一種無人加油站用全自主加油服務(wù)機(jī)器人及加油服務(wù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可以代替人工實現(xiàn)加油站無人化的全自動加油機(jī)器人，還涉及相應(yīng)的加油服務(wù)方法，屬于智能機(jī)器人領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，隨著我國經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展，汽車已經(jīng)成為現(xiàn)代人不可或缺的代步工具。而現(xiàn)有的絕大多數(shù)汽車都是燃油汽車，只有極少部分的為電動汽車。由于汽車的燃料消耗，車主需要定期加注燃油。而傳統(tǒng)方式的車主在加油時，需要到附近的加油站去加油，在加油的過程中需要專門負(fù)責(zé)的值班人員進(jìn)行操作，值班人員不在或人員不足時，需要加油的車主就需要等待前面排隊或正在加油的車主加好后，才能進(jìn)行加油；許多加油站都是收現(xiàn)金的，還需要備有找零的錢，找零的過程就會浪費不少的時間，延長了車主等待以及加油的時間；加油站一般設(shè)計有多套加油系統(tǒng)，每套系統(tǒng)都需要專人負(fù)責(zé)，在一定程度上增加了人員的投入。
[0003]更重要的是，即使現(xiàn)有的新聞報道中存在實驗室階段的簡單加油機(jī)器人，該類機(jī)器人只是通過簡單的視覺識別功能，將加油槍插入汽車油箱里，并且在該過程中存在的一個致命弊端為:每次需要車主下車或在車內(nèi)自行打開油箱蓋，加油機(jī)器人才能實現(xiàn)后續(xù)的識別和加油操作。并且，在該過程中如果要正確、精準(zhǔn)的識別油箱蓋口的位置，還需要實現(xiàn)在加油機(jī)器人的數(shù)據(jù)庫中輸入當(dāng)前加油車輛的汽車品牌、型號等參數(shù)，如果不能完成該步操作，機(jī)器人則無法實現(xiàn)加油功能。另外，當(dāng)機(jī)器人加油完畢后，不具備關(guān)閉油箱蓋等功能，需要車主自行關(guān)閉，這無疑降低了整套加油裝置的自動化程度，減少了加油自動化的用戶體驗。最后，現(xiàn)有實驗室研發(fā)階段的加油機(jī)器人無法實現(xiàn)為特殊車輛，如卡車、跑車等加油功能，因為卡車等的加油位置不確定、油箱蓋機(jī)構(gòu)基本完全需要手動操作，機(jī)器人的現(xiàn)有自動化程度無法達(dá)到這種程度。
[0004]另外，現(xiàn)有的車輛的油箱蓋一般分為五類:
[0005]①外蓋板帶鎖，油箱蓋不帶鎖，加油時用鑰匙打開外蓋板擰下油箱蓋即可。
[0006]②外蓋板不帶鎖，油箱蓋帶鎖，加油時用手指輕壓油箱外蓋板左側(cè)，蓋板彈起后，用鑰匙打開并擰下油箱蓋即可。
[0007]③外蓋板裝有拉線式鎖止機(jī)構(gòu)，在儀表臺左下方，需在駕駛室內(nèi)操作方可打開，此款油箱蓋有帶鎖的也有不帶鎖的。
[0008]④外蓋板裝有電子式鎖止機(jī)構(gòu)，在駕駛員左側(cè)車門上，輕輕一按油箱外蓋板就打開了，油箱蓋不帶鎖。
[0009]⑤油箱外蓋板是和車門的鎖止機(jī)構(gòu)同步的，鎖車門的同時油箱外蓋板也鎖上，車門解鎖時油箱外蓋板也被解鎖，但蓋板不會彈起需用手指輕壓左側(cè)方可彈起，油箱蓋不帶鎖。
[0010]由于油箱的外蓋板和油箱蓋的機(jī)構(gòu)多種，組合類型不同，而現(xiàn)有加油機(jī)器人都不具備對不同類型油箱外蓋板和油箱蓋的自動打開、關(guān)閉、擰開、分離和擰緊等功能，導(dǎo)致對汽車的全自動加油操作變的異常艱難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于提供一種無人加油站用全自主加油服務(wù)機(jī)器人，并提供該機(jī)器人的加油服務(wù)方法，用以代替現(xiàn)有的人工手動加油方式，實現(xiàn)對不同類型的車輛實現(xiàn)加油的完全自動化。
[0012]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:
[0013]—種無人加油站用全自主加油服務(wù)機(jī)器人，由外擴(kuò)式軌道、可移動智能平臺、工業(yè)機(jī)械臂、功能切換轉(zhuǎn)盤、人形機(jī)械爪、電動吸盤、觸碰機(jī)械爪、機(jī)器視覺系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)、加油槍、加油機(jī)、油管、控制箱組成，所述可移動智能平臺置于外擴(kuò)式軌道上，工業(yè)機(jī)械臂、人機(jī)交互系統(tǒng)、控制箱安裝于可移動智能平臺上，工業(yè)機(jī)械臂的頂部連接有功能切換轉(zhuǎn)盤和機(jī)器視覺系統(tǒng)，功能切換轉(zhuǎn)盤的前端連接有人形機(jī)械抓、電動吸盤、觸碰機(jī)械抓、加油槍，加油槍通過油管與加油機(jī)連接。
[0014]所述外擴(kuò)式軌道為類似鐵路上鐵軌形狀，分為兩排，可移動智能平臺可以跨接在外擴(kuò)式軌道上方，通過控制和驅(qū)動行走機(jī)構(gòu)，進(jìn)而實現(xiàn)對整套服務(wù)機(jī)器人的推動行走等功能。為了不影響車輛在加油站內(nèi)、加油機(jī)前的行駛，外擴(kuò)式軌道一般埋藏于地下，上端面和地面平齊，并且具備一定的承重負(fù)載的能力，包括可以承受普通汽車和載貨大車等的碾壓。
[0015]所述可移動智能平臺為四輪移動平臺，四輪與外擴(kuò)式軌道可以配合使用，同時還包括驅(qū)動電機(jī)等，用以實現(xiàn)四輪的運動，從而帶動整套服務(wù)機(jī)器人在外擴(kuò)式軌道的平滑移動。
[0016]所述工業(yè)機(jī)械臂為一套六自由度的機(jī)械臂，底座安裝在可移動智能平臺的前端，頂端連接人形機(jī)械爪、機(jī)器視覺系統(tǒng)等設(shè)備。
[0017]所述功能切換轉(zhuǎn)盤包括轉(zhuǎn)盤盤體、轉(zhuǎn)盤支架、功能支架、轉(zhuǎn)盤舵機(jī)、轉(zhuǎn)盤軸承，所述轉(zhuǎn)盤支架固定在工業(yè)機(jī)械臂的頂端，轉(zhuǎn)盤舵機(jī)的外壁安裝并固定在轉(zhuǎn)盤支架上，轉(zhuǎn)盤支架通過轉(zhuǎn)盤軸承和轉(zhuǎn)盤盤體連接，功能支架安裝于轉(zhuǎn)盤盤體上，所述功能支架為四套，分別連接人形機(jī)械爪功能支架、電動吸盤功能支架、觸碰機(jī)械爪功能支架、加油槍功能支架，所述人形機(jī)械爪功能支架安裝、固定人形機(jī)械爪，所述電動吸盤功能支架安裝、固定電動吸盤，所述觸碰機(jī)械爪功能支架安裝、固定觸碰機(jī)械爪，所述加油槍功能支架安裝、固定加油槍。
[0018]所述人形機(jī)械爪功能支架、電動吸盤功能支架、觸碰機(jī)械爪功能支架均勻分布在轉(zhuǎn)盤盤體外側(cè)的圓周上，加油槍功能支架位于轉(zhuǎn)盤盤體外側(cè)的圓心上。
[0019]所述人形機(jī)械爪為電控仿生機(jī)械爪，包括人形機(jī)械爪本體、人形機(jī)械爪壓力傳感器、人形機(jī)械爪微型伺服驅(qū)動電機(jī)，人形機(jī)械爪本體與人形機(jī)械爪微型伺服驅(qū)動電機(jī)連接，人形機(jī)械爪壓力傳感器安裝在人形機(jī)械爪本體的內(nèi)側(cè);所述觸碰機(jī)械爪包括觸碰機(jī)械爪本體、觸碰機(jī)械爪壓力傳感器、觸碰機(jī)械爪微型伺服驅(qū)動電機(jī)。
[0020]所述電動吸盤包括吸盤、吸盤支架、吸氣系統(tǒng)，吸盤固定在吸盤支架上，吸盤支架固定在電動吸盤功能支架上，吸盤還與吸氣系統(tǒng)連接，所述吸氣系統(tǒng)包括:真空氣栗、氣管，真空氣栗通過氣管和吸盤連接;所述機(jī)器視覺系統(tǒng)包括雙目立體攝像機(jī)、攝像機(jī)支架，攝像機(jī)支架則安裝固定在工業(yè)機(jī)械臂的小臂上，雙目立體攝像機(jī)安裝固定在攝像機(jī)支架上，雙目立體攝像機(jī)包括左攝像機(jī)、右攝像機(jī);所述人機(jī)交互系統(tǒng)包括交互模塊支架、觸摸屏、NFCPOS機(jī)、紙幣識別模塊、揚聲器、交互模塊主體，交互模塊主體安裝于交互模塊支架上，交互模塊支架安裝固定在可移動智能平臺上，也可以根據(jù)需要安裝在加油機(jī)上，所述觸摸屏、POS機(jī)、紙幣識別模塊和揚聲器均安裝在交互模塊主體上。
[0021]所述控制箱包括控制箱本體，所述控制箱本體內(nèi)部設(shè)有垂直隔層，用于安放嵌入式控制器、電源變壓穩(wěn)壓模塊、圖像處理器、機(jī)械臂驅(qū)動器、智能平臺驅(qū)動器、轉(zhuǎn)盤舵機(jī)驅(qū)動器、人形機(jī)械爪驅(qū)動器、電動吸盤驅(qū)動器、觸碰機(jī)械爪驅(qū)動器，所述嵌入式控制器連接其它各個模塊，所述電源變壓穩(wěn)壓模塊連接上述各個電氣模塊及驅(qū)動器，所述圖像處理器連接機(jī)器視覺系統(tǒng)中的雙目立體攝像機(jī)并將處理后的信號送至嵌入式控制器，所述機(jī)械臂驅(qū)動器連接嵌入式控制器和工業(yè)機(jī)械臂，所述智能平臺驅(qū)動器連接嵌入式控制器和可移動智能平臺，轉(zhuǎn)盤舵機(jī)驅(qū)動器、人形機(jī)械爪驅(qū)動器、電動吸盤驅(qū)動器和觸碰機(jī)械爪驅(qū)動器同時連接嵌入式控制器，又分別連接轉(zhuǎn)盤舵機(jī)、人形機(jī)械爪、電動吸盤和觸碰機(jī)械爪。
[0022]上述機(jī)器人的加油服務(wù)方法，包括以下步驟:
[0023]①全自主加油服務(wù)機(jī)器人中的嵌入式控制器控制智能平臺驅(qū)動器驅(qū)動可移動智能平臺運動，后退至加油機(jī)旁，開始警戒和監(jiān)控功能;此時，雙目立體攝像機(jī)中的左攝像機(jī)用作普通的視覺導(dǎo)航攝像機(jī)，可以實現(xiàn)對整套加油服務(wù)機(jī)器人的視覺導(dǎo)航行走等動作；而雙目立體攝像機(jī)中的右攝像機(jī)則可以用作普通的監(jiān)控攝像機(jī)，可以實現(xiàn)對整個加油站的運行狀況、汽車的外形、車牌及車主身份等的監(jiān)控和識別等功能；
[0024]②全自主加油服務(wù)機(jī)器人中的嵌入式控制器通過右攝像機(jī)監(jiān)測到有車輛進(jìn)入加油時，嵌入式控制器控制人機(jī)交互系統(tǒng)中的揚聲器發(fā)出語音提示，如:“歡迎光臨全自動加油站，請按照箭頭指示進(jìn)入待加油區(qū)域”等；
[0025]③當(dāng)車主駕駛汽車進(jìn)入相應(yīng)區(qū)域后，嵌入式控制器控制人機(jī)交互系統(tǒng)中的揚聲器發(fā)出語音提示，如“請選擇加油型號及加油量并付款”，此時車主根據(jù)自身的車輛信息實行相應(yīng)操作并選擇適合自身情況的付款方式進(jìn)行付款；
[0026]④當(dāng)嵌入式控制器通過人機(jī)交互系統(tǒng)的觸摸屏接收到車主的輸入信息，并且通過二維碼掃描支付、NFC POS機(jī)或紙幣識別模塊其中之一獲取支付信息后，提示車主開始準(zhǔn)備加油操作，請打開油箱蓋電控開關(guān)并離開車身；
[0027]⑤當(dāng)全自主加油服務(wù)機(jī)器人檢測到車主遠(yuǎn)離車身后，嵌入式控制器通過控制智能平臺驅(qū)動器驅(qū)動可移動智能平臺前進(jìn)，并前進(jìn)至合適的位置;在該過程中，嵌入式控制器機(jī)械臂驅(qū)動器實現(xiàn)對工業(yè)機(jī)械臂的驅(qū)動，并且此時的雙目立體攝像機(jī)中的兩套攝像機(jī)左攝像機(jī)和右攝像機(jī)同時工作，進(jìn)而實現(xiàn)對油箱的外蓋板、油箱蓋和加油口等三位坐標(biāo)的定位，為后續(xù)的工業(yè)機(jī)械臂等的操作提供定位信息；
[0028]⑥當(dāng)機(jī)械臂實時準(zhǔn)確定位后，嵌入式控制器控制轉(zhuǎn)盤舵機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動轉(zhuǎn)盤舵機(jī)轉(zhuǎn)動，進(jìn)而實現(xiàn)功能部件的的切換工作;首先不同功能的部件的切換第一個工位為觸碰機(jī)械爪功能支架處于轉(zhuǎn)盤盤體的正上方，通過控制觸碰機(jī)械爪功能支架上的觸碰機(jī)械爪并配合上述中的觸碰機(jī)械爪壓力傳感器，實現(xiàn)對完成對油箱外蓋板觸碰檢測、拉伸和擺動功能等，如果汽車的外蓋板為彈性機(jī)構(gòu)，可以通過上述機(jī)構(gòu)和工作方式最終實現(xiàn)對外蓋板的掀開操作;若汽車的外蓋板為剛性機(jī)構(gòu)，此時功能切換轉(zhuǎn)盤繼續(xù)進(jìn)行工位轉(zhuǎn)換，不同功能的部件的切換第二個工位為電動吸盤功能支架處于轉(zhuǎn)盤盤體的正上方，通過控制電動吸盤功能支架上的電動吸盤實現(xiàn)對外蓋板的吸取拉離操作，實現(xiàn)對外蓋板的掀開操作；
[0029]⑦當(dāng)汽車的外蓋板被掀開后，露出油箱蓋，此時，功能切換轉(zhuǎn)盤繼續(xù)進(jìn)行工位轉(zhuǎn)換，不同功能的部件的切換第三個工位為人形機(jī)械爪功能支架處于轉(zhuǎn)盤盤體的正上方，通過控制人形機(jī)械爪功能支架上的人形機(jī)械爪實現(xiàn)對油箱蓋的擰開動作等，擰開油箱蓋后實現(xiàn)與油箱口的分離操作；
[0030]⑧然后功能切換轉(zhuǎn)盤繼續(xù)進(jìn)行