专利名称：铁路罐车清洗机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种工业机器人，尤其涉及一种铁路罐车清洗机器人。
背景技术：
目前，对铁路罐车的高压水射流清洗，有两种清洗方式一种是日本速技能机械有限公司已经开发的铁路罐车清洗设备，其喷枪臂能够通过连杆组的展开而伸出，同时喷嘴进行三维旋转，从而在罐体内表面上形成网状分布的水射流轨迹，但是罐体内表面的有些地方不能够被水射流直接喷射到；另一种是中国专利申请公开No.1439462A中披露的一种容器清洗器，它可以分别在轴向和径向两个方向上喷射水流，对容器圆柱面进行螺旋式清洗，以便对容器做到确切的逐点清洗，但是这种清洗方式容易造成清洗后的表面被清洗过程中产生的污水二次污染，因而也不能达到对罐车的理想清洗效果。
发明内容
本发明的目的是要提供这样一种铁路罐车清洗机器人，它能模仿人类的一只手臂持有清洗装置对罐体的内表面进行清洗，其中高压水射流直接喷射到所有被清洗表面，可以对罐车端部封头以及罐体内表面的任意一点实现清洗，并且可以避免清洗后的表面被清洗过程中产生的污水二次污染。
为实现上述目的，本发明提供了一种铁路罐车清洗机器人，其包括清洗喷枪和机械手臂，所述机械手臂具有机座、臂部、腕部和驱动系统，所述驱动系统包括设置在所述腕部的使所述清洗喷枪绕轴摆动的腕部摆动驱动系统和使所述清洗喷枪旋转的腕部转动驱动系统，以及设置在所述臂部的使所述清洗喷枪随腕部水平移动的驱动系统和调整腕部摆动的驱动系统，所述机器人还包括控制单元，所述控制单元交替地致动所述腕部摆动驱动系统和所述臂部调整腕部摆动的驱动系统，清洗喷枪在罐车的端部封头形成相邻有微小重叠区域的多条水平扫描清洗轨迹，所述控制单元随后交替地致动所述腕部摆动驱动系统和所述腕部转动驱动系统，清洗喷枪在罐体的内表面上形成相邻有微小重叠区域的多条水平扫描清洗轨迹，并且所述控制单元致动所述使清洗喷枪随腕部水平移动的驱动系统，推动清洗喷枪沿着罐车的纵向做直线移动。
本发明另一方面提供了一种应用如上构造的铁路罐车清洗机器人对罐车进行清洗的方法，其中，清洗工作按照由远离罐车人孔的端部封头至罐车人孔、由罐车上方至罐车下方的顺序进行。
通过采取上述结构，当清洗罐车内部的端面封头时，清洗喷枪在腕部摆动驱动系统的作用下，产生一个水平直线扫描清洗的轨迹，并由臂部调整腕部摆动的驱动系统完成将水平直线扫描清洗的轨迹沿着罐车的端部封头的内表面由上方逐渐向下方推移，推移的过程中，相邻的两个水平扫描清洗的轨迹有微小的重叠区域。然后在清洗罐体内表面时，清洗喷枪在腕部摆动驱动系统的作用下，产生一个水平直线扫描清洗的轨迹，并在腕部转动驱动系统的作用下，将水平扫描清洗的轨迹沿着罐体的内表面由上方逐渐向下方推移，推移的过程中，相邻的两个水平扫描清洗的轨迹有微小的重叠区域，还由于臂部能够使清洗喷枪随腕部水平移动，因此可以在罐体的内表面的任意一点上实现上述清洗。由于水平直线扫描清洗的轨迹沿着被清洗面由上方逐渐向下方推移，且推移的过程中相邻的两个水平扫描清洗的轨迹之间存在微小的重叠区域，所以既可以避免清洗过程中产生的污水对已清洗干净的表面产生二次污染，又可以使高压水射流直接喷射清洗所有被清洗表面。此外，由于采用计算机控制，可以快速、准确地实现上述清洗功能。还可以通过计算机控制机械手臂机座的回转驱动系统及腕部和臂部的各驱动系统的动作的有机复合，实现任意复杂曲线扫描清洗的轨迹。
上述腕部摆动驱动系统可以采用液压缸和伺服阀配合作动力装置，驱动四连杆机构动作，实现清洗喷枪绕轴在0-270°之间摆动。还可以采用伺服电机或伺服液压马达直接驱动清洗喷枪摆动。
上述腕部转动驱动系统可以采用伺服液压马达驱动旋转轴带动清洗喷枪转动，还可以采用伺服电机作动力装置。
上述臂部使清洗喷枪随腕部水平移动驱动系统可以采用液压缸和伺服阀配合作动力装置，驱动主动摆杆带动连杆组展开或收拢，实现清洗喷枪水平方向位置的改变，还可以采用伺服电机或伺服液压马达驱动主动摆杆动作。该主动摆杆与从动摆杆之间采用齿轮传动，还可以采用摩擦轮传动。该连杆组展开后可以为两个平行四边形结构，还可以为多个平行四边形结构。
上述臂部调整腕部摆动驱动系统可以采用液压缸和伺服阀配合作动力装置，还可以采用伺服电机或伺服液压马达。
上述机座回转驱动系统可以采用伺服电机作动力装置和齿轮传动机构，使旋转轴产生相应的动作，还可以采用伺服液压马达作动力装置。
作为本发明更进一步的改进，在该铁路罐车清洗机器人上增加清洗喷枪的数量，并同时相应加大高压水的供水流量，可提高清洗效率。
作为本发明更进一步的改进，在该铁路罐车清洗机器人上采用双手臂对称分布结构，同时清洗罐车人孔两侧，机械手臂不需回转即可完成清洗工作，可提高清洗效率。
综上所述，本发明实现了人工扫描清洗的自动化，使清洗工作按照由上至下、由远离罐车人孔的端部封头处至人孔的正确顺序进行，既实现了高压水射流直接喷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过程中产生的污水二次污染。
下面将参照附图对本发明的具体实施方式
进行更加详细的说明，其中图1是根据本发明铁路罐车清洗机器人第一实施方式的示意性侧视图；图2是图1所示铁路罐车清洗机器人实施罐车的端部封头清洗时清洗轨迹的示意图；图3是图1所示铁路罐车清洗机器人实施罐体的内表面清洗时清洗轨迹的示意图；
图4是图1所示铁路罐车清洗机器人实施任意复杂曲线清洗时清洗轨迹的示意图；图5是根据本发明铁路罐车清洗机器人的另一实施方式的示意性侧视图；图6是根据本发明的铁路罐车清洗机器人的控制部分的示意图。
具体实施例方式
图1示出了本发明铁路罐车清洗机器人的第一种实施方式。清洗喷枪1在腕部四连杆机构13、液压缸和伺服阀配合14的作用下，绕轴摆动，高压水射流对被清洗表面实施水平直线扫描清洗。且在调整腕部摆动的液压缸和伺服阀配合2的作用下，清洗喷枪1随腕部一起绕轴摆动，实现水平直线扫描清洗轨迹由上至下推移，且推移过程中两相邻的水平直线扫描清洗轨迹之间存在微小重叠。图2示出了采用上述清洗方式清洗罐罐车端部封头时，水射流轨迹的分布情况，每个水射流轨迹的宽度为e，两个轨迹重叠区域为A。在清洗罐体时，清洗喷枪1在腕部四连杆机构13、液压缸和伺服阀配合14的作用下，绕轴摆动，高压水射流对被清洗表面实施水平直线扫描清洗。并且清洗喷枪1在旋转轴12、伺服液压马达11的作用下旋转，实现水平直线扫描清洗轨迹由上至下推移，且推移过程中两相邻的水平直线扫描清洗轨迹之间存在微小重叠。图3示出了采用上述清洗方式清洗罐体时，水射流轨迹的分布情况，每个水射流轨迹的宽度为e，两个轨迹重叠区域为A。由于罐体长度较长，需要分段清洗，在液压缸和伺服阀配合7的作用下，从动摆杆8和主动摆杆9慢速相对分开摆动，带动连杆组3慢速收拢，当臂部连杆组3慢速收拢时，带动清洗喷枪1沿直线回移，改变清洗喷枪1在罐体中轴线上的水平位置，完成罐车一半的清洗工作。机械手臂的机座5固定在罐车的人孔上，伺服电机4驱动旋转轴6回转，可以实现清洗喷枪1开始清洗工作前的找正，还可以反转180°，实现清洗喷枪换向，再重复进行上述清洗，从而完成罐车另一半的清洗工作。
通过自动控制单元，使旋转轴6、连杆组3、液压缸和伺服阀配合2、旋转轴12、四连杆机构13的动作有机复合，实现任意复杂曲线扫描清洗的轨迹，如图4所示。
图5示出了本发明铁路罐车清洗机器人的另一种实施方式。除了机械手臂的臂部结构不同于第一种实施方式外，铁路罐车清洗机器人的其它结构均是相同的。该臂部由关节15、17、19、20、22和臂杆16、18、21、23构成，各关节处设有伺服电机和传感器。
由于第二种实施方式采用多关节臂部结构，其与第一个实施方式相比，动作更灵活，工作更稳定，因此更容易实现复杂的清洗动作。
下面对根据本发明的铁路罐车机器人的自动控制单元进行简要的说明。
本发明铁路罐车清洗机器人的控制部分在整体结构上采用上位机与下位机的结构模式，以PC工控机作为上位机，以PLC作为下位机，通过通讯缆来完成上位PC机与下位PLC机的数据交换，从而实现既可现场操作又可上位机远程控制的全自动控制，整个控制单元示意性地如图6所示。
在上位PC机中，应用工业组态软件来完成界面的动态显示、历史数据报表和报警记录。下位机PLC采用SIMATIC产品，与现场的检测、执行、控制、显示部分相结合，完成数据采集，实现控制功能。通过整个控制单元，操作员既可以在现场面对设备进行手动的操作，又可以在微机室中面对工控机界面进行按键操作，两者都能完成本发明的预定目标，实现对设置在臂部及设置在腕部的各个驱动系统的交替地、顺序地致动。
对于本领域的普通技术人员而言，能够容易地想到其它优点和变型。因此，在更宽范围内的本发明并不限制于这里所显示和描述的特定细节和代表例子。因此，在不偏离由附属权利要求以及它们的等同物所限定的本发明的一般概念的精神和范围下，可以做出各种改变。
权利要求
1.一种铁路罐车清洗机器人，其包括清洗喷枪(1)和机械手臂，所述机械手臂具有机座(5)、臂部、腕部和驱动系统，所述驱动系统包括设置在所述腕部的使所述清洗喷枪绕轴摆动的腕部摆动驱动系统(13，14)和使所述清洗喷枪旋转的腕部转动驱动系统(12，11)，以及设置在所述臂部的使所述清洗喷枪随腕部水平移动的驱动系统(3，7，8，9)和调整腕部摆动的驱动系统(2)，其特征在于，所述机械手臂还包括控制单元，所述控制单元交替地致动所述腕部摆动驱动系统和所述臂部调整腕部摆动的驱动系统，所述清洗喷枪(1)在罐车的端部封头形成相邻有微小重叠区域的多条水平扫描清洗轨迹，所述控制单元随后交替地致动所述腕部摆动驱动系统和所述腕部转动驱动系统，所述清洗喷枪(1)在罐体的内表面上形成相邻有微小重叠区域的多条水平扫描清洗轨迹，并且所述控制单元致动所述使清洗喷枪随腕部水平移动的驱动系统(3，7，8，9)，推动所述清洗喷枪(1)沿着罐车的纵向做直线移动。
2.根据权利要求1所述的铁路罐车清洗机器人，其特征在于，所述腕部摆动驱动系统(13，14)为液压缸和伺服阀配合(14)以及腕部四连杆机构(13)。
3.根据权利要求1所述的铁路罐车清洗机器人，其特征在于，所述臂部调整腕部摆动的驱动系统(2)为液压缸和伺服阀配合、或伺服电机、或伺服液压马达。
4.根据权利要求1所述的铁路罐车清洗机器人，其特征在于，所述腕部转动驱动系统(12，11)为伺服电机或伺服液压马达。
5.根据权利要求1所述的铁路罐车清洗机器人，其特征在于，使所述清洗喷枪随腕部水平移动的驱动系统由动力装置、通过所述动力装置摆动的主动摆杆(9)和从动摆杆(8)、以及连杆组(3)构成，所述连杆组通过所述主动摆杆和从动摆杆的摆动而展开或收拢，从而推动所述喷枪(1)做直线运动。
6.根据权利要求5所述的铁路罐车清洗机器人，其特征在于，所述动力装置为液压缸和伺服阀配合或伺服电机或伺服液压马达(7)。
7.根据权利要求5或6所述的铁路罐车清洗机器人，其特征在于，所述主动摆杆(9)和从动摆杆(8)之间为齿轮传动，或者为橡胶摩擦轮传动。
8.根据上述任意一个权利要求所述的铁路罐车清洗机器人，其特征在于，还包括机座回转驱动系统(4)，其驱动旋转轴(6)回转，使清洗喷枪换向。
9.根据权利要求1-6中任意一个所述的铁路罐车清洗机器人，其特征在于，所述机械手臂对称分布，同时清洗罐车的人孔两侧。
10.一种应用如权利要求1所述的铁路罐车清洗机器人对罐车进行清洗的方法，其特征在于，清洗工作按照由远离罐车人孔的端部封头至罐车人孔、由罐车上方至罐车下方的顺序进行。
全文摘要
本发明涉及一种铁路罐车清洗机器人，包括清洗喷枪和机械手臂，机械手臂具有机座、臂部、腕部、设置在腕部的使清洗喷枪绕轴摆动的腕部摆动驱动系统和使清洗喷枪旋转的腕部转动驱动系统、设置在臂部的使清洗喷枪随腕部水平移动的驱动系统和调整腕部摆动的驱动系统，该机器人还包括控制单元，它交替地致动所述腕部摆动驱动系统和所述臂部调整腕部摆动的驱动系统，在罐车的端部封头形成相邻有微小重叠区域的多条水平扫描清洗轨迹，控制单元随后交替地致动所述腕部摆动驱动系统和所述腕部转动驱动系统，在罐体的内表面上形成相邻有微小重叠区域的多条水平扫描清洗轨迹，并且控制单元致动所述使清洗喷枪随腕部水平移动的驱动系统，推动清洗喷枪沿罐车的纵向做直线移动。
文档编号B25J9/02GK1919478SQ20061009230
公开日2007年2月28日 申请日期2006年6月1日 优先权日2006年6月1日
发明者程志学, 姜殿虹, 孙永军, 焦阳, 袁素梅, 赵雄, 王峰, 窦江林, 向海陵, 谢淼, 秦秀连, 左金海 申请人:北京九鼎绿环科技有限公司, 中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司炼油厂