一种无人加油站用全自主加油服务机器人及加油服务方法技术

本发明专利技术涉及一种无人加油站用全自主加油服务机器人，包括外扩式轨道、可移动智能平台、工业机械臂、功能切换转盘、人形机械爪、电动吸盘、触碰机械爪、机器视觉系统、人机交互系统、加油枪、加油机、油管、控制箱。通过功能切换转盘，配合不同功能支架等实现不同种类设备的自动工位切换，提升切换效率；通过配合使用人形机械爪、电动吸盘和触碰机械爪，实现对不同车辆的全自动加油操作，提升机器人的服务范围；结合机器视觉系统实现对汽车的外盖板和油箱盖外形和位置识别，还具备了对整个加油站的运行状况、汽车车牌及车主身份等的监控和识别等功能；通过配合人机交互系统，使得全自主加油服务机器人对汽车的加油服务类型更加宽泛，适用面更广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可以代替人工实现加油站无人化的全自动加油机器人，还涉及相应的加油服务方法，属于智能机器人领域。
技术介绍
众所周知，随着我国经济和社会的发展，汽车已经成为现代人不可或缺的代步工具。而现有的绝大多数汽车都是燃油汽车，只有极少部分的为电动汽车。由于汽车的燃料消耗，车主需要定期加注燃油。而传统方式的车主在加油时，需要到附近的加油站去加油，在加油的过程中需要专门负责的值班人员进行操作，值班人员不在或人员不足时，需要加油的车主就需要等待前面排队或正在加油的车主加好后，才能进行加油；许多加油站都是收现金的，还需要备有找零的钱，找零的过程就会浪费不少的时间，延长了车主等待以及加油的时间；加油站一般设计有多套加油系统，每套系统都需要专人负责，在一定程度上增加了人员的投入。更重要的是，即使现有的新闻报道中存在实验室阶段的简单加油机器人，该类机器人只是通过简单的视觉识别功能，将加油枪插入汽车油箱里，并且在该过程中存在的一个致命弊端为：每次需要车主下车或在车内自行打开油箱盖，加油机器人才能实现后续的识别和加油操作。并且，在该过程中如果要正确、精准的识别油箱盖口的位置，还需要实现在加油机器人的数据库中输入当前加油车辆的汽车品牌、型号等参数，如果不能完成该步操作，机器人则无法实现加油功能。另外，当机器人加油完毕后，不具备关闭油箱盖等功能，需要车主自行关闭，这无疑降低了整套加油装置的自动化程度，减少了加油自动化的用户体验。最后，<br>现有实验室研发阶段的加油机器人无法实现为特殊车辆，如卡车、跑车等加油功能，因为卡车等的加油位置不确定、油箱盖机构基本完全需要手动操作，机器人的现有自动化程度无法达到这种程度。另外，现有的车辆的油箱盖一般分为五类：①外盖板带锁，油箱盖不带锁，加油时用钥匙打开外盖板拧下油箱盖即可。②外盖板不带锁，油箱盖带锁，加油时用手指轻压油箱外盖板左侧，盖板弹起后，用钥匙打开并拧下油箱盖即可。③外盖板装有拉线式锁止机构，在仪表台左下方，需在驾驶室内操作方可打开，此款油箱盖有带锁的也有不带锁的。④外盖板装有电子式锁止机构，在驾驶员左侧车门上，轻轻一按油箱外盖板就打开了，油箱盖不带锁。⑤油箱外盖板是和车门的锁止机构同步的，锁车门的同时油箱外盖板也锁上，车门解锁时油箱外盖板也被解锁，但盖板不会弹起需用手指轻压左侧方可弹起，油箱盖不带锁。由于油箱的外盖板和油箱盖的机构多种，组合类型不同，而现有加油机器人都不具备对不同类型油箱外盖板和油箱盖的自动打开、关闭、拧开、分离和拧紧等功能，导致对汽车的全自动加油操作变的异常艰难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种无人加油站用全自主加油服务机器人，并提供该机器人的加油服务方法，用以代替现有的人工手动加油方式，实现对不同类型的车辆实现加油的完全自动化。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种无人加油站用全自主加油服务机器人，由外扩式轨道、可移动智能平台、工业机械臂、功能切换转盘、人形机械爪、电动吸盘、触碰机械爪、机器视觉系统、人机交互系统、加油枪、加油机、油管、控制箱组成，所述可移动智能平台置于外扩式轨道上，工业机械臂、人机交互系统、控制箱安装于可移动智能平台上，工业机械臂的顶部连接有功能切换转盘和机器视觉系统，功能切换转盘的前端连接有人形机械抓、电动吸盘、触碰机械抓、加油枪，加油枪通过油管与加油机连接。所述外扩式轨道为类似铁路上铁轨形状，分为两排，可移动智能平台可以跨接在外扩式轨道上方，通过控制和驱动行走机构，进而实现对整套服务机器人的推动行走等功能。为了不影响车辆在加油站内、加油机前的行驶，外扩式轨道一般埋藏于地下，上端面和地面平齐，并且具备一定的承重负载的能力，包括可以承受普通汽车和载货大车等的碾压。所述可移动智能平台为四轮移动平台，四轮与外扩式轨道可以配合使用，同时还包括驱动电机等，用以实现四轮的运动，从而带动整套服务机器人在外扩式轨道的平滑移动。所述工业机械臂为一套六自由度的机械臂，底座安装在可移动智能平台的前端，顶端连接人形机械爪、机器视觉系统等设备。所述功能切换转盘包括转盘盘体、转盘支架、功能支架、转盘舵机、转盘轴承，所述转盘支架固定在工业机械臂的顶端，转盘舵机的外壁安装并固定在转盘支架上，转盘支架通过转盘轴承和转盘盘体连接，功能支架安装于转盘盘体上，所述功能支架为四套，分别连接人形机械爪功能支架、电动吸盘功能支架、触碰机械爪功能支架、加油枪功能支架，所述人形机械爪功能支架安装、固定人形机械爪，所述电动吸盘功能支架安装、固定电动吸盘，所述触碰机械爪功能支架安装、固定触碰机械爪，所述加油枪功能支架安装、固定加油枪。所述人形机械爪功能支架、电动吸盘功能支架、触碰机械爪功能支架均匀分布在转盘盘体外侧的圆周上，加油枪功能支架位于转盘盘体外侧的圆心上。所述人形机械爪为电控仿生机械爪，包括人形机械爪本体、人形机械爪压力传感器、人形机械爪微型伺服驱动电机，人形机械爪本体与人形机械爪微型伺服驱动电机连接，人形机械爪压力传感器安装在人形机械爪本体的内侧；所述触碰机械爪包括触碰机械爪本体、触碰机械爪压力传感器、触碰机械爪微型伺服驱动电机。所述电动吸盘包括吸盘、吸盘支架、吸气系统，吸盘固定在吸盘支架上，吸盘支架固定在电动吸盘功能支架上，吸盘还与吸气系统连接，所述吸气系统包括：真空气泵、气管，真空气泵通过气管和吸盘连接；所述机器视觉系统包括双目立体摄像机、摄像机支架，摄像机支架则安装固定在工业机械臂的小臂上，双目立体摄像机安装固定在摄像机支架上，双目立体摄像机包括左摄像机、右摄像机；所述人机交互系统包括交互模块支架、触摸屏、NFCPOS机、纸币识别模块、扬声器、交互模块主体，交互模块主体安装于交互模块支架上，交互模块支架安装固定在可移动智能平台上，也可以根据需要安装在加油机上，所述触摸屏、POS机、纸币识别模块和扬声器均安装在交互模块主体上。所述控制箱包括控制箱本体，所述控制箱本体内部设有垂直隔层，用于安放嵌入式控制器、电源变压稳压模块、图像处理器、机械臂驱动器、智能平台驱动器、转盘舵机驱动器、人形机械爪驱动器、电动吸盘驱动器、触碰机械爪驱动器，所述嵌入式控制器连接其它各个模块，所述电源变压稳压模块连接上述各个电气模块及驱动器，所述图像处理器连接机器视觉系统中的双目立体摄像机并将处理后的信号送至嵌入式控制器，所述机械臂驱动器连接嵌入式控制器和工业机械臂，所述智能平台驱动器连接嵌入式控制器和可移动智能平台，转盘舵机驱动器、人形机械爪驱动器、电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人加油站用全自主加油服务机器人，其特征在于，由外扩式轨道、可移动智能平台、工业机械臂、功能切换转盘、人形机械爪、电动吸盘、触碰机械爪、机器视觉系统、人机交互系统、加油枪、加油机、油管、控制箱组成，所述可移动智能平台置于外扩式轨道上，工业机械臂、人机交互系统、控制箱安装于可移动智能平台上，工业机械臂的顶部连接有功能切换转盘和机器视觉系统，功能切换转盘的前端连接有人形机械抓、电动吸盘、触碰机械抓、加油枪，加油枪通过油管与加油机连接。

【技术特征摘要】
1.一种无人加油站用全自主加油服务机器人，其特征在于，由外扩式轨道、可移动智能
平台、工业机械臂、功能切换转盘、人形机械爪、电动吸盘、触碰机械爪、机器视觉系统、
人机交互系统、加油枪、加油机、油管、控制箱组成，所述可移动智能平台置于外扩式轨道
上，工业机械臂、人机交互系统、控制箱安装于可移动智能平台上，工业机械臂的顶部连接
有功能切换转盘和机器视觉系统，功能切换转盘的前端连接有人形机械抓、电动吸盘、触碰
机械抓、加油枪，加油枪通过油管与加油机连接。
2.如权利要求1所述的一种无人加油站用全自主加油服务机器人，其特征在于，所述功
能切换转盘包括转盘盘体、转盘支架、功能支架、转盘舵机、转盘轴承，所述转盘支架固定
在工业机械臂的顶端，转盘舵机的外壁安装并固定在转盘支架上，转盘支架通过转盘轴承和
转盘盘体连接，功能支架安装于转盘盘体上，所述功能支架为四套，分别连接人形机械爪功
能支架、电动吸盘功能支架、触碰机械爪功能支架、加油枪功能支架，所述人形机械爪功能
支架安装、固定人形机械爪，所述电动吸盘功能支架安装、固定电动吸盘，所述触碰机械爪
功能支架安装、固定触碰机械爪，所述加油枪功能支架安装、固定加油枪。
3.如权利要求2所述的一种无人加油站用全自主加油服务机器人，其特征在于，所述人
形机械爪功能支架、电动吸盘功能支架、触碰机械爪功能支架均匀分布在转盘盘体外侧的圆
周上，加油枪功能支架位于转盘盘体外侧的圆心上。
4.如权利要求1所述的一种无人加油站用全自主加油服务机器人，其特征在于，所述人
形机械爪为电控仿生机械爪，包括人形机械爪本体、人形机械爪压力传感器、人形机械爪微
型伺服驱动电机，人形机械爪本体与人形机械爪微型伺服驱动电机连接，人形机械爪压力传
感器安装在人形机械爪本体的内侧；所述触碰机械爪包括触碰机械爪本体、触碰机械爪压力
传感器、触碰机械爪微型伺服驱动电机。
5.如权利要求1所述的一种无人加油站用全自主加油服务机器人，其特征在于，所述电
动吸盘包括吸盘、吸盘支架、吸气系统，吸盘固定在吸盘支架上，吸盘支架固定在电动吸盘
功能支架上，吸盘还与吸气系统连接，所述吸气系统包括：真空气泵、气管，真空气泵通过
气管和吸盘连接；所述机器视觉系统包括双目立体摄像机、摄像机支架，摄像机支架则安装
固定在工业机械臂的小臂上，双目立体摄像机安装固定在摄像机支架上，双目立体摄像机包
括左摄像机、右摄像机；所述人机交互系统包括交互模块支架、触摸屏、NFCPOS机、纸币
识别模块、扬声器、交互模块主体，交互模块主体安装于交互模块支架上，交互模块支架安
装固定在可移动智能平台上，也可以根据需要安装在加油机上，所述触摸屏、POS机、纸币
识别模块和扬声器均安装在交互模块主体上。
6.如权利要求1所述的一种无人加油站用全自主加油服务机器人，其特征在于，所述控

\t制箱包括控制箱本体，所述控制箱本体内部设有垂直隔层，用于安放嵌入式控制器、电源变
压稳压模块、图像处理器、机械臂驱动器、智能平台驱动器、转盘舵机驱动器、人形机械爪
驱动器、电动吸盘驱动器、触碰机械爪驱动器，所述嵌入式控制器连接其它各个模块，所述
电源变压稳压模块连接上述各个电气模块及驱动器，所述图像处理器连接机器视觉系统中的
双目立体摄像机并将处理后的信号送至嵌入式控制器，所述机械臂驱动器连接嵌入式控制器
和工业机械臂，所述智能平台驱动器连接嵌入式控制器和可移动智能平台，转盘舵机驱动器、
人形机械爪驱动器、电动吸盘驱动器和触碰机械爪驱动器同时连接嵌入式控制器，又分别连
接转盘舵机、人形机械爪、电动吸盘和触碰机械爪。
7.权利要求1-6任一所述的机器人的加油服务方法，其特征在于，包括以下步骤：
①全自主加油服务机器人中的嵌入式控制器控制智能平台驱动器驱动可移动智能平台
运动，后退至加油机旁，开始警戒和监控功能；此时，双目立体摄像机中的左摄像机用作普
通的视觉导航摄像机，可以实现对整套加油服务机器人的视觉导航行走等动作；而双目立体
摄像机中的右摄像机则可以用作普通的监控摄像机，可以实现对整个加油站的运行状况、汽
车的外形、车牌及车主身份等的监控和识别等功能；
②全自主加油服务机器人中的嵌入式控制器通过右摄像机监测到有车辆进入加油时，嵌
入式控制器控制人机交互系统中的扬声器发出语音提示，如：“欢迎光临全自动加油站，请按
照箭头指示进入待加油区域”等；
③当车主驾驶汽车进入相应区域后，嵌入式控制器控制人机交互系统中的扬声器发出语
音提示，如“请选择加油型号及加油量并付款”，此时车主根据自身的车辆信息实行相应操作
并选择适合自身情况的付款方式进行付款；
④当嵌入式控制器通过人机交互系统的触摸屏接收到车主的输入信息，并且通过二维码
扫描支付、NFCPOS机或纸币识别模块其中之一获取支付信息后，提示车主开始准备加油操
作，请打开油箱盖电控开关并离开车身；
⑤当全自主加油服务机器人检测到车主远离车身后，嵌入式控制器通过控制智能平台驱
动器驱动可移动智能平台前进，并前进至合适的位置；在该过程中，嵌入式控制器机械臂驱
动器实现对工业机械臂的驱动，并且此时的双目立体摄像机中的两套摄像机左摄像机和右摄
像机同时工作，进而实现对油箱的外盖板、油箱盖和加油口等三位坐标的定位，为后续的工
业机械臂等的操作提供定位信息；
⑥当机械臂实时准确定位后，嵌入式控制器控制转盘舵机驱动器驱动转盘舵机转动，进
而实现功能部件的的切换工作；首先不同功能的部件的切换第一个工位为触碰机械爪功能支
架处于转盘盘体的正上方，通过控制触碰机械爪功能支架上的触碰机械爪并配合上述中的触

\t碰机械爪压力传感器，实现对完成对油箱外盖板触碰检测、拉伸和摆动功能等，如果汽车的
外盖板为弹性机构，可以通过上述机构和工作方式最终实现对外盖板的掀开操作；若汽车的
外盖板为刚性机构，此时功能切换...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍明松，郭亭亭，孙洪秀，郑安，
申请(专利权)人：山东国兴智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37