一种用于加油站的加油机器人及自动加油的操控方法与流程

本发明涉及一种用于加油站的加油机器人及自动加油的操控方法。

背景技术：

在这一个自动化与智能化发展迅猛的时代，机器人替代人类操作简单而重复的工作已成为一种趋势。加油站中的汽车加油操作是一种简单而重复的加油工作，属于劳动密集型的一种。目前大部分加油站的加油值班工作是24小时，还是采用人工操作，在劳动成本昂贵的今天，研发出一种智能全自动加油的机器人是一种社会需求。

目前实验室在研究或应用中的加油机器人的操作仍然是以模仿人类行为动作为主，操作着现有的加油设备和汽车油箱盖，受限于技术水平、环境影响，稳定性不高；缺乏对加油过程的本质动作研究，这种研发是封闭落后的。现有的加油机器人存在如下不足：

1)目前影响自动加油的难点在于：汽车油箱内盖的开与关、加油枪操作；汽车的外盖开启，虽然外盖五花八门，但开启操作简单、容易；汽车内盖，功能就是密闭，其开启、关闭设计时仅从人类操作方面考虑，不符合机器人加油的操作逻辑，如果用机械手去操作时费力且不稳定；

2)另是现行的加油枪是纯机械式，因模仿人手动作，导致应用于自动加油时显得笨重且低效，且结构复杂，制造成本高，不适合电器自动化时代进步的需求，需要改进。

3)还有一个机器人对应多支加油枪，每支加油枪对应一种油品，结构复杂，操作繁琐，整体性不强。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种用于加油站的加油机器人，解决现有技术中加油机器人结构复杂，制造成本高，操作繁琐的技术问题。

本发明的另一个目的是提供一种用于加油站的加油机器人自动加油的操控方法，操作简单容易，自动化程度高。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于加油站的加油机器人，其特征在于：它包括:

一支的加油枪，用于插装在汽车的油箱的加油口，向汽车进行加油；

多个油品输送通道，每个油品输送通道输送一种油品；

油品转换装置，多个油品输送通道的输出端连接油品转换装置，通过控制油品转换装置，实现其中的一个油品输送通道与加油枪的连接；

机械臂，用于自动打开油箱的油箱盖，并夹持加油枪，将加油枪的油枪嘴插入到油箱的加油口；

视觉识别系统，安装在机械臂上，用于识别分析车辆停泊位置信号及车辆油箱外盖位置信号，视觉识别系统将检测到的相关信号送到加油控制系统控制，以便加油控制系统做出判断；

加油设备安装柜，用于安装多个油品输送通道中的相关设备；

加油控制系统，用于直接或者间接控制油品转换装置、多个油品输送通道和机械臂工作。

上述的每个油品输送通道上都设置有一个电磁阀和计量泵，电磁阀的开启或者关闭受加油控制系统控制，计量泵的信号输出端连接到加油控制系统的输入端，每个油品输送通道的输入口连接一种油品存储容器。

上述油品转换装置包括伺服电机和油品转换阀门，伺服电机受加油控制系统控制，加油控制系统通过驱动伺服电机驱动油品转换阀转动，实现一个油品输送通道与加油枪的连接。

上述的油品转换阀门包括旋转盘和若干单向阀，旋转盘底端设置有若干进油孔分别与多个油品输送通道连接，旋转盘顶端设置一个出油口，该出油口通过油路与加油枪的连接，旋转盘上挖出若干连接管路使若干进油孔与出油口贯通，每个连接管路上安装有单向阀，单向阀受加油控制系统控制。

上述的加油枪前段设置吸气罩，吸气罩通过气管连接一个真空泵，吸气罩、气管和真空泵组成油气回收系统，真空泵、电磁阀和计量泵安装在加油设备安装柜里面。

上述的每个油品输送通道上还设置有滤芯，滤芯安装在加油设备安装柜里面。

上述的机械臂上安装油箱外盖打开机构，油箱外盖打开机构包括吸盘、弹性拉杆和吸盘驱动机构，弹性拉杆的顶部安装吸盘，弹性拉杆由驱动机构驱动，可以直线来回运动及旋转运动，吸盘驱动机构受加油控制系统控制。

上述的吸盘驱动机构包括齿条、齿轮和电机，弹性拉杆底部安装在齿条上，齿条和齿轮啮合，电机驱动齿轮转动，电机受加油控制系统控制。

上述的机械臂包括前臂、上臂和底座，并形成3轴自由度的机械臂，上臂与底座连接可绕底座360度转动，底座下面安装触摸显示屏，触摸显示屏与加油控制系统连接通信。

上述的机械臂安装在加油设备安装柜的顶部，加油枪、油品转换装置及相关连接管路安装在机械臂里面。

一种用于加油站的加油机器人自动加油的操控方法，其特征在于：它的操作步骤如下：

步骤一：在加油车辆停靠于加油机器人旁边时，加油机器人视觉识别系统识别、分析车辆位置是否正确，并提示可以驻车、向前或向后等指令；加油机器人识别车辆油箱外盖的情况，并语音提示车主是否进行加油；

步骤二：车主可以通过手机的app软件程序或是机器人触摸屏等方式进行油品号、数量等加油信息设定，加油机器人在收到指令后语音提示准备开始加油；

步骤三：加油机器人按车主选定的油品号调整油品转换装置至对应的油品，机械臂移动至油箱外盖旁；

步骤四：油箱外盖打开机构动作，伸长弹性拉杆，吸盘直接顶压油箱外盖，吸住并向右转动至能全面暴露油箱内盖；

步骤五：加油机器人近距离的识别油箱内盖的结构，分析并判断是否可以直接插枪加油；如果不是自动闭口装置的加油内盖时加油机器人提示车主下车开盖，并分析是否符合自动加油条件；如果是自动闭口装置的加油内盖时，加油机器人伸长机械臂夹持油枪进入内盖导流口，顶开自动闭口装置，当油枪嘴进入油箱开口时磁环磁力开启位移开关，启动加油流程；

步骤六：加油机器人接到启动加油信息，加油电磁阀动作，启动加油，当加油液面漫过油枪嘴时，导气管的防溢油气路口被堵住，空气室出现负压，隔膜移动触发磁控开关断开并向加油控制系统发出信号，加油控制系统控制加油电磁阀开启慢速加油，如磁控开关再次动作加油控制系统控制加油电磁阀关闭，时停止加油，此时系统设定为油箱已加满。

步骤七：加油机器人启动退出程序，退出机械臂和加油枪，启动油箱外盖的关闭操作，弹性拉杆向左转动使油箱外盖与车身平并顶压；视觉识别系统观察外盖边缘是否与车身平整，如果外盖边缘与车身平整则关盖成功；如果油箱外盖与车身不平整，需再次顶压或是报警提醒。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、采用单油枪+多油品电磁式转换控制的方式，采用磁控开关、位移开关等控制加油电磁阀，省缺了操作加油枪的一切加油操作机械机构；适合设备信息化的应用，准确率高，操作简便，且轻便、结构简单，制造成本低。

2、采用单油枪多油品转换装置，通过司服电机控制多通道油品转换阀转换加注油品，实现单一油枪嘴随时多油品转换加注能力。其结构简单且设备集成化，一枪多油品，大幅减少油枪配置，简化结构，降低成本。在不同油品加注时，不需要机器臂更换油枪操作等动作，操作简单，自动化程度高。

3、采用专用免开盖的油箱内盖配合机器人加油，简单快捷；机器人打开车辆外盖后，机器人就可将油枪直接插入油箱口顶开自动闭口装置加油，动作简单，省时快捷；避免目前市面在研究的机械臂打开油箱内盖的动作是模仿人类操作，存在着结构复杂、操作时长、失误率高等缺点。

4、采用油枪、油品管线与机械臂一体化设计，外观简洁，操作准确稳定；机械臂立于加油机设备箱之上，360度旋转设计，外观生动，作业范围大等特点，可对四周范围内的车辆进行加油。

5、采用位移开关结合智能视觉识别系统，当油枪离开油箱口时自动停止加油。油枪离开特定的位置时能及时的关闭阀门停止加油，降低风险。

6、油箱内盖自动闭口装置设计理念先进、易于机器识别；加油时操作方便简单，无须开盖也不会丢盖；目前欧美等豪车开始采用内盖自闭式，也是油箱内盖发展的一种趋势，与自动化加油同向，因此加油操作非常简单。

7、后台计算机使用智能信息交互系统，可实现无人值守、无须下车等加油场境；输入端有手机app、机器人触摸显示屏、后台操作等，支付方式有银联、微信、闪付等形式，方便快捷。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的加油机器人电路方框图；

图2为本发明实施例一提供的加油机器人的主视图；

图3为本发明实施例一提供的加油机器人的俯视图；

图4为本发明实施例一提供的加油机器人的侧视图；

图5为本发明实施例一提供的油枪的结构示意图；

图6为本发明实施例一提供的油品转换阀门的俯视图；

图7为本发明实施例一提供的油品转换阀门的仰视图；

图8是本发明实施例一提供的油箱外盖打开机构的结构示意图；

图9是图8中摆动机构的示意图；

图10是目前安装在油箱口的油箱盖的结构示意图；

图11是目前油箱内盖的结构示意图；

图12是图11的右视图；

图13为本发明实施例二提供的加油机器人电路方框图；

图14为本发明实施例二提供的加油机器人的主视图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图1至图7所示，本发明一种用于加油站的加油机器人，其特征在于：它包括:

一支的加油枪1，用于插装在汽车的油箱的加油口，向汽车进行加油；

多个油品输送通道2，每个油品输送通道输送一种油品；

油品转换装置3，多个油品输送通道2的输出端连接油品转换装置3，通过控制油品转换装置3，实现其中的一个油品输送通道2与加油枪1的连接；

机械臂4，用于自动打开油箱的油箱盖，并夹持加油枪1，将加油枪1的油枪嘴10插入到油箱的加油口；

视觉识别系统5，安装在机械臂4上，用于识别分析车辆停泊位置信号及车辆油箱外盖位置信号，视觉识别系统5将检测到的相关信号送到加油控制系统控制，以便加油控制系统做出判断；视觉识别系统5安装于机械臂4上，跟随机械臂4转动，有更大的应用适应能力，更精准的环境识别能力。视觉识别系统5包括光电装置，光电装置感知车辆停靠位置，启动视觉识别系统5，采用结构光等方式扫描和测距，分析车辆位置及油箱外盖情况。

加油设备安装柜6，用于安装多个油品输送通道2中的相关设备；

加油控制系统，用于直接或者间接控制油品转换装置3、多个油品输送通道2和机械臂4工作。

本发明使用电磁阀控制加油，替代机械式控制，可以简化结构，降低成本。

上述的每个油品输送通道2上都设置有一个电磁阀21和计量泵22，电磁阀21的开启或者关闭受加油控制系统控制，计量泵22的信号输出端连接到加油控制系统的输入端，每个油品输送通道2的输入口连接一种油品存储容器7，图2中油品存储容器7有2个，分别存储95#汽油和92#汽油。本发明采用电磁控制式的加油枪，省却一切复杂的机械结构，适合设备信息化的应用，准确率高，轻便且简单。

上述的油品转换装置3包括伺服电机31和油品转换阀门32，伺服电机31受加油控制系统控制，加油控制系统通过驱动伺服电机31驱动油品转换阀32转动，实现一个油品输送通道2与加油枪1的连接。油品转换阀门32包括旋转盘321和若干单向阀322，旋转盘321底端设置有若干进油孔3211分别与多个油品输送通道2连接，旋转盘321顶端设置一个出油口3212，该出油口321通过油路与加油枪1的连接，旋转盘321上挖出若干连接管路使若干进油孔与出油口贯通，每个连接管路上安装有单向阀，单向阀受加油控制系统控制。油枪嘴10的尾部通过油路110与旋转盘321顶端的一个出油口3212连通。油品转换阀门32设置低压单向阀实现防漏功能。

本发明采用单油枪多油品的油品转换装置3，通过司服电机控制油品转换装置3转换加注油品，实现单一油枪随时匹配多油品转换加注能力。其结构简单且设备集成化，一枪多油品，大幅减少油枪配置。在不同油品加注时，不需要机器臂4更换油枪操作等动作，可以简化加油操作。加油枪1内置负压平衡装置，防止热胀冷缩引起的渗漏。

上述的加油枪前段设置吸气罩11，吸气罩11通过气管12连接一个真空泵13，吸气罩11、气管12和真空泵13组成油气回收系统，真空泵13、电磁阀21和计量泵22安装在加油设备安装柜里面。电磁阀21受加油控制系统控制打开或者关闭。

上述的每个油品输送通道上还设置有滤芯23，滤芯23安装在加油设备安装柜6里面。

如图8所示，上述的机械臂4上安装油箱外盖打开机构9，油箱外盖打开机构9包括吸盘91、弹性拉杆92和吸盘驱动机构，弹性拉杆92的顶部安装吸盘91，弹性拉杆92由驱动机构驱动，可以直线来回运动及旋转运动，吸盘驱动机构受加油控制系统控制，上述的吸盘驱动机构包括齿条93、齿轮94和电机95，弹性拉杆92底部安装在齿条93上，齿条93和齿轮94啮合，电机95驱动齿轮94转动，电机95受加油控制系统控制，弹性拉杆92底部伸出有前脚97和后脚96，前脚97底部设置圆孔971，齿条93顶部凸出的销轴931插入到圆孔971里面，使弹性拉杆92可以绕销轴931转动，后脚96连接一摆动机构，摆动机构可以驱动弹性拉杆92尾部摆动，如图9所示，后脚96的b点可以来回摆动，摆动机构包括摆杆101、安装在摆杆上滑块102和曲柄103，在c点连接一个步进电机的输出轴带动曲柄103转动，曲柄103的另一端铰接在滑块102上，滑块102带动摆杆101摆动。其中齿条93、齿轮94和电机95安装在机械臂4的前臂41里面。开启油箱外盖，机器人手臂上方安装有独立的开盖机构，采用吸盘弹簧拉杆式，吸盘吸住油箱外盖时并顶压，弹簧拉杆后缩并转动，拽住吸盘转动外盖，实现开盖或者关盖。视觉识别系统成像分析油箱内盖是否专用加油盖或是免开盖加油的油箱内盖。符合条件的直接伸枪加油，位移开关连接后启动加油。

上述的机械臂包括前臂41、上臂42和底座43，并形成3轴自由度的机械臂，上臂42与底座43连接可绕底座360度转动，底座43下面安装触摸显示屏8，触摸显示屏8与加油控制系统连接通信。

上述的机械臂安装在加油设备安装柜6的顶部，加油枪1、油品转换装置3及相关连接管路110安装在机械臂4里面。采用油枪、油品管线与机械臂一体化设计，外观简洁，操作准确稳定；机械臂立于加油机设备箱之上，360度旋转设计，外观生动，作业范围大等特点，可对四周范围内的车辆进行加油，节约成本，结构简单。

上述的加油控制系统与后台计算机连接，后台计算机使用智能信息交互系统，可实现无人值守、无须下车等加油场境；用户输入端有手机app、机器人触摸显示屏、后台操作等，支付方式有银联、微信、闪付等形式，方便快捷。触摸显示屏可以方便加油客户手工输入选定的油品号调整油品转换装置至对应的油品。触摸显示屏8也可以显示相关的信息方便加油客户知道。

上述的加油控制系统还连接语音提示系统，在加油车辆停靠于加油机器人旁边时，加油机器人视觉识别系统5识别、分析车辆位置是否正确，并利用语音提示系统提示可以驻车、向前或向后等指令；加油机器人识别车辆油箱外盖的情况，并利用语音提示系统提示车主是否进行加油；在加油完毕后，加油控制系统控制语音提示系统发出提示。

上述的油枪嘴10里面设置导气管15，导气管15与空气室16连通，空气室16里面设置隔膜17，空气室16底部安装磁控开关18用来感应隔膜17的波动，当油箱加油完毕，但油面超过油枪嘴10里面导气管15的防溢油气路口时，空气室16出现负压，隔膜17移动触发磁控开关18断开实现停止加油，磁控开关18的输出信号送到加油控制系统。图1所述的防溢油开关是指磁控开关18。使用负压式联动磁控开关18，防止溢油；但油面超过枪嘴防溢油气路口时，空气室出现负压，隔膜移动，磁控开关断开实现停止加油。

导气管15前段设置位移开关19，油枪嘴10里面设置导气管15，导气管15与空气室16连通，空气室16里面设置隔膜17，空气室16底部安装磁控开关18；工作时，加油机器人伸长机械臂4夹持油枪1进入油箱内盖2a导流口1a，油枪嘴10顶开自动闭口装置6a，当油枪嘴10进入油箱的加油口时磁环磁力开启磁控开关18或是位移开关19，磁控开关18或是位移开关19向加油控制系统发出信号，启动加油流程；加油机器人接到启动加油信息，加油控制系统控制电磁阀21动作，当加油液面漫过油枪嘴10时，导气管15的防溢油气路口被堵住，空气室16出现负压，隔膜17移动触发磁控开关18断开并向加油控制系统发出信号，加油控制系统关闭电磁阀21实现停止加油，此时系统设定为油箱已加满。采用位移开关19结合智能视觉识别系统5，当油枪1离开油箱加油口时自动停止加油。油枪1离开特定的位置时能及时的关闭电磁阀停止加油，降低风险。

如图10、图11和图12所示，它是汽车油箱的加油口的油箱盖的结构示意图，包括外盖3a、内盖2a、导流口1a、磁环磁力发生装置5a和安装在外盖3a上锁扣装置4a。如图10、图11所示，导流口1a呈漏斗形，导流口1a底部安装自动闭口装置6a，工作时，加油机器人伸长机械臂4夹持油枪1进入油箱内盖2a导流口1a，油枪嘴10顶开自动闭口装置6a，当油枪嘴10进入油箱的加油口时磁环磁力开启磁控开关18或是位移开关19。抽出油枪1，自动闭口装置6a自动关闭油箱的加油口。油箱内盖自动闭口装置设计理念先进、易于机器识别；加油时操作方便简单，无须像传统旋转开盖方式，也不会丢盖；目前欧美等豪车开始采用内盖自闭式，也是油箱内盖发展的一种趋势，与自动化加油同向。本发明采用专用免开盖的油箱内盖配合加油机器人加油，简单快捷；加油机器人打开车辆外盖后，机器人就可将油枪直接插入油箱口顶开内盖的自动闭口装置加油，省时快捷；目前市面在研究的机械臂打开油箱内盖的动作是模仿人类操作，需要旋转拧开内盖，存在着结构复杂、操作时长、失误率高等缺点。油箱内盖2a导流口1a外边使用特殊材料，便于机器人寻迹、定位，提升机器人的加油准确率。采用油箱盖座与自动闭口装置分离的设计；自动闭口装置标准化设计，适用于免开盖的机器人自动加油或是人工加油；油箱盖座可依据不同品牌、型号定制，组合使用适配各种车型。使用敞开导流口加自动闭口装置；当油枪伸入导流口时顶开自动闭口装置，油枪进入油箱口实现加油；当加完油时油枪退出油箱，自动闭口装置密封油箱口，恢复油箱的密闭功能。

磁环磁力发生装置5a是内置在油箱加油口的磁环，当加油机器人的油枪嘴进入导流口时，磁环磁力发生装置5a开启磁控开关或是位移开关，实现启动加油流程。自动闭口装置6a，内置有呼吸阀，实现油箱内压力过大或个小时能进行气压平衡，避免压差过大造成的油箱损害。

使用位移开关配合专用油箱内盖，实现加油的开启和关闭的自动化，可以简化加油操作。

实施例二：

本实施例是在实施例一的基础上的改良,改良点:如图13、图14所示，多个油品输送通道2设置有3个，分别为90#汽油输送通道2、92#汽油输送通道2和95#汽油输送通道2。

实施例三：

本实施例使用的加油机器人是实施例一或者实施例二的加油机器人。

其具体操作方法如下：

一种用于加油站的加油机器人自动加油的操控方法，其特征在于：它的操作步骤如下：

步骤一：在加油车辆停靠于加油机器人旁边时，加油机器人视觉识别系统识别、分析车辆位置是否正确，并提示可以驻车、向前或向后等指令；加油机器人识别车辆油箱外盖的情况，并语音提示车主是否进行加油；

步骤二：车主可以通过手机的app软件程序或是机器人触摸屏等方式进行油品号、数量等加油信息设定，加油机器人在收到指令后语音提示准备开始加油；

步骤三：加油机器人按车主选定的油品号调整油品转换装置至对应的油品，机械臂移动至油箱外盖旁；

步骤四：油箱外盖打开机构动作，伸长弹性拉杆，吸盘直接顶压油箱外盖，吸住并向右转动至能全面暴露油箱内盖；

步骤五：加油机器人近距离的识别油箱内盖的结构，分析并判断是否可以直接插枪加油；如果不是自动闭口装置的加油内盖时加油机器人提示车主下车开盖，并分析是否符合自动加油条件；如果是自动闭口装置的加油内盖时，加油机器人伸长机械臂夹持油枪进入内盖导流口，顶开自动闭口装置，当油枪嘴进入油箱开口时磁环磁力开启位移开关，启动加油流程；

步骤六：加油机器人接到启动加油信息，加油电磁阀动作，启动加油，当加油液面漫过油枪嘴时，导气管的防溢油气路口被堵住，空气室出现负压，隔膜移动触发磁控开关断开并向加油控制系统发出信号，加油控制系统控制加油电磁阀开启慢速加油，如磁控开关再次动作加油控制系统控制加油电磁阀关闭，时停止加油，此时系统设定为油箱已加满；

步骤七：加油机器人启动退出程序，退出机械臂和加油枪，启动油箱外盖的关闭操作，弹性拉杆向左转动使油箱外盖与车身平并顶压；视觉识别系统观察外盖边缘是否与车身平整，如果外盖边缘与车身平整则关盖成功；如果油箱外盖与车身不平整，需再次顶压或是报警提醒。

加油完毕后收回机械臂和加油枪，加油机器人内部启动负压平衡阀装置防止油品泄露。加油控制系统与后台计算机连接，后台计算机使用智能信息交互系统，智能信息交互系统扣款完成后，加油场境转为绿色，便于视觉识别系统5识别；加油机器人语音提示车主可安全离开，欢迎下次加油。加油机器人在开始加油时，加油场境为淡红色，便于视觉识别系统5识别。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。