一种加油机器人末端总成及加油机器人的制作方法

1.本技术涉及一种加油设备，尤其是涉及一种加油机器人末端总成及加油机器人。


背景技术：

2.加油站是指为汽车或其它机动车辆服务的、汽油或机油或润滑油的补充站。
3.相关技术中记载的加油站的加油方式一般是由人工进行，即在加油的过程中需要相关工作人员进行加油操作，包括掀开油箱外盖、旋开油箱内盖以及通过加油枪向油箱内部加油等操作步骤，一定程度上增加了工作人员的投入，且当工作人员远离加油站的工作岗位时，往往需要车主客户等待一段时间，延长了车主客户的加油时间。


技术实现要素：

4.为了减少加油站的工作人员投入，本技术提供一种加油机器人末端总成及加油机器人。
5.本技术提供的一种加油机器人末端总成采用如下的技术方案：
6.一种加油机器人末端总成，包括机架块，机架块上设置有用于掀开或扣合油箱外盖的外盖开合机构、用于旋拧油箱内盖的内盖旋拧机构、用于抓持油枪的油枪抓持机构。
7.通过采用上述技术方案，可将加油机器人末端总成与相应的机械臂配合使用，当车辆行驶至加油机器人的一侧后，机械臂带动外盖开合机构移动至车辆油箱所在位置处，外盖开合机构自动将油箱外盖打开；油箱外盖打开后，机械臂带动内盖旋拧机构移动至油箱内盖位置处，内盖旋拧机构自动将油箱内盖旋开并抓持油箱内盖从油箱油口上移开；最后，机械臂带动油枪抓持机构移动至油箱油口所在位置处并使油枪的枪头插入至油箱油口内部，并启动油枪向油箱内部加油，至此完成了加油操作；整个加油过程中的操作不需要专门的工作人员参与，减少加油站的工作人员投入。
8.可选的，外盖开合机构包括依次连通的真空吸盘、抽气筒以及真空设备，抽气筒上固定有关节杆，机架块上设置有用于驱动关节杆沿自身轴线方向往复移动的第一直线驱动件。
9.通过采用上述技术方案，外盖开合机构移动至油箱外盖位置处后，第一直线驱动件驱动关节杆以及真空吸盘向靠近油箱外盖的方向不断移动直至真空吸盘贴合在油箱外盖的表面上，启动真空设备以使真空吸盘牢固地吸附在油箱外盖上，接着通过机械臂与第一直线驱动件使关节杆以及真空吸盘向远离油箱的方向移动并拉动掀开油箱外盖。
10.可选的，贯穿关节杆的周面固定有铰接轴，铰接轴向关节杆的两侧延伸并转动连接有关节筒，关节杆插入至关节筒内部并能够在关节筒内部围绕铰接轴的轴线转动，关节筒设置在第一直线驱动件上；关节筒的一侧开设有供关节杆的周面通过的让位孔，让位孔贯穿关节筒靠近关节杆的端面开设；关节筒开设有让位孔的一侧设置有u形且开口朝向关节筒的复位弹片，复位弹片的一端与关节杆固连且另一端与关节筒连接。
11.油箱外盖打开的过程中，油箱外盖与车身之间做相对的定轴转动，在此过程中关
节杆同样做相应的平面运动，即关节杆与车身表面之间的夹角时刻发生变化，对此可通过机械臂配合完成关节杆的运动，但此种方法导致机械臂的行程较大；通过采用上述技术方案，在不需要机械臂配合的情况下，通过关节杆与关节筒之间的铰接即可实现关节杆的平面运动，缩短了机械臂的行程，并使关节杆与第一直线驱动件之间形成柔性连接，防止了关节杆与第一直线驱动件之间由于受到径向负载或转矩而发生关节杆或第一直线驱动件的折断损坏。
12.可选的，内盖旋拧机构包括第一夹爪以及用于驱动第一夹爪往复移动的第二直线驱动件，第一夹爪的两个夹头上分别固定有夹紧杆，两个夹紧杆相对设置；机架块上设置有用于带动第一夹爪定轴转动的转动组件以及为转动组件提供动力的旋转驱动件。
13.通过采用上述技术方案，在第一夹爪的作用下，油箱内盖夹紧在两个夹紧杆之间，启动旋转驱动件以使两个夹紧杆围绕油箱内盖的轴线定轴转动，在此过程中第二直线驱动件缓慢向远离油箱的方向移动以配合油箱内盖从油箱油口处旋下，进而实现油箱内盖的自动旋拧。
14.可选的，转动组件包括同轴固定在旋转驱动件的输出轴上的主动轮，机架块上转动连接有从动轮，主动轮与从动轮之间张紧有传动带；第二直线驱动件固定在从动轮上；两个夹紧杆关于从动轮的轴线对称设置。
15.通过采用上述技术方案，旋转驱动件驱动主动轮定轴转动并通过传动带带动从动轮转动，第二直线驱动件继而在从动轮的驱动作用下带动夹紧杆定轴转动。
16.可选的，油枪抓持机构包括油枪以及设置在机架块上的第二夹爪，第二夹爪的两个夹头上分别固接有一个卡块；油枪上固接有一个安装块，安装块的一侧设置有能够进入两个卡块之间的抓持条。
17.通过采用上述技术方案，当需要抓持油枪时，使油枪抓持机构移动至油枪所在位置处，并使两个卡块移动至抓持条的两侧，启动第二夹爪并使两个卡块向相互靠近的方向移动直至将抓持条夹紧在二者之间，实现了对油枪的抓持。
18.可选的，油枪包括设置在安装块远离抓持条一侧的扳机；其中一个卡块上设置有第三直线驱动件，第三直线驱动件远离卡块的一端设置有扳机按压块并用于驱动扳机按压块向靠近或远离第二夹爪移动。
19.通过采用上述技术方案，在两个卡块向相互靠近的方向移动的过程中，其中一个卡块带动第三直线驱动件以及扳机按压块向靠近油枪的方向移动，当抓持条被夹紧在两个卡块之间后，扳机按压块随之移动至扳机的一侧；当需要实现自动加油时，机械臂带动油枪移动至油箱油口所在位置处并使油枪的枪头插入至油箱内部，接着启动第三直线驱动件以使扳机按压块按压位于一侧的扳机，以实现油枪的出油，进而实现了自动加油操作。
20.本技术提供的一种加油机器人采用如下的技术方案：
21.一种加油机器人，包括机械臂以及加油机器人末端总成，机架块固定在机械臂末端上。
22.通过采用上述技术方案，当车辆行驶至加油机器人的一侧后，机械臂带动外盖开合机构移动至车辆油箱所在位置处，外盖开合机构自动将油箱外盖打开；油箱外盖打开后，机械臂带动内盖旋拧机构移动至油箱内盖位置处，内盖旋拧机构自动将油箱内盖旋开并抓持油箱内盖从油箱油口上移开；最后，机械臂带动油枪抓持机构移动至油箱油口所在位置
处并使油枪的枪头插入至油箱油口内部，并启动油枪向油箱内部加油，至此完成了加油操作；整个加油过程中的操作均不需要专门的工作人员参与，减少加油站的工作人员投入。
23.可选的，还包括支架板，油枪设置有多个并分别连通有不同种油源；安装块背离抓持条的一侧固定有l形且能够搭接在支架板上的搭接片；支架板上成对固定有多组成对设置的挂接销，安装块上的与抓持条所在表面相垂直的两个表面上固定有搭接在相应挂接销上的挂接环。
24.通过采用上述技术方案，可满足不同种油液的添加；当需要更换油枪时，使被油枪抓持机构抓持的油枪上的搭接片搭接在支架板上，并同时使挂接环挂接在挂接销上，进而实现对油枪的限位，接着通过机械臂将油枪抓持机构移动至所需油枪位置处，并同时使两个卡块移动至对应油枪的抓持条的两侧，完成后续油枪抓持机构的抓持操作，进而实现自动换枪操作。
25.可选的，机架块上设置有用于识别油箱外盖、油箱内盖以及油箱油口位置并控制机械臂末端移动至指定位置的视觉系统，视觉系统电连接有控制模块，控制模块与机械臂电连接。
26.通过采用上述技术方案，视觉系统自动识别车辆的油箱外盖、油箱内盖以及油箱油口的位置，并将油箱外盖、油箱内盖以及油箱油口的位置坐标输送至控制模块，控制模块对上述位置坐标数据进行运算处理并计算出机械臂末端的运动轨迹，进而控制机械臂相应关节的运动。
27.综上所述，本技术具有以下技术效果：通过设置了外盖开合机构、内盖旋拧机构以及油枪抓持机构，依次分别配合机械臂实现油箱内盖的掀开或扣合、油箱内盖的旋拧以及油枪的夹持和自动扣下扳机以实现自动加油；整个加油过程中以及加油完毕后的操作均不需要专门的工作人员参与，减少加油站的工作人员投入。
附图说明
28.图1是本技术实施例中的位于操作室内部的加油机器人的整体结构示意图；
29.图2是本技术实施例中的加油机器人末端总成的整体结构图；
30.图3是本技术实施例中的外盖开合机构的整体结构示意图；
31.图4是本技术实施例中的外盖开合机构在另一侧的整体结构示意图；
32.图5是本技术实施例中的内盖旋拧机构的整体结构示意图；
33.图6是本技术实施例中的油枪抓持机构的整体结构示意图；
34.图7是本技术实施例中的支架板与油枪之间的安装结构示意图，图中的视角位于支架板背离机械臂的一侧；
35.图8是本技术实施例中的支架板与油枪之间的安装结构示意图，图中的视角位于支架板靠近机械臂的一侧；
36.图9是本技术实施例中的油枪抓持机构在另一侧的整体结构示意图。
37.图中，1、机械臂；2、机架块；3、外盖开合机构；31、真空吸盘；32、抽气筒；33、关节杆；34、第一气动伸缩缸；35、铰接轴；36、关节筒；361、让位孔；362、限位过孔；37、复位弹片；4、内盖旋拧机构；41、第一夹爪；42、第二气动伸缩缸；43、夹紧杆；44、垫块；45、转动组件；451、主动轮；452、从动轮；453、传动带；46、气动马达；5、油枪抓持机构；51、第二夹爪；52、卡
块；53、第三气动伸缩缸；54、扳机按压块；6、油枪；61、扳机；62、安装块；621、抓持条；622、挂接环；623、搭接片；7、操作室；8、支架板；81、卡接槽；82、卡接板；83、挂接销；84、支撑座；9、视觉系统。
具体实施方式
38.以下结合附图对本技术作进一步详细说明。
39.参照图1和图2，本技术提供了一种加油机器人，包括机械臂1以及设置在机械臂1末端的加油机器人末端总成，机械臂1可采用四轴、五轴或六轴式的机械臂1，当然也可采用具有更多或更少关节的机械臂1，以能够实现机械臂1末端在空间上任意一点的精准定位为准，在本实施例中采用六轴式的机械臂1；加油机器人外部罩设有操作室7，操作室7相对的两侧面为敞开设置，操作室7的一侧内壁上固定有支架板8，支架板8上设置有多个分别与不同种油源相连通的油枪6；具体的，加油机器人末端总成包括用于掀开或扣合油箱外盖的外盖开合机构3、用于旋拧油箱内盖的内盖旋拧机构4以及用于抓持单个油枪6的油枪抓持机构5，机械臂1末端固定有机架块2，外盖开合机构3、内盖旋拧机构4以及油枪抓持机构5均设置在机架块2上；此外，机架块2上设置有视觉系统9，视觉系统9电连接有用于控制机械臂1精准动作的控制模块，控制模块与机械臂1电连接。
40.视觉系统9自动识别油箱外盖、油箱内盖以及油箱油口的位置并生成相应的空间位置坐标数据，控制模块接收并运算处理上述空间位置坐标数据，在此过程中计算出机械臂1末端的运动轨迹并生成机械臂1相应关节的动作命令，机械臂1响应上述动作命令进而实现机械臂1的动作控制；上述过程为相关技术领域中的常用技术手段，原理在此不再赘述。
41.当车辆行驶至操作室7的一侧后，视觉系统9识别油箱外盖的位置，控制模块控制机械臂1动作，机械臂1末端带动外盖开合机构3移动至油箱外盖所在位置处，外盖开合机构3自动掀开油箱外盖；油箱外盖被掀开后，视觉系统9识别油箱内盖的位置，控制模块控制机械臂1动作，机械臂1末端带动内盖旋拧机构4移动至油箱内盖所在位置处，内盖旋拧机构4自动旋下油箱内盖并抓持油箱内盖从油箱油口上移开；控制模块控制机械臂1移动至支架板8附近并根据所需油液种类抓持相应的油枪6，视觉系统9识别油箱油口的位置，控制模块控制机械臂1动作，机械臂1末端带动油枪抓持机构5移动至油箱油口所在位置处，自动将油枪6的枪头插入至油箱油口内部，并自动启动油枪6向油箱内部加油，至此完成了加油操作。
42.当加油操作完毕后，机械臂1带动油枪抓持机构5从油箱附近移开并带动内盖旋拧机构4移动至油箱油口所在位置处，内盖旋拧机构4将所抓持的油箱内盖旋拧安装在油箱上，此后机械臂1带动内盖旋拧机构4移开油箱所在位置处并带动外盖开合机构3移动至油箱外盖所在位置处，外盖开合机构3自动关合油箱外盖；整个加油过程中以及加油完毕后的操作均不需要专门的工作人员参与，减少了加油站的工作人员投入。
43.具体的，参照图1和图3，机械臂1末端与机架块2的其中一个表面固接；外盖开合机构3设置在机架块2的与设置有机械臂1的表面相邻的表面上，并包括相互连通的真空吸盘31和抽气筒32，其中抽气筒32选用三通接头，真空吸盘31与抽气筒32主管道的一端连接，抽气筒32主管道的另一端密封设置，抽气筒32的支管连通有真空设备，真空设备可采用真空发生器或真空泵；抽气筒32远离真空吸盘31的一端固定连接有关节杆33，关节杆33与抽气
筒32之间的固接方式可采用螺纹连接或焊接等方式，以能够实现二者的固定连接为准；机架块2上设置有用于驱动关节杆33沿自身轴线方向往复移动的第一直线驱动件，第一直线驱动件设置在关节杆33远离抽气筒32的一端；其中，第一直线驱动件可采用气动伸缩缸、液压缸或直线电机，以能够实现直线驱动为准，在本实施例中，第一直线驱动件采用第一气动伸缩缸34，第一气动伸缩缸34的缸体固定在机架块2上。
44.当机械臂1带动外盖开合机构3移动至油箱外盖所在位置处后，应使关节杆33的轴线垂直于油箱外盖，接着启动第一气动伸缩缸34以使关节杆33带动真空吸盘31向靠近油箱外盖的方向不断移动，直至真空吸盘31贴合在油箱外盖上，接着启动真空设备并同时通过第一气动伸缩缸34使真空吸盘31贴紧并吸附在油箱外盖上；接着反向启动第一气动伸缩缸34并配合机械臂1的动作使关节杆33带动吸盘将油箱外盖拉动掀开，进而实现了油箱外盖的自动掀开操作。
45.参照图3和图4，在此过程中，油箱外盖与车身之间做相对的定轴转动，关节杆33也随之同样做相应的平面运动，即关节杆33与车身表面之间的夹角时刻发生变化，对此若直接通过机械臂1的配合完成关节杆33相应的运动，会存在机械臂1的行程较大的问题，且关节杆33由于受到径向负载或转矩而易折断损坏；为此，贯穿关节杆33周面穿设固定有铰接轴35，铰接轴35的轴线与关节杆33的轴线垂直；在关节杆33与第一气动伸缩缸34之间设置有内部中空的关节筒36，关节筒36与第一气动伸缩缸34的伸缩杆同轴固接，关节杆33贯穿关节筒36远离第一气动伸缩缸34的端面并穿设至关节筒36内部，铰接轴35位于关节筒36内部并沿关节筒36的径向插入关节筒36的筒壁，铰接轴35与关节筒36的筒壁转动连接，进而实现关节杆33与关节筒36之间的铰接，即关节杆33与第一气动伸缩缸34之间形成柔性连接。
46.此外，关节筒36的一侧开设有让位孔361，让位孔361贯穿关节筒36靠近关节杆33的一端端面开设并可供关节杆33的周面通过；关节筒36的另一侧开设有与让位孔361相对的限位过孔362，限位过孔362未贯穿关节筒36靠近关节杆33的一端端面，让位孔361以及限位过孔362的开设可供关节杆33在关节筒36内部围绕铰接轴35轴线定轴转动，同时限位过孔362未贯穿关节筒36的端面进而防止关节杆33的反向转动；进一步的，为了实现关节杆33的自动复位，在关节筒36开设有让位孔361的一侧设置有u形的复位弹片37，复位弹片37的u形开口朝向关节筒36的周面，复位弹片37的一端固定在关节筒36远离关节杆33的一侧而另一端固定在关节杆33上；当复位弹片37处于常态即未发生弹性形变时，关节筒36与关节杆33之间处于同轴状态。
47.当真空吸盘31拉动油箱外盖时，关节杆33围绕铰接轴35定轴转动，与此同时复位弹片37的u形开口宽度扩大并存在恢复常态的趋势；当油箱外盖打开后，关闭真空设备以使真空吸盘31松开油箱外盖，并反向启动第一气动伸缩缸34以使真空吸盘31远离油箱外盖，在此过程中复位弹片37恢复至常态并将关节杆33推至与关节筒36同轴的状态，实现了关节杆33的自动复位。
48.进一步的，参照图1和图5，内盖旋拧机构4设置在机架块2背离机械臂1末端的一侧；内盖旋拧机构4包括设置在机架块2上的转动组件45、固定在机架块2上并为转动组件45提供回转动力的旋转驱动件、设置在转动组件45上的第二直线驱动件、设置在第二直线驱动件上的第一夹爪41，第二直线驱动件驱动第一夹爪41向靠近或远离机架块2的方向移动；
第一夹爪41的两个夹头上均栓接或焊接有夹紧杆43，两个夹紧杆43靠近第一夹爪41的一端相互平行，且两个夹紧杆43远离第一夹爪41的一端沿着从靠近到远离第一夹爪41的方向相互靠近倾斜；夹紧杆43远离第一夹爪41的一端设置有垫块44，垫块44可采用橡胶、塑料或木材等材料制成，垫块44可通过胶粘或栓接的方式固定在夹紧杆43上，垫块44设置在两个夹紧杆43相互靠近的一侧，且垫块44向夹紧杆43的两侧延伸；其中，第二直线驱动件可采用气动伸缩缸、液压缸或直线电机，以能够实现直线驱动为准，在本实施例中，第二直线驱动件采用第二气动伸缩缸42，第二气动伸缩缸42的缸体固定在机架块2上。
49.内盖旋拧机构4移动至油箱内盖所在位置处后，第二气动伸缩缸42驱动第一夹爪41以及夹紧杆43向靠近油箱内盖的方向移动，直至两个夹紧杆43分别位于油箱内盖的两侧，启动第一夹爪41并控制两个夹紧杆43向相互靠近的方向移动直至油箱内盖被夹紧在两个夹紧杆43之间，启动旋转驱动件以使两个夹紧杆43围绕油箱内盖的轴线定轴转动，在此过程中第二气动伸缩缸42缓慢向远离油箱的方向移动以配合油箱内盖从油箱油口处旋下，进而实现油箱内盖的自动旋拧；油箱内盖的安装为上述过程的逆过程，这里不再赘述。
50.具体的，旋转驱动件可采用液压、气动或电动马达，以能够实现回转驱动的动力输出为准；转动组件45可采用皮带轮传动机构、链轮传动机构或齿轮传动机构等，以能够实现回转传动为准；在本实施例中，旋转驱动件采用缸体固定在机架块2上的气动马达46，转动组件45采用皮带传动机构，进一步解释为，转动组件45包括与气动马达46的输出轴同轴固连的主动轮451、与机架块2转动连接的从动轮452以及张紧在主动轮451与从动轮452之间的传动带453；第二气动伸缩缸42的缸体固接在从动轮452上，第一夹爪41固定在第二气动伸缩缸42的伸缩杆上，且两个夹紧杆43关于从动轮452的轴线对称设置。
51.参照图1和图6，油枪抓持机构5位于机架块2背离外盖开合机构3的一侧表面上；油枪抓持机构5包括固定在机架块2上的第二夹爪51，第二夹爪51的两个夹头上均固定有一个卡块52，在第二夹爪51的作用下两个第一卡块52能够向相互靠近或远离的方向移动；油枪6上固定有长方体形状的安装块62，安装块62的一侧外凸成型有能够插入至两个卡块52之间的抓持条621；当油枪6置于支架板8上时，应使抓持条621放置在支架板8靠近机械臂1的一侧，当需要抓持油枪6时，使油枪抓持机构5移动至支架板8附近，并使两个卡块52移动至相应油枪6上的抓持条621两侧，启动第二夹爪51并使两个卡块52向相互靠近的方向移动直至抓持条621被夹紧在两个卡块52之间，进而实现了对油枪6的抓持，接着在机械臂1的作用下，油枪6的枪头插入至油箱油口内部以完成油枪6的对枪操作。
52.更进一步的，参照图1和图7，支架板8靠近操作室7的内壁一侧固定有两个分别设置在支架板8两侧的支撑座84，支撑座84栓接或焊接在操作室7内壁上，进而使支架板8与操作室7之间存在水平方向上的空隙。
53.参照图7和图8，为了实现油枪6稳固地安装在支架板8上，支架板8竖直设置并沿水平方向延伸，安装块62的一侧固接有l形的搭接片623，搭接片623的一端与自身所在的安装块62表面垂直，另一端与安装块62该表面平行并与该表面之间存在空隙；贯穿支架板8的顶边开设有卡接槽81，卡接槽81内部设置有固定在支架板8上的卡接板82，卡接板82与支架板8相互平行，卡接板82的厚度小于支架板8的厚度，搭接片623与安装块62之间的空隙等于或大于卡接板82的厚度，在本实施例中搭接片623与安装块62之间的空隙等于卡接板82的厚度，搭接片623能够搭接在卡接板82上并嵌入至卡接槽81中；此外，支架板8靠近机械臂1的
一侧固定有多组成对设置的挂接销83，挂接销83的轴线与支架板8表面垂直，安装块62上的与搭接片623所在表面相垂直的两个表面上固定有挂接环622，挂接环622能够搭接在相应的挂接销83上。
54.当需要更换油枪6时，使被油枪抓持机构5抓持的油枪6上的搭接片623搭接在支架板8上，并同时使挂接环622挂接在挂接销83上，反向启动第二夹爪51以使卡块52松开抓持条621，进而完成油枪6的卸枪操作；接着通过机械臂1将油枪抓持机构5移动至所需油液对应的油枪6位置处，并同时使两个卡块52移动至相应油枪6的抓持条621的两侧，并完成后续油枪抓持机构5的抓持操作，进而实现油枪6的自动换枪。
55.参照图6和图9，油枪6包括扳机61，扳机61位于安装块62背离抓持条621的一侧；为了实现自动扣下扳机61以完成加油操作，在两个中的其中一个卡块52上设置有第三直线驱动件，第三直线驱动件可采用气动伸缩缸、液压缸或直线电机，以能够实现直线驱动为准，在本实施例中，第三直线驱动件采用第三气动伸缩缸53，第三气动伸缩缸53的缸体固定在卡块52上，第三气动伸缩缸53的伸缩杆延伸方向与两个卡块52的移动方向垂直并向远离机架块2的方向延伸，第三气动伸缩缸53的伸缩杆端部栓接或焊接有扳机按压块54，扳机按压块54的延伸方向与第三气动伸缩缸53的伸缩杆垂直，扳机按压块54与所在卡块52之间的距离大于扳机61处于常态下与抓持条621之间的距离，进而在抓持条621被夹紧在两个卡块52之间的同时，扳机按压块54移动至扳机61远离安装块62的一侧。
56.当对枪操作完成后，启动第三气动伸缩缸53以带动扳机按压块54向靠近第二夹爪51的方向移动，在此过程中扳机按压块54按下扳机61并开启油枪6，进而实现自动加油；当加油完成后，反向启动第三气动伸缩缸53直至扳机按压块54松开扳机61即可。
57.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。