專利名稱：鐵路罐車清洗機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)機器人，尤其涉及一種鐵路罐車清洗機器人。
背景技術(shù)：
目前，對鐵路罐車的高壓水射流清洗，有兩種清洗方式一種是日本速技能機械有限公司已經(jīng)開發(fā)的鐵路罐車清洗設(shè)備，其噴槍臂能夠通過連桿組的展開而伸出，同時噴嘴進行三維旋轉(zhuǎn)，從而在罐體內(nèi)表面上形成網(wǎng)狀分布的水射流軌跡，但是罐體內(nèi)表面的有些地方不能夠被水射流直接噴射到；另一種是中國專利申請公開No.1439462A中披露的一種容器清洗器，它可以分別在軸向和徑向兩個方向上噴射水流，對容器圓柱面進行螺旋式清洗，以便對容器做到確切的逐點清洗，但是這種清洗方式容易造成清洗后的表面被清洗過程中產(chǎn)生的污水二次污染，因而也不能達到對罐車的理想清洗效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供這樣一種鐵路罐車清洗機器人，它能模仿人類的一只手臂持有清洗裝置對罐體的內(nèi)表面進行清洗，其中高壓水射流直接噴射到所有被清洗表面，可以對罐車端部封頭以及罐體內(nèi)表面的任意一點實現(xiàn)清洗，并且可以避免清洗后的表面被清洗過程中產(chǎn)生的污水二次污染。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種鐵路罐車清洗機器人，其包括清洗噴槍和機械手臂，所述機械手臂具有機座、臂部、腕部和驅(qū)動系統(tǒng)，所述驅(qū)動系統(tǒng)包括設(shè)置在所述腕部的使所述清洗噴槍繞軸擺動的腕部擺動驅(qū)動系統(tǒng)和使所述清洗噴槍旋轉(zhuǎn)的腕部轉(zhuǎn)動驅(qū)動系統(tǒng)，以及設(shè)置在所述臂部的使所述清洗噴槍隨腕部水平移動的驅(qū)動系統(tǒng)和調(diào)整腕部擺動的驅(qū)動系統(tǒng)，所述機器人還包括控制單元，所述控制單元交替地致動所述腕部擺動驅(qū)動系統(tǒng)和所述臂部調(diào)整腕部擺動的驅(qū)動系統(tǒng)，清洗噴槍在罐車的端部封頭形成相鄰有微小重疊區(qū)域的多條水平掃描清洗軌跡，所述控制單元隨后交替地致動所述腕部擺動驅(qū)動系統(tǒng)和所述腕部轉(zhuǎn)動驅(qū)動系統(tǒng)，清洗噴槍在罐體的內(nèi)表面上形成相鄰有微小重疊區(qū)域的多條水平掃描清洗軌跡，并且所述控制單元致動所述使清洗噴槍隨腕部水平移動的驅(qū)動系統(tǒng)，推動清洗噴槍沿著罐車的縱向做直線移動。
本發(fā)明另一方面提供了一種應(yīng)用如上構(gòu)造的鐵路罐車清洗機器人對罐車進行清洗的方法，其中，清洗工作按照由遠離罐車人孔的端部封頭至罐車人孔、由罐車上方至罐車下方的順序進行。
通過采取上述結(jié)構(gòu)，當(dāng)清洗罐車內(nèi)部的端面封頭時，清洗噴槍在腕部擺動驅(qū)動系統(tǒng)的作用下，產(chǎn)生一個水平直線掃描清洗的軌跡，并由臂部調(diào)整腕部擺動的驅(qū)動系統(tǒng)完成將水平直線掃描清洗的軌跡沿著罐車的端部封頭的內(nèi)表面由上方逐漸向下方推移，推移的過程中，相鄰的兩個水平掃描清洗的軌跡有微小的重疊區(qū)域。然后在清洗罐體內(nèi)表面時，清洗噴槍在腕部擺動驅(qū)動系統(tǒng)的作用下，產(chǎn)生一個水平直線掃描清洗的軌跡，并在腕部轉(zhuǎn)動驅(qū)動系統(tǒng)的作用下，將水平掃描清洗的軌跡沿著罐體的內(nèi)表面由上方逐漸向下方推移，推移的過程中，相鄰的兩個水平掃描清洗的軌跡有微小的重疊區(qū)域，還由于臂部能夠使清洗噴槍隨腕部水平移動，因此可以在罐體的內(nèi)表面的任意一點上實現(xiàn)上述清洗。由于水平直線掃描清洗的軌跡沿著被清洗面由上方逐漸向下方推移，且推移的過程中相鄰的兩個水平掃描清洗的軌跡之間存在微小的重疊區(qū)域，所以既可以避免清洗過程中產(chǎn)生的污水對已清洗干凈的表面產(chǎn)生二次污染，又可以使高壓水射流直接噴射清洗所有被清洗表面。此外，由于采用計算機控制，可以快速、準(zhǔn)確地實現(xiàn)上述清洗功能。還可以通過計算機控制機械手臂機座的回轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)及腕部和臂部的各驅(qū)動系統(tǒng)的動作的有機復(fù)合，實現(xiàn)任意復(fù)雜曲線掃描清洗的軌跡。
上述腕部擺動驅(qū)動系統(tǒng)可以采用液壓缸和伺服閥配合作動力裝置，驅(qū)動四連桿機構(gòu)動作，實現(xiàn)清洗噴槍繞軸在0-270°之間擺動。還可以采用伺服電機或伺服液壓馬達直接驅(qū)動清洗噴槍擺動。
上述腕部轉(zhuǎn)動驅(qū)動系統(tǒng)可以采用伺服液壓馬達驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸帶動清洗噴槍轉(zhuǎn)動，還可以采用伺服電機作動力裝置。
上述臂部使清洗噴槍隨腕部水平移動驅(qū)動系統(tǒng)可以采用液壓缸和伺服閥配合作動力裝置，驅(qū)動主動擺桿帶動連桿組展開或收攏，實現(xiàn)清洗噴槍水平方向位置的改變，還可以采用伺服電機或伺服液壓馬達驅(qū)動主動擺桿動作。該主動擺桿與從動擺桿之間采用齒輪傳動，還可以采用摩擦輪傳動。該連桿組展開后可以為兩個平行四邊形結(jié)構(gòu)，還可以為多個平行四邊形結(jié)構(gòu)。
上述臂部調(diào)整腕部擺動驅(qū)動系統(tǒng)可以采用液壓缸和伺服閥配合作動力裝置，還可以采用伺服電機或伺服液壓馬達。
上述機座回轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)可以采用伺服電機作動力裝置和齒輪傳動機構(gòu)，使旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生相應(yīng)的動作，還可以采用伺服液壓馬達作動力裝置。
作為本發(fā)明更進一步的改進，在該鐵路罐車清洗機器人上增加清洗噴槍的數(shù)量，并同時相應(yīng)加大高壓水的供水流量，可提高清洗效率。
作為本發(fā)明更進一步的改進，在該鐵路罐車清洗機器人上采用雙手臂對稱分布結(jié)構(gòu)，同時清洗罐車人孔兩側(cè)，機械手臂不需回轉(zhuǎn)即可完成清洗工作，可提高清洗效率。
綜上所述，本發(fā)明實現(xiàn)了人工掃描清洗的自動化，使清洗工作按照由上至下、由遠離罐車人孔的端部封頭處至人孔的正確順序進行，既實現(xiàn)了高壓水射流直接噴射所有被清洗表面的有效清洗，又避免了清洗后的表面被清洗過程中產(chǎn)生的污水二次污染。


下面將參照附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行更加詳細的說明，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明鐵路罐車清洗機器人第一實施方式的示意性側(cè)視圖；圖2是圖1所示鐵路罐車清洗機器人實施罐車的端部封頭清洗時清洗軌跡的示意圖；圖3是圖1所示鐵路罐車清洗機器人實施罐體的內(nèi)表面清洗時清洗軌跡的示意圖；
圖4是圖1所示鐵路罐車清洗機器人實施任意復(fù)雜曲線清洗時清洗軌跡的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明鐵路罐車清洗機器人的另一實施方式的示意性側(cè)視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的鐵路罐車清洗機器人的控制部分的示意圖。
具體實施例方式
圖1示出了本發(fā)明鐵路罐車清洗機器人的第一種實施方式。清洗噴槍1在腕部四連桿機構(gòu)13、液壓缸和伺服閥配合14的作用下，繞軸擺動，高壓水射流對被清洗表面實施水平直線掃描清洗。且在調(diào)整腕部擺動的液壓缸和伺服閥配合2的作用下，清洗噴槍1隨腕部一起繞軸擺動，實現(xiàn)水平直線掃描清洗軌跡由上至下推移，且推移過程中兩相鄰的水平直線掃描清洗軌跡之間存在微小重疊。圖2示出了采用上述清洗方式清洗罐罐車端部封頭時，水射流軌跡的分布情況，每個水射流軌跡的寬度為e，兩個軌跡重疊區(qū)域為A。在清洗罐體時，清洗噴槍1在腕部四連桿機構(gòu)13、液壓缸和伺服閥配合14的作用下，繞軸擺動，高壓水射流對被清洗表面實施水平直線掃描清洗。并且清洗噴槍1在旋轉(zhuǎn)軸12、伺服液壓馬達11的作用下旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)水平直線掃描清洗軌跡由上至下推移，且推移過程中兩相鄰的水平直線掃描清洗軌跡之間存在微小重疊。圖3示出了采用上述清洗方式清洗罐體時，水射流軌跡的分布情況，每個水射流軌跡的寬度為e，兩個軌跡重疊區(qū)域為A。由于罐體長度較長，需要分段清洗，在液壓缸和伺服閥配合7的作用下，從動擺桿8和主動擺桿9慢速相對分開擺動，帶動連桿組3慢速收攏，當(dāng)臂部連桿組3慢速收攏時，帶動清洗噴槍1沿直線回移，改變清洗噴槍1在罐體中軸線上的水平位置，完成罐車一半的清洗工作。機械手臂的機座5固定在罐車的人孔上，伺服電機4驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸6回轉(zhuǎn)，可以實現(xiàn)清洗噴槍1開始清洗工作前的找正，還可以反轉(zhuǎn)180°，實現(xiàn)清洗噴槍換向，再重復(fù)進行上述清洗，從而完成罐車另一半的清洗工作。
通過自動控制單元，使旋轉(zhuǎn)軸6、連桿組3、液壓缸和伺服閥配合2、旋轉(zhuǎn)軸12、四連桿機構(gòu)13的動作有機復(fù)合，實現(xiàn)任意復(fù)雜曲線掃描清洗的軌跡，如圖4所示。
圖5示出了本發(fā)明鐵路罐車清洗機器人的另一種實施方式。除了機械手臂的臂部結(jié)構(gòu)不同于第一種實施方式外，鐵路罐車清洗機器人的其它結(jié)構(gòu)均是相同的。該臂部由關(guān)節(jié)15、17、19、20、22和臂桿16、18、21、23構(gòu)成，各關(guān)節(jié)處設(shè)有伺服電機和傳感器。
由于第二種實施方式采用多關(guān)節(jié)臂部結(jié)構(gòu)，其與第一個實施方式相比，動作更靈活，工作更穩(wěn)定，因此更容易實現(xiàn)復(fù)雜的清洗動作。
下面對根據(jù)本發(fā)明的鐵路罐車機器人的自動控制單元進行簡要的說明。
本發(fā)明鐵路罐車清洗機器人的控制部分在整體結(jié)構(gòu)上采用上位機與下位機的結(jié)構(gòu)模式，以PC工控機作為上位機，以PLC作為下位機，通過通訊纜來完成上位PC機與下位PLC機的數(shù)據(jù)交換，從而實現(xiàn)既可現(xiàn)場操作又可上位機遠程控制的全自動控制，整個控制單元示意性地如圖6所示。
在上位PC機中，應(yīng)用工業(yè)組態(tài)軟件來完成界面的動態(tài)顯示、歷史數(shù)據(jù)報表和報警記錄。下位機PLC采用SIMATIC產(chǎn)品，與現(xiàn)場的檢測、執(zhí)行、控制、顯示部分相結(jié)合，完成數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)控制功能。通過整個控制單元，操作員既可以在現(xiàn)場面對設(shè)備進行手動的操作，又可以在微機室中面對工控機界面進行按鍵操作，兩者都能完成本發(fā)明的預(yù)定目標(biāo)，實現(xiàn)對設(shè)置在臂部及設(shè)置在腕部的各個驅(qū)動系統(tǒng)的交替地、順序地致動。
對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，能夠容易地想到其它優(yōu)點和變型。因此，在更寬范圍內(nèi)的本發(fā)明并不限制于這里所顯示和描述的特定細節(jié)和代表例子。因此，在不偏離由附屬權(quán)利要求以及它們的等同物所限定的本發(fā)明的一般概念的精神和范圍下，可以做出各種改變。
權(quán)利要求
1.一種鐵路罐車清洗機器人，其包括清洗噴槍(1)和機械手臂，所述機械手臂具有機座(5)、臂部、腕部和驅(qū)動系統(tǒng)，所述驅(qū)動系統(tǒng)包括設(shè)置在所述腕部的使所述清洗噴槍繞軸擺動的腕部擺動驅(qū)動系統(tǒng)(13，14)和使所述清洗噴槍旋轉(zhuǎn)的腕部轉(zhuǎn)動驅(qū)動系統(tǒng)(12，11)，以及設(shè)置在所述臂部的使所述清洗噴槍隨腕部水平移動的驅(qū)動系統(tǒng)(3，7，8，9)和調(diào)整腕部擺動的驅(qū)動系統(tǒng)(2)，其特征在于，所述機械手臂還包括控制單元，所述控制單元交替地致動所述腕部擺動驅(qū)動系統(tǒng)和所述臂部調(diào)整腕部擺動的驅(qū)動系統(tǒng)，所述清洗噴槍(1)在罐車的端部封頭形成相鄰有微小重疊區(qū)域的多條水平掃描清洗軌跡，所述控制單元隨后交替地致動所述腕部擺動驅(qū)動系統(tǒng)和所述腕部轉(zhuǎn)動驅(qū)動系統(tǒng)，所述清洗噴槍(1)在罐體的內(nèi)表面上形成相鄰有微小重疊區(qū)域的多條水平掃描清洗軌跡，并且所述控制單元致動所述使清洗噴槍隨腕部水平移動的驅(qū)動系統(tǒng)(3，7，8，9)，推動所述清洗噴槍(1)沿著罐車的縱向做直線移動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路罐車清洗機器人，其特征在于，所述腕部擺動驅(qū)動系統(tǒng)(13，14)為液壓缸和伺服閥配合(14)以及腕部四連桿機構(gòu)(13)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路罐車清洗機器人，其特征在于，所述臂部調(diào)整腕部擺動的驅(qū)動系統(tǒng)(2)為液壓缸和伺服閥配合、或伺服電機、或伺服液壓馬達。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路罐車清洗機器人，其特征在于，所述腕部轉(zhuǎn)動驅(qū)動系統(tǒng)(12，11)為伺服電機或伺服液壓馬達。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路罐車清洗機器人，其特征在于，使所述清洗噴槍隨腕部水平移動的驅(qū)動系統(tǒng)由動力裝置、通過所述動力裝置擺動的主動擺桿(9)和從動擺桿(8)、以及連桿組(3)構(gòu)成，所述連桿組通過所述主動擺桿和從動擺桿的擺動而展開或收攏，從而推動所述噴槍(1)做直線運動。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鐵路罐車清洗機器人，其特征在于，所述動力裝置為液壓缸和伺服閥配合或伺服電機或伺服液壓馬達(7)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的鐵路罐車清洗機器人，其特征在于，所述主動擺桿(9)和從動擺桿(8)之間為齒輪傳動，或者為橡膠摩擦輪傳動。
8.根據(jù)上述任意一個權(quán)利要求所述的鐵路罐車清洗機器人，其特征在于，還包括機座回轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)(4)，其驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸(6)回轉(zhuǎn)，使清洗噴槍換向。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一個所述的鐵路罐車清洗機器人，其特征在于，所述機械手臂對稱分布，同時清洗罐車的人孔兩側(cè)。
10.一種應(yīng)用如權(quán)利要求1所述的鐵路罐車清洗機器人對罐車進行清洗的方法，其特征在于，清洗工作按照由遠離罐車人孔的端部封頭至罐車人孔、由罐車上方至罐車下方的順序進行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鐵路罐車清洗機器人，包括清洗噴槍和機械手臂，機械手臂具有機座、臂部、腕部、設(shè)置在腕部的使清洗噴槍繞軸擺動的腕部擺動驅(qū)動系統(tǒng)和使清洗噴槍旋轉(zhuǎn)的腕部轉(zhuǎn)動驅(qū)動系統(tǒng)、設(shè)置在臂部的使清洗噴槍隨腕部水平移動的驅(qū)動系統(tǒng)和調(diào)整腕部擺動的驅(qū)動系統(tǒng)，該機器人還包括控制單元，它交替地致動所述腕部擺動驅(qū)動系統(tǒng)和所述臂部調(diào)整腕部擺動的驅(qū)動系統(tǒng)，在罐車的端部封頭形成相鄰有微小重疊區(qū)域的多條水平掃描清洗軌跡，控制單元隨后交替地致動所述腕部擺動驅(qū)動系統(tǒng)和所述腕部轉(zhuǎn)動驅(qū)動系統(tǒng)，在罐體的內(nèi)表面上形成相鄰有微小重疊區(qū)域的多條水平掃描清洗軌跡，并且控制單元致動所述使清洗噴槍隨腕部水平移動的驅(qū)動系統(tǒng)，推動清洗噴槍沿罐車的縱向做直線移動。
文檔編號B25J9/02GK1919478SQ20061009230
公開日2007年2月28日 申請日期2006年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月1日
發(fā)明者程志學(xué), 姜殿虹, 孫永軍, 焦陽, 袁素梅, 趙雄, 王峰, 竇江林, 向海陵, 謝淼, 秦秀連, 左金海 申請人:北京九鼎綠環(huán)科技有限公司, 中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司煉油廠