JP3748044B2 - ロボット給油装置用給油ノズル - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両に自動給油する装置に適した給油ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、給油作業の省力化を図るべく、送油ポンプに接続する給油ノズルをロボットアームに取付け、自動車燃料タンクの給油口をセンサーにより検出して給油ノズルを給油口に自動的に挿入するいわゆるロボット給油装置が導入されようとしている。
このようなロボット給油装置による給油を円滑に実行するには、給油ノズルの先端を自動車燃料タンクの挿入口に確実に位置合わせして挿入できることが必要となる。
このような目的のために本出願人は、先に特願平2000-167102号として給油ノズルストッカと車輌の給油口との間を移動するロボットに給油ノズルを把持させ、ロボットにより給油ノズルを給油口に挿抜して自動給油が可能な装置を提案した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これによれば、給油作業を可及的に省力化できるものの、種々の車輌の給油口に給油ノズルを安全、確実に挿入するにはロボットの位置を高い精度で制御したり、また給油口の位置を高い精度で検出することが必要となり、コストの上昇を招くという問題がある。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、汎用ロボットの位置決め精度でも安全、確実に給油ノズルを車輌の給油口に挿入することができる給油ノズルを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
このような問題を解消するために本発明においては、車輌の給油口に挿入されて給油を実行するロボット給油装置用給油ノズルにおいて、液や気泡の検出により主弁を閉弁させる自動閉弁機構を筒胴部に備え、送液手段からの液を前記主弁を介して前記筒胴部に設けられた筒先部から吐出する給油ノズル本体を、把持手段により把持される基台に弾性部材を介して固定するとともに、前記筒先部の先端には中心部に通孔を備えた半球状の保護部材が取付けられている。
【０００５】
【作用】
筒先部と車輌の給油口との位置に若干のズレが存在しても、弾性部材が変形して車輌に大きな外力を与えることなく筒先部をスムーズに移動させる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明の給油ノズルが適用される給油装置の一実施例を示すものであって、アイランド１には、送液手段、計量手段等給油動作を制御する給油ユニット２と、本発明が特徴とする給油ノズル３や後述する燃料注入口ドアやタンクキャップの閉のためのツールを取出し可能に収容するツールストッカ４、アーム５によりツールを把持して車輌６の給油口１１２に移動させるロボット７、及びこれら給油ユニット２、ロボット７を統括的に制御する制御ユニット８が配置されている。
【０００７】
給油ノズル３は、給油ユニット２の送液手段とホース９、１０に接続され、またホース９、１０は、図２に示したようにツールストッカ４の天板１１に収容された滑動機構１２にジョイント１３により接続された上で支持されている。ジョイント１３は、図示しない付勢手段、この実施例では錘により常時取出し方向とは逆方向（図中、左方向）に付勢され、給油ノズル３の移動に追従できるように移動可能にツールストッカ４の天板１１に支持されている。
【０００８】
図３は、ツールストッカ４の一実施例を示すものであって、天板１１、及び給油ノズル３とツールを収容するツール収納部１４を上下関係となるように支柱１５により支持して構成されている。ツール収納部１４は、この実施例では中央側に３つの給油ノズルをそれぞれ収容する給油ノズル収容孔１６、１７、１８と、両側に燃料注入口ドア開閉ツールを収容する燃料注入口ドア開閉ツール収納部１９、及びタンクキャップ開閉ツール収納部２０が配置されている。なお、図中符号２１は滑動機構１２と錘とを接続するワイヤを示す。
【０００９】
図４、及び図５は、ロボット７の一実施例を示すものであって、基台２２に対して昇降及び回動可能に胴部２３が嵌装し、胴部２３の上端に３つのアーム２４、２５、２６が水平に装着されている。アーム２４は、胴部２３に設けられた回動機構２７に、またアーム２５は、アーム２４に装着された回動機構２８により、さらにアーム２６は、アーム２５に装着された回動機構２９にそれぞれ支持されていて、それぞれ独立に回動可能に構成されている。
先端アーム２６の先端には、撮像手段３０と、上述した各種ツールを把持するチャック機構３１とが上下関係となるように回動機構３２を介して垂直方向に回動可能に設けられている。さらにこの実施例では、測距動作に支障を来さない位置にレーザー測距装置などの測距手段１００が設けられている。
【００１０】
図６（イ）、（ロ）、（ハ）は、それぞれ燃料注入口ドア開閉ツールの一実施例を示すものであって、基台４０は、その後端の下部にチャック機構３１と係合する係合部４０ａが形成されており、上面に設けられた垂直回動軸４１に吸着機構４２が取付けられている。吸着機構４２は、先端が開口したゴム等の弾性材料で構成された蛇腹４３の後端を水平方向に回動可能なように回動軸４４ａを介して軸４４に取り付けて構成されている。軸４４は、コイルバネ等の弾性体４５により常時先端側に付勢され、ホース４６を介して負圧の供給を受けている。
【００１１】
吸着機構４２は、回動基台４７を介して垂直回動軸４１に取付けられていて、回動基台４７の後端に軸４４に対して対称な斜面４７ａ、４７ａが形成されている。この斜面４７ａ、４７ａと当接するように２つのローラ４８、４８がエアシリンダ４９により進退可能に配置されている。なお、図中符号５０は、バキュームスイッチを、また５１、５２は、チャック機構側のプラグと係合してバキュームの供給を受けるコネクタを示す。
【００１２】
図７（イ）、（ロ）、及び図８（イ）、（ロ）は、それぞれタンクキャップ開閉ツールの一実施例を示すものであって、燃料注入口ドア開閉ツールと同様に基台６０は、その後端の下部にチャック機構３１と係合する係合部６０ａが形成されており、上面に回動手段、この実施例ではエアモータ６１が設けられている。エアモータ６１の回転軸６１ａにはカップリング６２を介してモータ６１側が先細りに形成されたテーパ状の係合部６３を備えた駆動軸６４が接続されている。
【００１３】
係合部６３には軸方向に直交する軸６５が設けられ、この軸６５に長孔６６を介して先端が２叉に形成されたグリップ６７が、その後端を弾性部材、この実施例ではコイルバネ６８により先端側（図では左側）に常時付勢された状態で取付けられている。これら軸６５、長孔６６、及びバネ６８によりグリップ６７が揺動可能な状態で回動することが可能となる。
【００１４】
グリップ６７の先端には開口６９、６９が設けられ、ホース７０を介してバキュームが供給されている。なお、図中符号６９は、バキュームスイッチを、また７０、７１は、チャック機構側のプラグと係合してバキュームの供給を受けるコネクタを、さらに７２、７３は、チャック機構側のプラグと係合してエアの供給を受けるコネクタを示す。
【００１５】
図８は、本発明が特徴とする給油ノズルの一実施例を示すものであって、基台８０は、その後端下部、及び後端上部にチャック機構３１と係合する係合部８０ａが形成されており、上面に満タン検知機能を備えた給油ノズル本体８１が取付けられている。この給油ノズル本体８１は、特開平3-29796号公報等により周知の構造で、給油レバー８２の引き上げにより開弁し、また後述する開口８６ａに液や泡が浸入したことにより作動する自動閉弁機構９７により閉弁する主弁８３を所要な部材として構成されている。自動閉弁機構９７は、チャッキ弁８４と、給油ノズル筒先部８５の先端に開口８６ａを備えた流路８６とにより構成されている。
【００１６】
そして自動給油する関係上、レバー８２の先端に対向する位置には、エアシリンダ８７が配設されていて、エアの供給によりレバー８２を引き上げ、引き上げとなった状態をスイッチ８８により検出するように構成されている。なお、図中符号８９は、筒先部の先端に設けられた開口８９ａに連通するベーパ吸引管を示す。
【００１７】
胴部９０と筒先部８５の境界には、先端が開口する筒状の空間９１が形成され、その先端に胴部９０の先端面を覆うようにテーパ状のガイド部材９２が、t等間隔に複数、この実施例では３つの弾性部材、この実施例ではバネ９３により筒先部８５の側に常時付勢された状態で進退可能に取付けられている。
【００１８】
また胴部９０の先端には、ガイド部材９２が胴部９０の側に移動したことを検出する複数、この実施例では２つの当接センサーと、液の上昇を検出する液センサーとが設けられている。当接センサーは、この実施例ではガイド部材９２に設けられた磁石９３の磁束により開閉するリードスイッチ９４とにより構成され、また液センサーは、下部に設けられたプリズム９５により構成されている。
【００１９】
そしてこの実施例においては、給油ノズルの挿入を容易にするため、筒先部８５の先端には高分子等、金属よりも柔らかく、かつ成形性に富んだ材料、例えば高分子材料により構成された中心部に通孔９８ａを備えた半球状の保護部材９８が取付けられ、図１１に示したように給油ノズル本体８１は、その胴部９０をチャック機構３１に把持される基台８０との間に弾性部材、この実施例ではゴム材９６を介して取付けられている。
【００２０】
これにより挿入過程で給油ノズル筒先部８５の保護部材９８が、その球面により給油口１１２をスムーズに通過し、また筒先部８５が給油管１１４を移動する過程で筒先部８５に外力が作用した場合にでも弾性部材９６が弾性変形して追従移動可能ならしめる。
【００２１】
図１２は、同上装置の動作を統括する制御装置の一実施例を示すものであって、給油ユニット２の制御手段１０２は、油種判定手段１０３、計量機構制御手段１０４を備え、複数の挿入センサーを構成するスイッチ９４、９４からの信号をアンドゲートを介して、また複数のセンサー９５、９５からの信号をオアゲートを、さらに給油ノズルの引き上げを検出するスイッチ８８からの信号を受け、給油レバー引き上げ用のエアシリンダ８７を制御するように構成されている。
【００２２】
また位置座標演算手段１０５は、撮像手段３０、測距手段１００からの信号を受け、演算結果をロボット７制御手段１０７からアクセス可能に記憶手段１０６に格納する。なお、図中符号１０８は、給油口燃料注入口ドア開閉ツール、タンクキャップ開閉ツールのバキュームスイッチ５９、６９、及び給油ユニットの制御手段１０２からの信号によりエアや負圧の供給するエア・負圧供給手段を示す。
【００２３】
次にこのように構成した装置の動作について説明する。
給油を受ける車輌がアイランド１の所定位置に停止すると、ロボット７の先端アーム２６が車輌の前後方向に移動して少なくも車輌６を検出し（図１５ ステップ イ）、車輌の２箇所の距離を測距手段１００により測定し、アイランド１に対する車輌６の傾きを判定して記憶手段１０６に格納する（図１５ ステップロ）。
【００２４】
ユーザは、車輌６の大まかな仕様、つまり、油種、給油口１１２の位置（左側、または右側）、燃料注入口ドア１１１の開閉方向（前方向、または後方向）、給油管１１４の延びている方向（左、右、下）等を制御ユニット８、また給油ユニット２のキーボードから入力する。なお、これらの情報を顧客に配布する給油カードに予め格納しておくことにより、カードリーダにより入力することも可能である。
【００２５】
これらの情報を元にロボット７の先端アーム２６に取付けられている撮像手段３０により給油口１１２の燃料注入口ドア１１１を撮影する。位置座標演算手段１０５は、撮影された燃料注入口ドア１１１の複数の角部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの座標データに基づいて、燃料供給口１１０の中心座標を算出して記憶手段１０６に格納する（図１５ ステップ ハ）。
【００２６】
ロボット７は、ストッカ４の燃料注入口ドア開閉ツールの収納部１９に移動し（図１５ ステップ ニ、ホ）、燃料注入口ドア開閉ツールにチャック機構３１を装着する。これにより、ストッカ４の収納部１９と燃料注入口ドア開閉ツールとのロックが解除されて取出しが可能となる（図１５ ステップ ヘ）。ロボット７は、記憶手段１０６に格納されている座標データに基づいて先端の蛇腹４３を燃料注入口ドア１１１に移動し、圧接する（図１５ ステップ ト）。
【００２７】
所定時間の経過すると（図１５ ステップ チ）、エア・負圧供給手段１０８からバキュームが供給されて蛇腹４３が燃料注入口ドア１１１を吸着する（図１５ ステップ リ）。この吸着によりホース４６の負圧が上昇するため、バキュームスイッチ５０がオンとなり（図１５ ステップ ヌ）、蛇腹４３が確実に燃料注入口ドア１１１に吸着したことが検出され、エアシリンダ４９にエアを供給して後退させてローラ４８でロックされていた蛇腹４３、より詳細には軸４４のロックを解除する（図１５ ステップ ル）。これにより蛇腹４３は、進退、及び水平方向に回動可能な状態となる。
【００２８】
ロボット７は、入力されている燃料注入口ドア１１１の開閉方向のデータに基づいて、燃料注入口ドア１１１を開放する方向に燃料注入口ドア１１１を吸着した状態で所定距離だけ後退移動する（図１５ ステップ オ）。この過程で蛇腹４３は、回動軸４４ａ、及び垂直軸４１を中心に水平方向に回動するとともに、バネ４５に抗して軸方向に移動する。これにより、燃料注入口ドア１１１の角度に対応して蛇腹４３が水平方向に回動しつつ、蓋１１に無理な力を作用させることなく開放させるように引き、燃料注入口ドア１１１と車輌との係止を解いて車輌本体から引き離す。
【００２９】
所定距離分だけ後退して燃料注入口ドア１１１が開放された時点で（図１５ ステップ ワ）蛇腹４３へのバキュームの供給を停止して（図１５ ステップ カ）、ついで燃料注入口ドア１１１の表側に位置している蛇腹４３を、燃料注入口ドア１１１の裏側に移動させ（図１５ ステップ ヨ）、燃料注入口ドア１１１が開く方向に移動し（図１５ ステップ タ）、所定距離、つまり燃料注入口ドア１１１を次の動作に支障を来さない程度まで移動した時点で（図１５ ステップ レ）停止し、またエアシリンダ４９を元の位置に復帰させて蛇腹４３をアーム２６の軸線方向に一致するように回動移動させる（図１５ ステップ ソ）。
【００３０】
ついで、ストッカ４から給油口１１２まで移動した軌跡データを基にストッカ４の収納部１６に移動して（図１５ ステップ ツ）燃料注入口ドア開閉ツールを所定位置に挿入する（図１５ ステップ ネ）。燃料注入口ドア開閉ツールが所定位置まで挿入されると、収納部１６と燃料注入口ドア開閉ツールとがロックされ、またチャック機構３１との把持が解除される（図１５ ステップ ナ）。
【００３１】
燃料注入口ドア１１１の開放が確認された時点で（図１６ ステップ イ）、ロボット７は記憶手段１０６に格納されている軌跡データに基づいて給油口１１２から所定の距離まで移動する（図１６ ステップ ロ）。これにより撮像手段３０により給油口１１２、及びタンクキャップ１１３が撮影可能となる。
【００３２】
この場合、図１４に示したように撮像手段３０の光軸Ｌ１、Ｌ２とタンクキャップ１１３、または給油口１１２の形成面との間に傾きθが存在する場合には、タンクキャップ１１３、または給油口１１２が真円となる位置Ｐ２まで移動し、この位置の座標に基づいて給油口１１２の伸びる方向、つまり傾きθを算出して記憶手段１０６に記憶する（図１６ ステップ ハ）。
【００３３】
なお、周囲の照明や、給油口１１２の色に関係なく確実に検出するためには、図１３に示したように車輌のボディ色に対してコントラストを有するリング部材１１５、給油口１１２の周囲に装着して、マークを付しておくのが望ましい。もとより、このようなマークはシールを貼着する等の方法で簡単に設けることができる。
【００３４】
ロボット７は、ストッカ４のタンクキャップ開閉ツールの収納部２０に移動し（図１６ ステップ ニ、ホ）、タンクキャップ開閉ツールをチャック機構３１に装着する。これにより、収納部２０とタンクキャップ開閉ツールとのロックが解除されて取出しが可能となる（図１６ ステップ ヘ）。ロボット７は、記憶手段１０６に格納されている座標データに基づいてタンクキャップ開閉ツールを車輌のタンクキャップ１１３に移動させる（図１６ ステップ チ）。グリップ６７がタンクキャップ１１３に弾接した時点で、エアモータ６１にエア・負圧供給手段１０８からエアを供給してグリップ６７を所定角度だけ正転させる（図１６ ステップ リ）。グリップ６７とエアモータ６１は、軸６５、長孔６６、及びバネ６８により構成される自在継ぎ手により揺動可能な状態で接続されているから、グリップ６７はタンクキャップ１１３の把持部をその叉６７ａに進入させる。
【００３５】
所定角度回転した時点で（図１６ ステップ ヌ）、回転を停止し、ついで後退させてグリップ６７のねじれを除去する（図１７ ステップ ル）。所定位置に後退した時点で（図１６ ステップ オ）、再びグリップ６７を前進させ、エア・負圧供給手段１０８からバキュームを供給して開口６９にタンクキャップ１１３を吸着させる（図１６ ステップ ワ）。
【００３６】
この吸着により開口６９の負圧が上昇するため、バキュームスイッチ６９がオンとなり、グリップ６７が確実にタンクキャップ１１３を吸着したことが検出されるから、エアモータ６１にエアを供給してタンクキャップ１１３が開放される方向にグリップ６７を回動させ、同時にタンクキャップ１１３のネジピッチに合わせて後退してタンクキャップ１１３を車輌６から外す（図１６ ステップ カ）。
【００３７】
所定回転数だけ回転した段階で（図１６ ステップ ヨ）、回転を停止してさらに後退する（図１６ ステップ タ）。燃料注入口ドア１１１に接触しない位置まで後退した時点で（図１６ ステップ レ）、ストッカ４から給油口１１２まで移動した軌跡データを基にストッカ４の収納部２０に移動して（図１６ ステップ ソ）タンクキャップ１１３を吸着、保持した状態でタンクキャップ開閉ツールを所定位置に挿入する（図１６ ステップ ツ）。
【００３８】
タンクキャップ開閉ツールが所定位置まで挿入されると、収納部２０とタンクキャップ開閉ツールとがロックされ、またチャック機構３１との把持が解除される（図１６ ステップ ネ）。この状態では、タンクキャップ１１３は、収納部２０に所定の位置に位置決めされ、かつグリップ６７と所定の位置関係を保持した状態で保管される。
【００３９】
タンクキャップ１１３の開放が確認されると（図１７ ステップ イ）、ロボット７は、適合油種の給油ノズルが収納されているストッカ４の収納部、例えば収納部１６に移動し、給油開始時に入力された油種に対応する給油ノズルに移動し（図１７ ステップ ロ、ハ）、給油ノズルにチャック機構３１を装着する。これにより、ストッカ４と給油ノズルとのロックが解除されて取出しが可能となる（図１７ ステップ ニ）。
【００４０】
ロボット７は、記憶手段１０６に格納されている給油口１１２の座標、給油管１１４の傾きデータに基づいて給油ノズル３の筒先部８５を給油口１１２に、検出された給油口１１２の伸びる方向に可及的に平行に装入する（図１７ ステップ ホ）。この過程で、給油ノズル３に接続されたホース１０は、給油ユニット２のホース９に接続するジョイント１３が前進し、ホース１０の上端がストッカ４の収納部から可及的に離れた位置に移動する（図２におけるホース１０’の状態）。
【００４１】
これにより、車輌の位置に関わり無くロボット７は、他のホース１０に邪魔されることなく給油ノズルを自由に移動させることができる。なお、ホース１０をスムーズに前進させるには、エアシリンダ１１５等の駆動手段を天板１１に設け、ジョイント１３を強制的に移動させるのが望ましい。
【００４２】
供給穴１１２への挿入が開始されると、給油ノズル筒先部８５は、保護部材９８の球面により給油口１１２を滑って給油管１１４に進入する。進入の過程で筒先部８５が車輌の給油管１１４に接触して外力が作用すると、弾性部材９６が弾性変形して給油口１１２や給油管１１４に倣うようにガイドされる。これにより、ロボット７に対して精密な動作を必要とすることなく、給油ノズル３を確実に給油口１１２から給油管１１４に挿入することができる。
【００４３】
さらに給油ノズル３が移動してガイド部材９２がバネ９３の力に抗して後退し、２つの挿入センサーを構成するスイッチ９４からそれぞれ信号が出力し、規定位置まで挿入されたことが検出される（図１７ ステップ ヘ）。この信号を受けて制御ユニット８は給油ユニット２を作動させる。なお、挿入センサーを構成するスイッチ９４の１つでも信号が出力しない場合には、先端アーム２６を若干移動させて、給油ノズルを確実に給油口に挿入し直す。
【００４４】
ついで、給油ノズル筒先部８５の開口８９ａからベーパを吸引して油種判定手段１０３により油種を確認し（図１７ ステップ ト）、一致が確認できない場合には警報を発する（図１７ ステップ チ）。油種の一致が確認できた場合には給油ユニット２の給油ポンプを作動させ、またエア・負圧供給手段１０８からエアを供給してエアシリンダ８７を作動させて主弁８３を開放する（図１８ ステップ イ）。
【００４５】
給油が開始されると、給油量が設定された給油量に到達したか（図１８ ステップ ロ）、または満タンまで給油が進んだか（図１８ ステップ ハ）を常時監視しつつ、さらに挿入センサーを構成するスイッチ９４からの信号をも監視する（図１８ ステップ ニ）。給油量が設定量に到達した場合には、給油ポンプ及びエアシリンダ８７を停止させて主弁８３を閉弁して給油を終了する（図１８ステップ ホ）。
【００４６】
また満タンが検出された場合には（図１８ ステップ ハ）自動閉弁機構９７が作動して主弁８３が閉弁し、前述のステップ（ホ）の過程を経て給油動作を終了する。
【００４７】
給油動作が終了すると、ストッカ４の収納部１６から給油口１１２まで移動した軌跡データを基にストッカ４の収納部１６に移動して（図１８ ステップ ヘ）給油ノズルを所定位置に挿入する（図１８ ステップ ト）。また、ホース１０は、ジョイント１３に作用する錘の力とエアシリンダ１１５からの変位を受けて奥側に後退し、他の給油ノズルやツールの取出しに障害とならない位置に戻される。給油ノズルが所定位置まで挿入されると、収納部１６と給油ノズルとがロックされ、またチャック機構３１との把持が解除される（図１８ ステップ チ）。
【００４８】
一方、給油の途中で挿入センサーのスイッチ９４の１からでも信号が途絶えると（図１８ ステップ ニ）、給油ポンプ及びエアシリンダ８７とを停止させて送液を強制的に停止し、同時に警報を発する（図１８ ステップ リ）。これにより、給油ノズル３が給油口１１２からの抜け出すのを未然に検出することができる。
【００４９】
また、自動閉弁機構９７の不調や故障により燃料が、車輌の燃料タンクから溢れる寸前まで上昇すると、液センサー９５の１つからでも液検出信号が出力された場合には、前述のステップ（リ）の過程を経て給油動作を停止する。
【００５０】
給油動作が終了すると（図１９ ステップ イ）、前述のタンクキャップ開閉動作と同様にロボット７は、ストッカ４のタンクキャップ開閉ツールの収納部２０に移動し（図１９ ステップ ロ、ハ）、タンクキャップ開閉ツールにチャック機構３１を装着する。これにより、ストッカ４の収納部２０とタンクキャップ開閉ツールとのロックが解除され（図１９ ステップ ニ）、タンクキャップ１１３を開口６９のバキュームにより保持した状態でグリップ６７の取出しが可能となる。
【００５１】
ロボット７は、記憶手段１０６に格納されている給油口１１２の座標データに基づいてタンクキャップ開閉ツールを移動させ（図１９ ステップ ホ、ヘ）、グリップ６７に保持されているタンクキャップ１１３を給油口１１２に弾接させ（図１９ ステップ ト）、この状態でエアモータ６１にエア・負圧供給手段１０８のエアを供給してタンクキャップ１１３をねじ込む方向にグリップ６７を所定数回転させる（図１９ ステップ チ）。所定回転数だけ回転してねじ込みが終了した時点で回転を停止し、バキュームの供給を停止し、グリップ６７を後退させる（図１９ ステップ リ）。
【００５２】
グリップ６７が燃料注入口ドア１１１に接触しない位置まで後退した時点で（図１９ ステップ ヌ）、後退を停止してストッカ４から給油口１１２まで移動した軌跡データを基にストッカ４の収納部に移動して（図１９ ステップ ル）タンクキャップ開閉ツールを所定位置に挿入する。タンクキャップ開閉ツールが所定位置まで挿入されると（図１９ ステップ オ）、収納部２０とタンクキャップ開閉ツールとがロックされ、またチャック機構３１との把持が解除される（図１９ ステップ ワ）。
【００５３】
タンクキャップ１１３の取付けが終了した段階で（図２０ ステップ イ）、ロボット７は、ストッカ４の燃料注入口ドア開閉ツールの収納部１６に移動し（図２０ ステップ ロ、ハ）、燃料注入口ドア開閉ツールにチャック機構３１を装着し、ストッカ４と燃料注入口ドア開閉ツールとのロックが解除されて取出す（図２０ ステップ ニ）。ロボット７は、記憶手段１０６に格納されている座標データに基づいて燃料注入口ドア１１１の表側に対向する位置に移動する（図２０ ステップ ホ、ヘ）。
【００５４】
そこから燃料注入口ドア１１１を閉める方向に水平に移動して蛇腹４３により燃料注入口ドア１１１を押圧（図２０ ステップ ト）。所定距離の移動後に停止して、今度は車両方向に前進する（図２０ ステップ チ）。これにより大きく開いていた燃料注入口ドア１１１がある程度まで閉められ、最後に押し込まれて完全に閉じられ、同時に車輌にロックする（図２０ ステップ リ）。
【００５５】
所定距離だけ前進した時点で（図２０ ステップ ヌ）、前進を停止し、ストッカ４から給油口１１２まで移動した軌跡データを基にストッカ４の収納部１９に移動する（図２０ ステップ ル）。燃料注入口ドア開閉ツールが所定位置に挿入されると（図２０ ステップ オ）、収納部１９と燃料注入口ドア開閉ツールとがロックされ、またチャック機構３１との把持が解除される（図２０ ステップ ワ）。
【００５６】
なお、上述の実施例においては、燃料注入口ドア開閉ツール、タンクキャップ開閉ツール、及び給油ノズルをそれぞれ別体として構成したが、エアモータ等の駆動手段により回動する基台に一体に設け、ロボット７のアーム上で、所要の作業に応じて切替るようにしてもよい。これによれば、ストッカと車輌との間の移動を可及的に少なくして作業の高速化を図ることができる。
【００５７】
また、上述の実施例においては、撮像手段により得た燃料注入口ドアや給油口の画像によりツールの位置決めを制御する場合について説明したが、トランスポンダ等の位置表示手段を設けた車輌の燃料供給蓋やタンクキャップの開閉に適用できることは明らかである。
さらに、上述の実施例においては、ロボットが燃料注入口ドアや給油キャップを自動的に開閉する機能を備えているが、給油ノズルだけを取り扱うロボットの給油ノズルや、また給油作業に不慣れなセルフ給油者用のものとして使用できることも明らかである。
【００５８】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、筒先部と車輌の給油口との位置に若干のズレが存在しても、弾性部材が変形し、また筒先部先端の半球状の保護部材により車輌に大きな外力を与えることなく筒先部をスムーズに移動させることができ、汎用ロボットの位置決め精度でも安全、確実に給油ノズルを車輌の給油口に挿入することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の給油ノズルが適用されたロボット給油装置の一実施例を示す図である。
【図２】 ツールストッカの一実施例を示す断面図である。
【図３】 ツールストッカの一実施例を示す正面図である。
【図４】 ロボットの一実施例を示す図である。
【図５】 ロボットの一実施例を示す上面図である。
【図６】 図（イ）乃至（ハ）は、それぞれ燃料注入口ドア開閉用ツールの一実施例を示す上面図、正面図、及び側面図である。
【図７】 図（イ）（ロ）は、それぞれタンクキャップ開閉用ツールの一実施例を示す上面図、及び正面図である。
【図８】 図（イ）、（ロ）は、それぞれ同上タンクキャップ開閉用ツールの一実施例を示す側面図である。
【図９】 本発明が特徴とする給油ノズルの一実施例を示す断面図である。
【図１０】 図（イ）、（ロ）は、それぞれ同上給油ノズルの筒先部と胴部との境界の構造を示す正面図と断面図である。
【図１１】 同上給油ノズルと基台との取付け構造の他の実施例を示す図である。
【図１２】 同上装置の制御手段を示すブロック図である。
【図１３】 燃料注入口ドアの中心を判定する工程を説明する図である。
【図１４】 図（イ）、（ロ）は、それぞれ給油口に対する撮像手段の角度と、撮影された給油口の形状との関係を示す図である。
【図１５】 同上装置により燃料注入口ドアを開放する動作を示すフローチャートである。
【図１６】 同上装置によりタンクキャップを開放する動作を示すフローチャートである。
【図１７】 同上装置により給油ノズルを挿入する工程を示すフローチャートである。
【図１８】 挿入された給油ノズルによる給油動作、及び給油ノズルの収納動作を示すフローチャートである。
【図１９】 同上装置によりタンクキャップを取る付ける動作を示すフローチャートである。
【図２０】 同上装置により燃料注入口ドアを閉める動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ アイランド
２ 給油ユニット
３ 給油ノズル
４ ツールストッカ
５ アーム
６ 車輌
７ ロボット
８ 制御ユニット
９、１０ ホース
３０ 撮像手段
３１ チャック機構
４３ 蛇腹
４９ エアシリンダ
５０ バキュームスイッチ
６１ エアモータ
６７ グリップ
６９ バキュームスイッチ
８０ 基台
８１ 給油ノズル本体
８２ 給油レバー
８３ 主弁
８４ チャッキ弁
８５ 給油ノズル筒先部
８７ エアシリンダ
８８ スイッチ
９３ 磁石
９４ リードスイッチ
９７ 自動閉弁機構
９８ 保護部材
１００ 測距手段
１１３ タンクキャップ
１１４ 給油管
１１５ エアシリンダ
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両に自動給油する装置に適した給油ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、給油作業の省力化を図るべく、送油ポンプに接続する給油ノズルをロボットアームに取付け、自動車燃料タンクの給油口をセンサーにより検出して給油ノズルを給油口に自動的に挿入するいわゆるロボット給油装置が導入されようとしている。
このようなロボット給油装置による給油を円滑に実行するには、給油ノズルの先端を自動車燃料タンクの挿入口に確実に位置合わせして挿入できることが必要となる。
このような目的のために本出願人は、先に特願平2000-167102号として給油ノズルストッカと車輌の給油口との間を移動するロボットに給油ノズルを把持させ、ロボットにより給油ノズルを給油口に挿抜して自動給油が可能な装置を提案した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これによれば、給油作業を可及的に省力化できるものの、種々の車輌の給油口に給油ノズルを安全、確実に挿入するにはロボットの位置を高い精度で制御したり、また給油口の位置を高い精度で検出することが必要となり、コストの上昇を招くという問題がある。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、汎用ロボットの位置決め精度でも安全、確実に給油ノズルを車輌の給油口に挿入することができる給油ノズルを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
このような問題を解消するために本発明においては、車輌の給油口に挿入されて給油を実行するロボット給油装置用給油ノズルにおいて、液や気泡の検出により主弁を閉弁させる自動閉弁機構を筒胴部に備え、送液手段からの液を前記主弁を介して前記筒胴部に設けられた筒先部から吐出する給油ノズル本体を、把持手段により把持される基台に弾性部材を介して固定するとともに、前記筒先部の先端には中心部に通孔を備えた半球状の保護部材が取付けられている。
【０００５】
【作用】
筒先部と車輌の給油口との位置に若干のズレが存在しても、弾性部材が変形して車輌に大きな外力を与えることなく筒先部をスムーズに移動させる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明の給油ノズルが適用される給油装置の一実施例を示すものであって、アイランド１には、送液手段、計量手段等給油動作を制御する給油ユニット２と、本発明が特徴とする給油ノズル３や後述する燃料注入口ドアやタンクキャップの閉のためのツールを取出し可能に収容するツールストッカ４、アーム５によりツールを把持して車輌６の給油口１１２に移動させるロボット７、及びこれら給油ユニット２、ロボット７を統括的に制御する制御ユニット８が配置されている。
【０００７】
給油ノズル３は、給油ユニット２の送液手段とホース９、１０に接続され、またホース９、１０は、図２に示したようにツールストッカ４の天板１１に収容された滑動機構１２にジョイント１３により接続された上で支持されている。ジョイント１３は、図示しない付勢手段、この実施例では錘により常時取出し方向とは逆方向（図中、左方向）に付勢され、給油ノズル３の移動に追従できるように移動可能にツールストッカ４の天板１１に支持されている。
【０００８】
図３は、ツールストッカ４の一実施例を示すものであって、天板１１、及び給油ノズル３とツールを収容するツール収納部１４を上下関係となるように支柱１５により支持して構成されている。ツール収納部１４は、この実施例では中央側に３つの給油ノズルをそれぞれ収容する給油ノズル収容孔１６、１７、１８と、両側に燃料注入口ドア開閉ツールを収容する燃料注入口ドア開閉ツール収納部１９、及びタンクキャップ開閉ツール収納部２０が配置されている。なお、図中符号２１は滑動機構１２と錘とを接続するワイヤを示す。
【０００９】
図４、及び図５は、ロボット７の一実施例を示すものであって、基台２２に対して昇降及び回動可能に胴部２３が嵌装し、胴部２３の上端に３つのアーム２４、２５、２６が水平に装着されている。アーム２４は、胴部２３に設けられた回動機構２７に、またアーム２５は、アーム２４に装着された回動機構２８により、さらにアーム２６は、アーム２５に装着された回動機構２９にそれぞれ支持されていて、それぞれ独立に回動可能に構成されている。
先端アーム２６の先端には、撮像手段３０と、上述した各種ツールを把持するチャック機構３１とが上下関係となるように回動機構３２を介して垂直方向に回動可能に設けられている。さらにこの実施例では、測距動作に支障を来さない位置にレーザー測距装置などの測距手段１００が設けられている。
【００１０】
図６（イ）、（ロ）、（ハ）は、それぞれ燃料注入口ドア開閉ツールの一実施例を示すものであって、基台４０は、その後端の下部にチャック機構３１と係合する係合部４０ａが形成されており、上面に設けられた垂直回動軸４１に吸着機構４２が取付けられている。吸着機構４２は、先端が開口したゴム等の弾性材料で構成された蛇腹４３の後端を水平方向に回動可能なように回動軸４４ａを介して軸４４に取り付けて構成されている。軸４４は、コイルバネ等の弾性体４５により常時先端側に付勢され、ホース４６を介して負圧の供給を受けている。
【００１１】
吸着機構４２は、回動基台４７を介して垂直回動軸４１に取付けられていて、回動基台４７の後端に軸４４に対して対称な斜面４７ａ、４７ａが形成されている。この斜面４７ａ、４７ａと当接するように２つのローラ４８、４８がエアシリンダ４９により進退可能に配置されている。なお、図中符号５０は、バキュームスイッチを、また５１、５２は、チャック機構側のプラグと係合してバキュームの供給を受けるコネクタを示す。
【００１２】
図７（イ）、（ロ）、及び図８（イ）、（ロ）は、それぞれタンクキャップ開閉ツールの一実施例を示すものであって、燃料注入口ドア開閉ツールと同様に基台６０は、その後端の下部にチャック機構３１と係合する係合部６０ａが形成されており、上面に回動手段、この実施例ではエアモータ６１が設けられている。エアモータ６１の回転軸６１ａにはカップリング６２を介してモータ６１側が先細りに形成されたテーパ状の係合部６３を備えた駆動軸６４が接続されている。
【００１３】
係合部６３には軸方向に直交する軸６５が設けられ、この軸６５に長孔６６を介して先端が２叉に形成されたグリップ６７が、その後端を弾性部材、この実施例ではコイルバネ６８により先端側（図では左側）に常時付勢された状態で取付けられている。これら軸６５、長孔６６、及びバネ６８によりグリップ６７が揺動可能な状態で回動することが可能となる。
【００１４】
グリップ６７の先端には開口６９、６９が設けられ、ホース７０を介してバキュームが供給されている。なお、図中符号６９は、バキュームスイッチを、また７０、７１は、チャック機構側のプラグと係合してバキュームの供給を受けるコネクタを、さらに７２、７３は、チャック機構側のプラグと係合してエアの供給を受けるコネクタを示す。
【００１５】
図８は、本発明が特徴とする給油ノズルの一実施例を示すものであって、基台８０は、その後端下部、及び後端上部にチャック機構３１と係合する係合部８０ａが形成されており、上面に満タン検知機能を備えた給油ノズル本体８１が取付けられている。この給油ノズル本体８１は、特開平3-29796号公報等により周知の構造で、給油レバー８２の引き上げにより開弁し、また後述する開口８６ａに液や泡が浸入したことにより作動する自動閉弁機構９７により閉弁する主弁８３を所要な部材として構成されている。自動閉弁機構９７は、チャッキ弁８４と、給油ノズル筒先部８５の先端に開口８６ａを備えた流路８６とにより構成されている。
【００１６】
そして自動給油する関係上、レバー８２の先端に対向する位置には、エアシリンダ８７が配設されていて、エアの供給によりレバー８２を引き上げ、引き上げとなった状態をスイッチ８８により検出するように構成されている。なお、図中符号８９は、筒先部の先端に設けられた開口８９ａに連通するベーパ吸引管を示す。
【００１７】
胴部９０と筒先部８５の境界には、先端が開口する筒状の空間９１が形成され、その先端に胴部９０の先端面を覆うようにテーパ状のガイド部材９２が、t等間隔に複数、この実施例では３つの弾性部材、この実施例ではバネ９３により筒先部８５の側に常時付勢された状態で進退可能に取付けられている。
【００１８】
また胴部９０の先端には、ガイド部材９２が胴部９０の側に移動したことを検出する複数、この実施例では２つの当接センサーと、液の上昇を検出する液センサーとが設けられている。当接センサーは、この実施例ではガイド部材９２に設けられた磁石９３の磁束により開閉するリードスイッチ９４とにより構成され、また液センサーは、下部に設けられたプリズム９５により構成されている。
【００１９】
そしてこの実施例においては、給油ノズルの挿入を容易にするため、筒先部８５の先端には高分子等、金属よりも柔らかく、かつ成形性に富んだ材料、例えば高分子材料により構成された中心部に通孔９８ａを備えた半球状の保護部材９８が取付けられ、図１１に示したように給油ノズル本体８１は、その胴部９０をチャック機構３１に把持される基台８０との間に弾性部材、この実施例ではゴム材９６を介して取付けられている。
【００２０】
これにより挿入過程で給油ノズル筒先部８５の保護部材９８が、その球面により給油口１１２をスムーズに通過し、また筒先部８５が給油管１１４を移動する過程で筒先部８５に外力が作用した場合にでも弾性部材９６が弾性変形して追従移動可能ならしめる。
【００２１】
図１２は、同上装置の動作を統括する制御装置の一実施例を示すものであって、給油ユニット２の制御手段１０２は、油種判定手段１０３、計量機構制御手段１０４を備え、複数の挿入センサーを構成するスイッチ９４、９４からの信号をアンドゲートを介して、また複数のセンサー９５、９５からの信号をオアゲートを、さらに給油ノズルの引き上げを検出するスイッチ８８からの信号を受け、給油レバー引き上げ用のエアシリンダ８７を制御するように構成されている。
【００２２】
また位置座標演算手段１０５は、撮像手段３０、測距手段１００からの信号を受け、演算結果をロボット７制御手段１０７からアクセス可能に記憶手段１０６に格納する。なお、図中符号１０８は、給油口燃料注入口ドア開閉ツール、タンクキャップ開閉ツールのバキュームスイッチ５９、６９、及び給油ユニットの制御手段１０２からの信号によりエアや負圧の供給するエア・負圧供給手段を示す。
【００２３】
次にこのように構成した装置の動作について説明する。
給油を受ける車輌がアイランド１の所定位置に停止すると、ロボット７の先端アーム２６が車輌の前後方向に移動して少なくも車輌６を検出し（図１５ ステップ イ）、車輌の２箇所の距離を測距手段１００により測定し、アイランド１に対する車輌６の傾きを判定して記憶手段１０６に格納する（図１５ ステップロ）。
【００２４】
ユーザは、車輌６の大まかな仕様、つまり、油種、給油口１１２の位置（左側、または右側）、燃料注入口ドア１１１の開閉方向（前方向、または後方向）、給油管１１４の延びている方向（左、右、下）等を制御ユニット８、また給油ユニット２のキーボードから入力する。なお、これらの情報を顧客に配布する給油カードに予め格納しておくことにより、カードリーダにより入力することも可能である。
【００２５】
これらの情報を元にロボット７の先端アーム２６に取付けられている撮像手段３０により給油口１１２の燃料注入口ドア１１１を撮影する。位置座標演算手段１０５は、撮影された燃料注入口ドア１１１の複数の角部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの座標データに基づいて、燃料供給口１１０の中心座標を算出して記憶手段１０６に格納する（図１５ ステップ ハ）。
【００２６】
ロボット７は、ストッカ４の燃料注入口ドア開閉ツールの収納部１９に移動し（図１５ ステップ ニ、ホ）、燃料注入口ドア開閉ツールにチャック機構３１を装着する。これにより、ストッカ４の収納部１９と燃料注入口ドア開閉ツールとのロックが解除されて取出しが可能となる（図１５ ステップ ヘ）。ロボット７は、記憶手段１０６に格納されている座標データに基づいて先端の蛇腹４３を燃料注入口ドア１１１に移動し、圧接する（図１５ ステップ ト）。
【００２７】
所定時間の経過すると（図１５ ステップ チ）、エア・負圧供給手段１０８からバキュームが供給されて蛇腹４３が燃料注入口ドア１１１を吸着する（図１５ ステップ リ）。この吸着によりホース４６の負圧が上昇するため、バキュームスイッチ５０がオンとなり（図１５ ステップ ヌ）、蛇腹４３が確実に燃料注入口ドア１１１に吸着したことが検出され、エアシリンダ４９にエアを供給して後退させてローラ４８でロックされていた蛇腹４３、より詳細には軸４４のロックを解除する（図１５ ステップ ル）。これにより蛇腹４３は、進退、及び水平方向に回動可能な状態となる。
【００２８】
ロボット７は、入力されている燃料注入口ドア１１１の開閉方向のデータに基づいて、燃料注入口ドア１１１を開放する方向に燃料注入口ドア１１１を吸着した状態で所定距離だけ後退移動する（図１５ ステップ オ）。この過程で蛇腹４３は、回動軸４４ａ、及び垂直軸４１を中心に水平方向に回動するとともに、バネ４５に抗して軸方向に移動する。これにより、燃料注入口ドア１１１の角度に対応して蛇腹４３が水平方向に回動しつつ、蓋１１に無理な力を作用させることなく開放させるように引き、燃料注入口ドア１１１と車輌との係止を解いて車輌本体から引き離す。
【００２９】
所定距離分だけ後退して燃料注入口ドア１１１が開放された時点で（図１５ ステップ ワ）蛇腹４３へのバキュームの供給を停止して（図１５ ステップ カ）、ついで燃料注入口ドア１１１の表側に位置している蛇腹４３を、燃料注入口ドア１１１の裏側に移動させ（図１５ ステップ ヨ）、燃料注入口ドア１１１が開く方向に移動し（図１５ ステップ タ）、所定距離、つまり燃料注入口ドア１１１を次の動作に支障を来さない程度まで移動した時点で（図１５ ステップ レ）停止し、またエアシリンダ４９を元の位置に復帰させて蛇腹４３をアーム２６の軸線方向に一致するように回動移動させる（図１５ ステップ ソ）。
【００３０】
ついで、ストッカ４から給油口１１２まで移動した軌跡データを基にストッカ４の収納部１６に移動して（図１５ ステップ ツ）燃料注入口ドア開閉ツールを所定位置に挿入する（図１５ ステップ ネ）。燃料注入口ドア開閉ツールが所定位置まで挿入されると、収納部１６と燃料注入口ドア開閉ツールとがロックされ、またチャック機構３１との把持が解除される（図１５ ステップ ナ）。
【００３１】
燃料注入口ドア１１１の開放が確認された時点で（図１６ ステップ イ）、ロボット７は記憶手段１０６に格納されている軌跡データに基づいて給油口１１２から所定の距離まで移動する（図１６ ステップ ロ）。これにより撮像手段３０により給油口１１２、及びタンクキャップ１１３が撮影可能となる。
【００３２】
この場合、図１４に示したように撮像手段３０の光軸Ｌ１、Ｌ２とタンクキャップ１１３、または給油口１１２の形成面との間に傾きθが存在する場合には、タンクキャップ１１３、または給油口１１２が真円となる位置Ｐ２まで移動し、この位置の座標に基づいて給油口１１２の伸びる方向、つまり傾きθを算出して記憶手段１０６に記憶する（図１６ ステップ ハ）。
【００３３】
なお、周囲の照明や、給油口１１２の色に関係なく確実に検出するためには、図１３に示したように車輌のボディ色に対してコントラストを有するリング部材１１５、給油口１１２の周囲に装着して、マークを付しておくのが望ましい。もとより、このようなマークはシールを貼着する等の方法で簡単に設けることができる。
【００３４】
ロボット７は、ストッカ４のタンクキャップ開閉ツールの収納部２０に移動し（図１６ ステップ ニ、ホ）、タンクキャップ開閉ツールをチャック機構３１に装着する。これにより、収納部２０とタンクキャップ開閉ツールとのロックが解除されて取出しが可能となる（図１６ ステップ ヘ）。ロボット７は、記憶手段１０６に格納されている座標データに基づいてタンクキャップ開閉ツールを車輌のタンクキャップ１１３に移動させる（図１６ ステップ チ）。グリップ６７がタンクキャップ１１３に弾接した時点で、エアモータ６１にエア・負圧供給手段１０８からエアを供給してグリップ６７を所定角度だけ正転させる（図１６ ステップ リ）。グリップ６７とエアモータ６１は、軸６５、長孔６６、及びバネ６８により構成される自在継ぎ手により揺動可能な状態で接続されているから、グリップ６７はタンクキャップ１１３の把持部をその叉６７ａに進入させる。
【００３５】
所定角度回転した時点で（図１６ ステップ ヌ）、回転を停止し、ついで後退させてグリップ６７のねじれを除去する（図１７ ステップ ル）。所定位置に後退した時点で（図１６ ステップ オ）、再びグリップ６７を前進させ、エア・負圧供給手段１０８からバキュームを供給して開口６９にタンクキャップ１１３を吸着させる（図１６ ステップ ワ）。
【００３６】
この吸着により開口６９の負圧が上昇するため、バキュームスイッチ６９がオンとなり、グリップ６７が確実にタンクキャップ１１３を吸着したことが検出されるから、エアモータ６１にエアを供給してタンクキャップ１１３が開放される方向にグリップ６７を回動させ、同時にタンクキャップ１１３のネジピッチに合わせて後退してタンクキャップ１１３を車輌６から外す（図１６ ステップ カ）。
【００３７】
所定回転数だけ回転した段階で（図１６ ステップ ヨ）、回転を停止してさらに後退する（図１６ ステップ タ）。燃料注入口ドア１１１に接触しない位置まで後退した時点で（図１６ ステップ レ）、ストッカ４から給油口１１２まで移動した軌跡データを基にストッカ４の収納部２０に移動して（図１６ ステップ ソ）タンクキャップ１１３を吸着、保持した状態でタンクキャップ開閉ツールを所定位置に挿入する（図１６ ステップ ツ）。
【００３８】
タンクキャップ開閉ツールが所定位置まで挿入されると、収納部２０とタンクキャップ開閉ツールとがロックされ、またチャック機構３１との把持が解除される（図１６ ステップ ネ）。この状態では、タンクキャップ１１３は、収納部２０に所定の位置に位置決めされ、かつグリップ６７と所定の位置関係を保持した状態で保管される。
【００３９】
タンクキャップ１１３の開放が確認されると（図１７ ステップ イ）、ロボット７は、適合油種の給油ノズルが収納されているストッカ４の収納部、例えば収納部１６に移動し、給油開始時に入力された油種に対応する給油ノズルに移動し（図１７ ステップ ロ、ハ）、給油ノズルにチャック機構３１を装着する。これにより、ストッカ４と給油ノズルとのロックが解除されて取出しが可能となる（図１７ ステップ ニ）。
【００４０】
ロボット７は、記憶手段１０６に格納されている給油口１１２の座標、給油管１１４の傾きデータに基づいて給油ノズル３の筒先部８５を給油口１１２に、検出された給油口１１２の伸びる方向に可及的に平行に装入する（図１７ ステップ ホ）。この過程で、給油ノズル３に接続されたホース１０は、給油ユニット２のホース９に接続するジョイント１３が前進し、ホース１０の上端がストッカ４の収納部から可及的に離れた位置に移動する（図２におけるホース１０’の状態）。
【００４１】
これにより、車輌の位置に関わり無くロボット７は、他のホース１０に邪魔されることなく給油ノズルを自由に移動させることができる。なお、ホース１０をスムーズに前進させるには、エアシリンダ１１５等の駆動手段を天板１１に設け、ジョイント１３を強制的に移動させるのが望ましい。
【００４２】
供給穴１１２への挿入が開始されると、給油ノズル筒先部８５は、保護部材９８の球面により給油口１１２を滑って給油管１１４に進入する。進入の過程で筒先部８５が車輌の給油管１１４に接触して外力が作用すると、弾性部材９６が弾性変形して給油口１１２や給油管１１４に倣うようにガイドされる。これにより、ロボット７に対して精密な動作を必要とすることなく、給油ノズル３を確実に給油口１１２から給油管１１４に挿入することができる。
【００４３】
さらに給油ノズル３が移動してガイド部材９２がバネ９３の力に抗して後退し、２つの挿入センサーを構成するスイッチ９４からそれぞれ信号が出力し、規定位置まで挿入されたことが検出される（図１７ ステップ ヘ）。この信号を受けて制御ユニット８は給油ユニット２を作動させる。なお、挿入センサーを構成するスイッチ９４の１つでも信号が出力しない場合には、先端アーム２６を若干移動させて、給油ノズルを確実に給油口に挿入し直す。
【００４４】
ついで、給油ノズル筒先部８５の開口８９ａからベーパを吸引して油種判定手段１０３により油種を確認し（図１７ ステップ ト）、一致が確認できない場合には警報を発する（図１７ ステップ チ）。油種の一致が確認できた場合には給油ユニット２の給油ポンプを作動させ、またエア・負圧供給手段１０８からエアを供給してエアシリンダ８７を作動させて主弁８３を開放する（図１８ ステップ イ）。
【００４５】
給油が開始されると、給油量が設定された給油量に到達したか（図１８ ステップ ロ）、または満タンまで給油が進んだか（図１８ ステップ ハ）を常時監視しつつ、さらに挿入センサーを構成するスイッチ９４からの信号をも監視する（図１８ ステップ ニ）。給油量が設定量に到達した場合には、給油ポンプ及びエアシリンダ８７を停止させて主弁８３を閉弁して給油を終了する（図１８ステップ ホ）。
【００４６】
また満タンが検出された場合には（図１８ ステップ ハ）自動閉弁機構９７が作動して主弁８３が閉弁し、前述のステップ（ホ）の過程を経て給油動作を終了する。
【００４７】
給油動作が終了すると、ストッカ４の収納部１６から給油口１１２まで移動した軌跡データを基にストッカ４の収納部１６に移動して（図１８ ステップ ヘ）給油ノズルを所定位置に挿入する（図１８ ステップ ト）。また、ホース１０は、ジョイント１３に作用する錘の力とエアシリンダ１１５からの変位を受けて奥側に後退し、他の給油ノズルやツールの取出しに障害とならない位置に戻される。給油ノズルが所定位置まで挿入されると、収納部１６と給油ノズルとがロックされ、またチャック機構３１との把持が解除される（図１８ ステップ チ）。
【００４８】
一方、給油の途中で挿入センサーのスイッチ９４の１からでも信号が途絶えると（図１８ ステップ ニ）、給油ポンプ及びエアシリンダ８７とを停止させて送液を強制的に停止し、同時に警報を発する（図１８ ステップ リ）。これにより、給油ノズル３が給油口１１２からの抜け出すのを未然に検出することができる。
【００４９】
また、自動閉弁機構９７の不調や故障により燃料が、車輌の燃料タンクから溢れる寸前まで上昇すると、液センサー９５の１つからでも液検出信号が出力された場合には、前述のステップ（リ）の過程を経て給油動作を停止する。
【００５０】
給油動作が終了すると（図１９ ステップ イ）、前述のタンクキャップ開閉動作と同様にロボット７は、ストッカ４のタンクキャップ開閉ツールの収納部２０に移動し（図１９ ステップ ロ、ハ）、タンクキャップ開閉ツールにチャック機構３１を装着する。これにより、ストッカ４の収納部２０とタンクキャップ開閉ツールとのロックが解除され（図１９ ステップ ニ）、タンクキャップ１１３を開口６９のバキュームにより保持した状態でグリップ６７の取出しが可能となる。
【００５１】
ロボット７は、記憶手段１０６に格納されている給油口１１２の座標データに基づいてタンクキャップ開閉ツールを移動させ（図１９ ステップ ホ、ヘ）、グリップ６７に保持されているタンクキャップ１１３を給油口１１２に弾接させ（図１９ ステップ ト）、この状態でエアモータ６１にエア・負圧供給手段１０８のエアを供給してタンクキャップ１１３をねじ込む方向にグリップ６７を所定数回転させる（図１９ ステップ チ）。所定回転数だけ回転してねじ込みが終了した時点で回転を停止し、バキュームの供給を停止し、グリップ６７を後退させる（図１９ ステップ リ）。
【００５２】
グリップ６７が燃料注入口ドア１１１に接触しない位置まで後退した時点で（図１９ ステップ ヌ）、後退を停止してストッカ４から給油口１１２まで移動した軌跡データを基にストッカ４の収納部に移動して（図１９ ステップ ル）タンクキャップ開閉ツールを所定位置に挿入する。タンクキャップ開閉ツールが所定位置まで挿入されると（図１９ ステップ オ）、収納部２０とタンクキャップ開閉ツールとがロックされ、またチャック機構３１との把持が解除される（図１９ ステップ ワ）。
【００５３】
タンクキャップ１１３の取付けが終了した段階で（図２０ ステップ イ）、ロボット７は、ストッカ４の燃料注入口ドア開閉ツールの収納部１６に移動し（図２０ ステップ ロ、ハ）、燃料注入口ドア開閉ツールにチャック機構３１を装着し、ストッカ４と燃料注入口ドア開閉ツールとのロックが解除されて取出す（図２０ ステップ ニ）。ロボット７は、記憶手段１０６に格納されている座標データに基づいて燃料注入口ドア１１１の表側に対向する位置に移動する（図２０ ステップ ホ、ヘ）。
【００５４】
そこから燃料注入口ドア１１１を閉める方向に水平に移動して蛇腹４３により燃料注入口ドア１１１を押圧（図２０ ステップ ト）。所定距離の移動後に停止して、今度は車両方向に前進する（図２０ ステップ チ）。これにより大きく開いていた燃料注入口ドア１１１がある程度まで閉められ、最後に押し込まれて完全に閉じられ、同時に車輌にロックする（図２０ ステップ リ）。
【００５５】
所定距離だけ前進した時点で（図２０ ステップ ヌ）、前進を停止し、ストッカ４から給油口１１２まで移動した軌跡データを基にストッカ４の収納部１９に移動する（図２０ ステップ ル）。燃料注入口ドア開閉ツールが所定位置に挿入されると（図２０ ステップ オ）、収納部１９と燃料注入口ドア開閉ツールとがロックされ、またチャック機構３１との把持が解除される（図２０ ステップ ワ）。
【００５６】
なお、上述の実施例においては、燃料注入口ドア開閉ツール、タンクキャップ開閉ツール、及び給油ノズルをそれぞれ別体として構成したが、エアモータ等の駆動手段により回動する基台に一体に設け、ロボット７のアーム上で、所要の作業に応じて切替るようにしてもよい。これによれば、ストッカと車輌との間の移動を可及的に少なくして作業の高速化を図ることができる。
【００５７】
また、上述の実施例においては、撮像手段により得た燃料注入口ドアや給油口の画像によりツールの位置決めを制御する場合について説明したが、トランスポンダ等の位置表示手段を設けた車輌の燃料供給蓋やタンクキャップの開閉に適用できることは明らかである。
さらに、上述の実施例においては、ロボットが燃料注入口ドアや給油キャップを自動的に開閉する機能を備えているが、給油ノズルだけを取り扱うロボットの給油ノズルや、また給油作業に不慣れなセルフ給油者用のものとして使用できることも明らかである。
【００５８】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、筒先部と車輌の給油口との位置に若干のズレが存在しても、弾性部材が変形し、また筒先部先端の半球状の保護部材により車輌に大きな外力を与えることなく筒先部をスムーズに移動させることができ、汎用ロボットの位置決め精度でも安全、確実に給油ノズルを車輌の給油口に挿入することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の給油ノズルが適用されたロボット給油装置の一実施例を示す図である。
【図２】 ツールストッカの一実施例を示す断面図である。
【図３】 ツールストッカの一実施例を示す正面図である。
【図４】 ロボットの一実施例を示す図である。
【図５】 ロボットの一実施例を示す上面図である。
【図６】 図（イ）乃至（ハ）は、それぞれ燃料注入口ドア開閉用ツールの一実施例を示す上面図、正面図、及び側面図である。
【図７】 図（イ）（ロ）は、それぞれタンクキャップ開閉用ツールの一実施例を示す上面図、及び正面図である。
【図８】 図（イ）、（ロ）は、それぞれ同上タンクキャップ開閉用ツールの一実施例を示す側面図である。
【図９】 本発明が特徴とする給油ノズルの一実施例を示す断面図である。
【図１０】 図（イ）、（ロ）は、それぞれ同上給油ノズルの筒先部と胴部との境界の構造を示す正面図と断面図である。
【図１１】 同上給油ノズルと基台との取付け構造の他の実施例を示す図である。
【図１２】 同上装置の制御手段を示すブロック図である。
【図１３】 燃料注入口ドアの中心を判定する工程を説明する図である。
【図１４】 図（イ）、（ロ）は、それぞれ給油口に対する撮像手段の角度と、撮影された給油口の形状との関係を示す図である。
【図１５】 同上装置により燃料注入口ドアを開放する動作を示すフローチャートである。
【図１６】 同上装置によりタンクキャップを開放する動作を示すフローチャートである。
【図１７】 同上装置により給油ノズルを挿入する工程を示すフローチャートである。
【図１８】 挿入された給油ノズルによる給油動作、及び給油ノズルの収納動作を示すフローチャートである。
【図１９】 同上装置によりタンクキャップを取る付ける動作を示すフローチャートである。
【図２０】 同上装置により燃料注入口ドアを閉める動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ アイランド
２ 給油ユニット
３ 給油ノズル
４ ツールストッカ
５ アーム
６ 車輌
７ ロボット
８ 制御ユニット
９、１０ ホース
３０ 撮像手段
３１ チャック機構
４３ 蛇腹
４９ エアシリンダ
５０ バキュームスイッチ
６１ エアモータ
６７ グリップ
６９ バキュームスイッチ
８０ 基台
８１ 給油ノズル本体
８２ 給油レバー
８３ 主弁
８４ チャッキ弁
８５ 給油ノズル筒先部
８７ エアシリンダ
８８ スイッチ
９３ 磁石
９４ リードスイッチ
９７ 自動閉弁機構
９８ 保護部材
１００ 測距手段
１１３ タンクキャップ
１１４ 給油管
１１５ エアシリンダ
Claims (5)
- 車輌の給油口に挿入されて給油を実行するロボット給油装置用給油ノズルにおいて、
液や気泡の検出により主弁を閉弁させる自動閉弁機構を筒胴部に備え、送液手段からの液を前記主弁を介して前記筒胴部に設けられた筒先部から吐出する給油ノズル本体を、把持手段により把持される基台に弾性部材を介して固定するとともに、前記筒先部の先端には中心部に通孔を備えた半球状の保護部材が取付けられているロボット給油装置用給油ノズル。 - 前記弾性部材が前記筒胴部の後端領域を支持している請求項１に記載のロボット給油装置用給油ノズル。
- 前記筒胴部の前記筒先部との境界に、前記筒胴部の先端を覆うように形成されたガイド部材が弾性部材により前記筒胴部と一定の間隔を形成するように弾性部材により付勢されて設けられ、また前記ガイド部材が所定の位置に後退したことを検出する複数の挿入検出センサーが設けられている請求項１に記載のロボット給油装置用給油ノズル。
- 前記ガイド部材の近傍に少なくとも１つの液検出センサーが配置されている請求項１に記載のロボット給油装置用給油ノズル。
- 前記基台に前記主弁を開弁する駆動機構が設けられている請求項１に記載のロボット給油装置用給油ノズル。
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