一種高危流體充裝機器人的製作方法

2023-05-16 22:56:06

本發明涉及石油化工裝備製造領域，具體涉及一種用於石油化工行業中對油罐車進行充裝的高危流體充裝機器人。

背景技術：

現有技術，市場上機器人的產品較多，應用範圍大致在汽車製造裝配、焊接、噴塗、餐飲、醫療等領域，但應用於石油化工企業的流體充裝還處於空白。

目前，石油化工企業的流體充裝一般採用人工充裝方式，其不僅作業強度大，危險性高，而且造成企業生產成本高、效益低下、安全性差，因此，其已不能滿足當今社會的高速發展。

技術實現要素：

本發明為了解決現有技術存在的上述技術問題，提供了一種可代替人工對油罐車進行液體充裝的高危流體充裝機器人。

為實現上述目的，本發明提供了一種高危流體充裝機器人，包括立柱，以及設置在立柱側面且可進行水平旋轉的機械臂組件，所述立柱與機械臂組件之間設有驅動機械臂組件沿水平方向旋轉的水平關節，所述機械臂組件包含多節依次相連的機械臂，以及設置在相鄰機械臂之間以驅動每節機械臂沿垂直方向旋轉的垂直關節，所述機械臂為用於連接各關節節點和輸送液體介質的鶴管，位於機械臂組件末端的機械臂為用於打開和關閉油罐車口蓋的機械手臂，所述機械手臂上固定設有用於壓緊和擰松油罐車口蓋的機械手，且所述機械手與所述機械手臂的夾角呈預設角度，所述機械手上設有用於對油罐車口蓋進行尋找和定位的攝像頭。

作為本發明的進一步優選技術方案，所述機械臂用於連接水平關節或垂直關節的端部固定設置有彎頭，相鄰的兩根機械臂之間，以及機械臂與立柱之間通過其固定設置有彎頭轉動相連。

作為本發明的進一步優選技術方案，所述機械臂的節數為三節。

作為本發明的進一步優選技術方案，所述垂直關節包括固定於機械臂上的第一馬達、連接在第一馬達上的減速機、設置在所述減速機的轉軸上的驅動輪，以及固定在與所述機械臂相鄰的另一機械臂上的從動輪，相鄰兩機械臂之間設有旋轉接頭，所述第一馬達的軸心線為水平設置，所述主動輪與從動輪相嚙合，通過第一馬達的旋轉以實現兩相鄰機械臂之間的垂直旋轉。

作為本發明的進一步優選技術方案，所述機械手包括連接臂、光源、第二馬達和機器爪，所述連接臂固定連接於機械手臂的側面，所述通過第二馬達固定在連接臂的端部，所述機器手為7字結構，且機器爪呈u型，第二馬達用於驅動機器手旋轉，以實現鎖緊油罐車口蓋，所述光源設置於連接臂上且位於攝像頭的前側，用於攝像頭補光和夜間照明。

作為本發明的進一步優選技術方案，所述第一馬達和第二馬達均為伺服馬達。

作為本發明的進一步優選技術方案，所述高危流體充裝機器人還包括控制系統，所述控制系統分別與第一馬達、第二馬達、攝像頭和光源電性相連。

本發明的高危流體充裝機器人可以達到如下有益效果：

1）採用全自動控制代替人工對油罐車進行液體充裝，不僅提高了生產效益，減輕了勞動強度，而且防止人為安全事故的發生；

2）採用非接觸式視覺定位技術，從而保證了定位的精度，且對於觀測者與被觀測者都不會產生任何損傷，從而提高系統的可靠；

3）攝像頭具有較寬的光譜響應範圍，例如使用人眼看不見的紅外測量，擴展了人眼的視覺範圍；

4）長時間穩定工作，人類難以長時間對同一對象進行觀察，而機器視覺則可以長時間地作測量、分析和識別任務等優點；

5）多關節的機械臂組件和機器手相結合的結構，運動靈活，使用方便。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

圖1為本發明高危流體充裝機器人提供的一實例的結構示意圖；

圖2為本發明高危流體充裝機器人的垂直關節的結構示意圖；

圖3為本發明高危流體充裝機器人的機械手的結構示意圖。

圖中：1、立杆，2、水平關節，3、機械臂，4、垂直關節，41、從動輪，42、旋轉接頭，43、主動輪，44、減速機，45、第一馬達，5、機械手臂，6、機械臂，61、攝像頭，62、光源，63、連接臂，64、第二馬達，65、機器爪。

本發明目的實現、功能特點及優點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。

具體實施方式

下面將結合附圖以及具體實施方式，對本發明做進一步描述。較佳實施例中所引用的如「上」、「下」、「左」、「右」、「中間」及「一」等用語，僅為便於敘述的明了，而非用以限定本發明可實施的範圍，其相對關係的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施的範疇。

圖1為本發明高危流體充裝機器人提供的一實例的結構示意圖，圖2為本發明高危流體充裝機器人的垂直關節的結構示意圖，圖3為本發明高危流體充裝機器人的機械手的結構示意圖，如圖1至圖3所示，高危流體充裝機器人包括立柱，以及設置在立柱側面且可進行水平旋轉的機械臂3組件，所述立柱與機械臂3組件之間設有驅動機械臂3組件沿水平方向旋轉的水平關節2，所述機械臂3組件包含多節依次相連的機械臂3，以及設置在相鄰機械臂3之間以驅動每節機械臂3沿垂直方向旋轉的垂直關節4，所述機械臂3為用於連接各關節節點和輸送液體介質的鶴管，位於機械臂3組件末端的機械臂3為用於打開和關閉油罐車口蓋的機械手臂5，所述機械手臂5上固定設有用於壓緊和擰松油罐車口蓋的機械手6，且所述機械手6與所述機械手臂5的夾角呈預設角度，所述機械手6上設有用於對油罐車口蓋進行尋找和定位的攝像頭61。所述預設角度可由設計人員根據具體需求設定，如其可為60度、90度等。

具體實施中，所述機械臂3用於連接水平關節2或垂直關節4的端部固定設置有彎頭，相鄰的兩根機械臂3之間，以及機械臂3與立柱之間通過其固定設置有彎頭轉動相連。

具體實施中，所述機械臂3的節數為三節，當然根據實際生產需求，機械臂3的節數還可以是其他數量，如兩節或四節。所述垂直關節4包括固定於機械臂3上的第一馬達45、連接在第一馬達45上的減速機44、設置在所述減速機44的轉軸上的驅動輪，以及固定在與所述機械臂3相鄰的另一機械臂3上的從動輪41，相鄰兩機械臂3之間設有旋轉接頭42，所述第一馬達45的軸心線為水平設置，所述主動輪43與從動輪41相嚙合，通過第一馬達45的旋轉以實現兩相鄰機械臂3之間的垂直旋轉。

具體實施中，所述機械手6包括連接臂63、光源62、第二馬達64和機器爪65，所述連接臂63固定連接於機械手臂5的側面，所述機器爪65通過第二馬達64固定在連接臂63的端部，所述機器手為7字結構，且機器爪65呈u型，第二馬達64用於驅動機器手旋轉，以實現鎖緊油罐車口蓋，所述光源62設置於連接臂63上且位於攝像頭61的前側，用於攝像頭61補光和夜間照明。

具體實施中，所述第一馬達45和第二馬達64均為伺服馬達，採用先進的伺服馬達及相關驅動技術，保證了機械臂3組件運動的穩定性和可靠性，相比液壓驅動，還節省了設計和生產成本。

具體實施中，所述高危流體充裝機器人還包括控制系統，所述控制系統分別與第一馬達45、第二馬達64、攝像頭61和光源62電性相連。

為了讓本領域的技術人員更好地理解並實現本發明的技術方案，下面詳述本實施例的工作原理，下面所有實例均以三節機械臂3為例。

打開充裝口蓋的操作：

1）控制系統接到開蓋指令，先控制水平關節2朝預定方向旋轉，帶動整個機械臂3組件水平旋轉移動，使機械手臂5朝油罐車充裝口位置移動；

2）當機械手臂5到達預定位置將自動停止，以為後續工作做準備；

3）接下來控制系統起動垂直關節4上的第一馬達45，使機械手臂5反時針旋轉90度，同時垂直關節4配合調整高度，使機械手6垂直朝下，並通過攝像頭61對油罐車充裝口蓋進行攝像，定位，以尋找油罐車充裝口蓋上的鎖杆；

4）找到油罐車充裝口蓋上的鎖杆後，控制系統控第二馬達64反時針旋轉90度，其旋轉帶動機器爪65旋轉，以鬆開鎖杆，此時油罐車充裝口蓋鬆動；

5）然後控制系統控制垂直關節4的第一馬達45旋轉，使機器手順時針方向旋轉90度，讓機器手臂垂直朝下，在攝像頭61視覺定位的控制下尋找到油罐車充裝口的蓋臂。

6）控制系統將控制水平關節2向收臂方向旋轉90度，機器手臂推動油罐車充裝口的蓋臂，此時油罐車充裝口蓋被打開。

充裝作業：

油罐車充裝口蓋被打開後，控制系統將通過水平關節2使機械臂3組件向充裝口方向移動90度，然後在各關節的垂直關節4配合下，將開關充裝口蓋臂插入充裝口內，以對石油化工行業中的液體化工進行充裝。

關蓋動作：

1）當充裝完成後，即本發明的機器人得到關蓋指令後，控制系統控制連接機械手臂5的垂直關節4旋轉，使機械手臂5提起，再通過攝像定位後，推動油罐車充裝口的蓋臂將充裝口關閉；

2）然後機器人的控制系統控制其它垂直關節4，將機器手臂反時針旋轉90度，使機器爪65朝下，再通過攝像頭61的定位，找到鎖杆

3）第二馬達64旋轉，使機器手爪將油罐車充裝口蓋的鎖杆順時針旋轉90度，此時充裝口與蓋壓緊，完成關閉過程。

復位收回動作：

1）關閉油罐車充裝口蓋後，控制系統控制垂直關節4，使機器手臂順時針旋轉90度，回到原始位置，即使機器手臂朝下，機器手爪朝前。

2）然後水平關節2旋轉，收回機器臂至原始位置，等待下一次的動作。

雖然以上描述了本發明的具體實施方式，但是本領域熟練技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，可以對本實施方式做出多種變更或修改，而不背離本發明的原理和實質，本發明的保護範圍僅由所附權利要求書限定。