用；通过各种传感器进行位置检测和防碰撞检测，增加操作的安全性。

Description

全自动对位流体装卸臂及其系统

技术领域

本实用新型属于流体装卸技术领域，具体涉及全自动对位流体装卸臂及其系统。

背景技术

在油品、化工介质等液态物料的装车中，需要通过流体装卸臂将介质输送到槽车中。流体装卸臂大部分采用手动操作方式，对于高温、有毒、腐蚀性强等化工介质，手动操作会带来较多安全隐患，于是很多用户需要一种便于非接触式操作的装车设备。气动流体装卸臂、液压流体装卸臂等设备应运而生。但从应用情况来看，采用气动或液压驱动，需要人工操作对位，对位难度大，对操作人员的要求相当高，使用效果并不理想。

进入21世纪以来，图像识别技术和伺服控制已成为智能控制领域目前最引人注目的热点。我公司在气动流体装卸臂、液压流体装卸臂上成功应用视觉传感器和自动识别技术，为流体装卸臂的自动识别和对位积累了大量的经验，为开发具有自动对位技术的智能流体装卸臂创造了条件。

发明内容

本发明主要解决流体装卸臂自动对位问题，提出一种创新的对位方式，采用视觉传感器和伺服控制系统，对流体装卸臂进行改造，实现流体装卸臂自动寻找槽车罐口功能、自动对位功能，减少特种介质环境下人工操作流体装卸臂带来的风险，实现流体装卸臂操作的安全性和灵敏性。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

全自动对位流体装卸臂，其特征在于，包括：

识别系统，用寻找和定位槽车罐口；

水平旋转机构，用于水平旋转下述伸缩臂；

伸缩臂，用于支撑下述伸缩垂管；

伸缩垂管，用于连接槽车管口输送液体，

控制器，用于控制识别系统、水平旋转机构、伸缩臂以及伸缩垂管；

所述控制器安装在立柱上，立柱顶部设有识别系统，立柱还设有水平旋转机构，水平旋转机构连接伸缩臂，伸缩臂连接伸缩垂管。

进一步的，所述识别系统由视觉传感器、伺服电机以及高度调整机构，控制器控制伺服电机驱动高度调整机构。

进一步的，所述水平旋转机构包括锁紧机构和水平旋转伺服电机，所述锁紧机构由电磁锁紧杆和锁紧板组成，控制器控制水平旋转伺服电机，水平旋转机构采用水平旋转齿轮组。

进一步的，所述伸缩臂包括伸缩臂伺服电机，外套管和内套管，内套管内设有伸缩杆，伸缩杆上设有螺纹伸缩套，外套管内设有导向套。

进一步的，伸缩垂管包括卷筒箱和升降伺服电机，伸缩垂管上设有激光测距传感器。

全自动对位系统，其特征在于：包括控制器，所述控制器由视觉单元，人机交互单元，控制单元以及信号采集单元组成，所述视觉单元用于寻找和定位槽车罐口，所述人机交互单元用于读取识别系统的罐口数据、根据设定的参数指挥驱动系统进行动作，所述控制单元用于驱动流体装卸臂动作，信号采集单元用于检测。

进一步的，所述视觉单元包括视觉传感器和伺服电机，视觉传感器接收到信号，通过信号转换模块传送给控制器。

进一步的，所述控制单元包括伸缩臂伺服电机，水平旋转伺服电机以及垂管升降伺服电机。

进一步的，人机交互单元包括电脑监控、遥控以及本地控制。

进一步的，所述信号采集单元包括归为检测、防碰撞检测以及工作状态检测。

本实用新型具有以下有益效果：

通过自动对位，可以实现流体装卸臂的智能化。自动识别采用视觉传感器识别槽车口位置，就像流体装卸臂的眼睛，对槽车口进行精确定位。伺服控制采用伺服电机对流体装卸臂动作进行控制，控制器相当于流体装卸臂的大脑，不仅控制自动识别和伺服控制，还通过各种方式进行人机交互，实现流体装卸臂的远程操作，非常利于特种介质装车工况下使用。通过各种传感器进行位置检测和防碰撞检测，增加操作的安全性。

附图说明

图1是装卸臂结构图。

图2是系统原理图。

1、高度调整机构，2、视觉传感器，3、伺服电机，4、电磁锁紧杆，5、锁紧板，6、水平旋转齿轮组，7、外套管，8、内套管，9、卷筒箱，10、升降伺服电机，11、伸缩杆，12、伸缩垂管，13、螺纹伸缩套，14、导向套，15、旋转接头，16、立柱，17、控制器，18、伸缩臂伺服电机，19、水平旋转伺服电机，20、激光测距传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：

如图1和2所示，全自动对位流体装卸臂，其特征在于，包括：

识别系统，用寻找和定位槽车罐口；

水平旋转机构，用于水平旋转下述伸缩臂；

伸缩臂，用于支撑下述伸缩垂管；

伸缩垂管12，用于连接槽车管口输送液体，

控制器，用于控制识别系统、水平旋转机构、伸缩臂以及伸缩垂管；

所述控制器安装在立柱16上，立柱顶部设有识别系统，立柱还设有水平旋转机构，水平旋转机构连接伸缩臂，伸缩臂连接伸缩垂管。

所述识别系统由视觉传感器2、伺服电机以及高度调整机构1，控制器控制伺服电机3驱动高度调整机构1。

所述水平旋转机构包括锁紧机构和水平旋转伺服电机，所述锁紧机构由电磁锁紧杆4和带信号输出的锁紧板5组成，水平旋转机构采用水平旋转齿轮组6。

所述伸缩臂包括伸缩臂伺服电机18，外套管7和内套管8，内套管内设有伸缩杆11，伸缩杆上设有螺纹伸缩套13，外套管内设有导向套14。

伸缩垂管包括卷筒箱9和升降伺服电机10，伸缩垂管上设有激光测距传感器20。

全自动对位系统，其特征在于：包括控制器，所述控制器由视觉单元，人机交互单元，控制单元以及信号采集单元组成，所述视觉单元用于寻找和定位槽车罐口，所述人机交互单元用于读取识别系统的罐口数据、根据设定的参数指挥驱动系统进行动作，所述控制单元用于驱动流体装卸臂动作，信号采集单元用于检测。

所述视觉单元包括视觉传感器和伺服电机，视觉传感器接收到信号，通过信号转换模块传送给控制器。

所述控制单元包括伸缩臂伺服电机18，水平旋转伺服电机19以及垂管升降伺服电机10。

人机交互单元包括电脑监控、遥控以及本地控制。

所述信号采集单元包括归为检测、防碰撞检测以及工作状态检测。

实施例：

本自动对位系统主要解决两个问题：一是槽车罐口的识别定位；二是控制流体装卸臂的精确动作。

1. 槽车口的识别。槽车口识别的难度主要体现在三个方面：

首先是槽车口不统一造成的识别困难。槽车口种类较多，形状、颜色、位置都不统一，需要对各种不同槽车的槽车口进行准确识别。解决办法通过视觉传感器采集录入各类槽车的特征图像，特征图像采用黑白图片以减少颜色对图像识别的影响。识别槽车时，将视觉传感器采集的图像与特征图像比较，在一定的相似度范围内确认槽车口。

其次是环境光线对识别的影响。流体装卸臂一般安装在露天或半露天的位置，环境光线会影响识别的正确率。为了消除环境光线的影响，需要对使用环境进行局部遮挡，并且安装无频闪的光源。

最后是无法识别的处理。当视觉传感器不能正确识别区域内的槽车口时，需要系统具有智能“学习”功能，采集录入当前槽车口的特征图像，便于下一次正确识别。这需要控制器具有强大的运算能力和图像处理能力，将视觉传感器采集的图像显示出来，通过人为指定和录入槽车口，作为特征图像保存。

2. 精确对位控制。精确对位控制需要解决两个方面的问题：

首先是自我位置的定位。需要将流体装卸臂口移动到槽车口，首先要知道自己的位置和槽车口的位置。槽车口的位置通过视觉识别系统定位，流体装卸臂自己的定位通过各种传感器和动作检测来实现。流体装卸臂的初始位置通过带信号输出的锁紧孔来检测。流体装卸臂通过伺服电机控制运动，并实时检测和返回当前位置。通过防碰撞检测装置进行二次防护。

其次是精确动作。精确动作通过伺服电机实现，可以控制流体装卸臂运动到指定位置。

当槽车到达指定装车区域后，由操作人员采用遥控式控制器17，按下 “流体装卸臂展开”按钮，自动对位系统就会控制流体装卸臂移动，将流体装卸臂伸缩垂管12对准槽车口位置，正常情况下整个过程自动完成，不需要人工干预。

动作过程如下：

1. 带遥控控制器17收到遥控器发出的“流体装卸臂展开”命令后，通过视觉接口单元向视觉传感器2发送“图像采集”脉冲信号，并控制高度调整机构1的伺服电机3动作，使视觉传感器2在一定高度范围内运动，便于采集到清晰的图像。

2. 视觉传感器2收到“图像采集”脉冲信号命令后，按脉冲频率对规定区域进行图像采集，并与预先采集的特征图像比较，当识别到槽车口时，将槽车口的当前坐标发送给控制器17。控制器17对坐标值进行分析比较，确认连续三次收到的槽车口坐标值一致时，停止发送“图像采集”命令，控制高度调整机构1的伺服电机3动作，将视觉传感器2移动的固定的初始位置后停止。

3. 控制器17对槽车口坐标值进行分析，计算流体装卸臂需要移动的水平角度和伸缩臂内套管8的伸展长度。

4. 控制器17控制电磁锁紧杆4提升，并检测锁紧板5的信号，确保解除流体装卸臂处于锁紧状态。

5. 控制器17控制水平旋转伺服电机19带动水平齿轮组6动作，使流体装卸臂的伸缩臂外套管7通过旋转接头15旋转。由于伺服电机可以精确控制，当流体装卸臂的伸缩臂外套管7旋转到要求的角度后，水平旋转伺服电机19停止工作。

6. 控制器17控制伸缩臂伺服电机通过导向套14带动伸缩杆11相对于螺纹伸缩套13旋转，使流体装卸臂的伸缩臂内套管内向外伸展。当伸展长度达到要求后，伸缩伺服电机18停止工作。

7. 安装在垂管上的至少三个激光测距传感器20检测伸缩垂管12可向下伸出的最大可伸高度。

8. 如果检测的最大可伸高度超出正常范围，控制器17发出报警声，提示检测的槽车口可能不正确，或者槽车口有遮挡物需要处理，控制器自动将流体装卸臂动作方式转换成微调试，便于人工调整处理。

9. 如果检测的最大可伸高度在正常范围内，控制器17通过控制升降伺服电机10及卷筒箱9，带动伸缩垂管12动作，使伸缩垂管12下降到检测的可降高度。

10. 流体装卸臂展开动作完毕，等待槽车装车。

当槽车装车结束后，按下控制器17“流体装卸臂归位”按钮，将流体装卸臂由回到初始位置，正常情况下整个动作自动完成，不需要人工干预。

动作过程如下：

1. 控制器收到发出的“流体装卸臂归位”命令后，打开电动排空阀，静置一分钟，排掉垂管内的残液。

2. 控制器通过控制垂管升降伺服电机10动作，使垂管提升到初始位置。

3. 关闭电动排空阀。

4. 控制器17控制伺服电机18动作，使流体装卸臂的伸缩臂内套管向内收拢到初始状态。

5. 控制器17控制水平旋转伺服电机19动作，使流体装卸臂的伸缩臂旋转，直到电磁锁紧杆4自动归位。检测到锁紧板5的锁定信号后，动作结束。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.全自动对位流体装卸臂，其特征在于，包括：

识别系统，用寻找和定位槽车罐口；

水平旋转机构，用于水平旋转下述伸缩臂；

伸缩臂，用于支撑下述伸缩垂管；

伸缩垂管，用于连接槽车管口输送液体，

控制器，用于控制识别系统、水平旋转机构、伸缩臂以及伸缩垂管；

所述控制器安装在立柱上，立柱顶部设有识别系统，立柱还设有水平旋转机构，水平旋转机构连接伸缩臂，伸缩臂连接伸缩垂管。

2.根据权利要求1所述的全自动对位流体装卸臂，其特征在于：所述识别系统由视觉传感器、伺服电机以及高度调整机构，控制器控制伺服电机驱动高度调整机构。

3.根据权利要求1所述的全自动对位流体装卸臂，其特征在于：所述水平旋转机构包括锁紧机构和水平旋转伺服电机，所述锁紧机构由电磁锁紧杆和锁紧板组成，控制器控制水平旋转伺服电机。

4.根据权利要求1所述的全自动对位流体装卸臂，其特征在于：所述伸缩臂包括伸缩臂伺服电机，外套管和内套管，内套管内设有伸缩杆，伸缩杆上设有螺纹伸缩套，外套管内设有导向套。

5.根据权利要求1所述的全自动对位流体装卸臂，其特征在于：伸缩垂管包括卷筒箱和升降伺服电机，伸缩垂管上设有激光测距传感器。

6.全自动对位系统，其特征在于：包括控制器，所述控制器由视觉单元，人机交互单元，控制单元以及信号采集单元组成，所述视觉单元用于寻找和定位槽车罐口，所述人机交互单元用于读取识别系统的罐口数据、根据设定的参数指挥驱动系统进行动作，所述控制单元用于驱动流体装卸臂动作，信号采集单元用于检测。

7.根据权利要求6所述的全自动对位系统，其特征在于：所述视觉单元包括视觉传感器和伺服电机，视觉传感器接收到信号，通过信号转换模块传送给控制器。

8.根据权利要求6所述的全自动对位系统，其特征在于：所述控制单元包括伸缩臂伺服电机，水平旋转伺服电机以及垂管升降伺服电机。

9.根据权利要求6所述的全自动对位系统，其特征在于：人机交互单元包括电脑监控、遥控以及本地控制。

10.根据权利要求6所述的全自动对位系统，其特征在于：所述信号采集单元包括归为检测、防碰撞检测以及工作状态检测。