加油机器人及加油站的制作方法

本发明涉及机器人领域，具体而言，涉及一种加油机器人及加油站。

背景技术：

当前，汽车已经成为现代人不可或缺的代步工具。而绝大多数汽车都是燃油汽车。由于汽车燃料储量的限定，车主需要定期加注燃油。作为一种传统的加油方式，汽车行驶至加油站去由专门负责的油站工作人员操作加油。在一些油站，也可以由车主自助加油。

但是，当油站工作人员或加油车辆过多时，需要车主进行排队等待，从而延长了车主等待以及加油的时间。另外，加油站一般备制有多套加油系统，且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。

因此，基于上述显示状况，一种具有自动化加油的机械设备是非常有必要的。然后，现有的期望能够达到一定程度上的自动化的众多加油机械设备都还存在实验室阶段。目前，大部分的加油机器人都是通过视觉识别功能，开启油盖，再将加油枪插入汽车油箱里，进行加油。但是，现有的加油机器人往往存在结构复杂、笨重，不方便操作的问题。

技术实现要素：

为改善、甚至解决现有技术中的至少一个问题，本发明提出了加油机器人及加油站。

本发明是这样实现的：

在第一方面，本发明实施例的提供了一种加油机器人。

一种加油机器人，用于对燃油车辆进行加油，包括：

导向组件，导向组件被构造来提供加油机器人的行走路径；

能够沿导向组件进行运动的行走机构，行走机构与导向组件相匹配连接；

连接至行走机构的加油组件，加油组件包括以相互邻近且能够分别独立地工作的机械手和注油器，机械手被构造来可选地开启或关闭燃油车辆的油箱盖，注油器具有吸气罩、加油管以及真空发生器，加油管设置于吸气罩内，真空发生器被构造来在吸气罩和加油管之间产生抽吸作用。

在其他的一个或多个示例中，行走机构具有升降台，加油组件连接于升降台，并能够被升降台驱动而进行升降运动。

在其他的一个或多个示例中，行走机构具有能够进行旋转运动的底座，底座能够移动地连接于导向组件，底座还与升降台连接，加油组件能够在底座和升降台的配合下进行独立或组合的升降运动和旋转运动。

在其他的一个或多个示例中，加油组件通过能够可选地伸长和缩短的伸缩臂与行走机构连接，机械手、注油器均连接于伸缩臂。

在其他的一个或多个示例中，伸缩臂通过旋转轴连接于行走机构。

在其他的一个或多个示例中，加油机器人具有被配置来捕捉油箱盖的视觉组件，视觉组件连接于行走机构和/或加油组件。

在其他的一个或多个示例中，机械手具有被构造来可控地抓取或释放油箱盖的接触件，接触件由柔性材料制作而成。

在其他的一个或多个示例中，机械手还设置有压力开关，压力开关被构造来控制接触件抓取油箱盖的力量。

在其他的一个或多个示例中，机械手还连接有触碰开关，触碰开关被构造来可选地控制接触件处于运动状态和停止状态；

运动状态下，在接触油箱盖之前接触件持续朝向油箱盖运动；停止状态下，在接触油箱盖时接触件停止向油箱盖靠近。

在第二方面，本发明实施例提供了一种加油站。

加油站设置有如前述的加油机器人。

有益效果：

本发明实施例提供的加油机器人具有结构更加简单、紧凑的特点，并且在使用在状态下空间占用小，因此，其能够更方便地安装和布置使用。另外，加油机器人具有能够独立地工作的注油器和机械手，两者可以互不干扰地且独立地自由工作，从而使得油箱盖的开启和关闭动作与注油动作能够被独立地自由施行，以确保加油的正常进行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的加油机器人的第一视角的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的加油机器人的第二视角的结构示意图；

图3示出了图1提供的加油机器人中的导向组件的结构示意图；

图4示出了图1提供的加油机器人中的行走机构的结构示意图；

图5示出了图4提供的行走机构的内部结构示意图；

图6示出了图1提供的加油机器人中的包含于加油组件的机械手的结构示意图；

图7示出了图1提供的加油机器人中的包含于加油组件的注油器的第一视角的结构示意图；

图8示出了图1提供的加油机器人中的包含于加油组件的注油器的第二视角的结构示意图；

图9示出了图1提供的加油机器人中的包含于行走机构的底座的结构示意图。

图标：100-加油机器人；102-导向组件；103-行走机构；104-加油组件；105-视觉组件；201-导轨电机；202-地面导轨；301-底座；302-外壳；401-滑动块；402-注油器；403-机械手；303-固定滑块；304-丝杠；305-旋转轴；306-内壳；307-升降台；308-电机固定底座；309-锥齿轮；310-中间壳体；404-伸缩电机；405-电机固定座；406-双目立体相机；601-升降丝杠；501-吸气罩；502-加油管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，在不矛盾或冲突的情况下，本发明的所有实施例、实施方式以及特征可以相互组合。在本发明中，常规的设备、装置、部件等，既可以商购，也可以根据本发明公开的内容自制。在本发明中，为了突出本发明的重点，对一些常规的操作和设备、装置、部件进行的省略，或仅作简单描述。

本实施例提供了一种能够被用来实现自动化加油的设备。更具体而言，这样一种加油的设备可以被称为加油机器人100。本实施例提供的加油机器人100主要被用来对汽车进行加油作业。应当指出的是，虽然本实施例中，加油机器人100是以对汽车进行加油而进行阐述的，但是，其也可以被用来对其他的然后设备进行加油作业。其具有的结构可以在本发明提供的加热有机器人的基础上进行一定的改进，例如，尺寸的改变，各个部件的相对大小的调整等等，这样的一些常规的调整，均应被包含在本发明的保护范围之内。

以下，将结合附图，如图1至图9，对本实施例的加油机器人100进行说明。

加油机器人100被提供来对燃油车辆进行加油。具体工作时，车辆可以行驶至设置有加油机器人100的区域，加油机器人100在满足适当的条件(如付款操作被执行)下即可启动进行加油作业。

参阅图1和图2，加油机器人100主要包括导向组件102、行走机构103、加油组件104。其中，导向组件102是加油机器人100的主要固定(一般在使用中不被移动)的部件。一般地，当导向组件102被固定设置后，其通常不会被再次移动，仅仅在需要对加油机器人100进行重新安装，或者需要调试、维护或拆卸等情况下对其进行一定限度的移动。

导向组件102主要是用来规范或确定加油机器人100的部分甚至全部的可移动部件的作为整体的运动路径或者轨迹。例如，使加油机器人100能够从一辆车运动至另一辆车。一些示例中，导向组件102可以形成龙门架的样式，或者关节样式。或非正交姿态结构，或如图3所示的地面导轨202式(本实施例中所采用的实现方式)。

可以知道的是，作为一种导向组件102的实现方式，地面导轨202能够被小范围地设置或者大范围地设置，具体可以根据加油机器人100的使用场合来选择。例如，当加热机器人被使用来对少量车辆加油时，地面导轨202可以被设置的更短。当需要对多辆车进行加油时，地面导轨202可被设置得更长。另外，地面导轨202可以是直轨，如图3所示。地面导轨202也可以是弯轨，如弧形轨、环形轨等等。

地面导轨202(或称固定导轨)整体与地面固定，电机(导轨电机201)通过丝杠304带动固定滑块303沿导轨方向运动。固定滑块303与导轨间通过凹槽咬合，防止滑动。

正如前述，导向组件102被构造来提供加油机器人100的行走路径。因此，加油机器人100的运动可以被导向组件102来规范，或者进一步地由设置在导向组件102的部件来驱动。在本实施例中，地面导轨202设置有如前述的导轨电机201。导轨电机201通过联轴器与丝杠304连接。丝杠304连接有固定滑块303，固定滑块303与地面导轨202的凹槽咬合，避免滑动。电机启动丝杠304运动，从而带动固定滑块303运动。与之相适应和匹配的，加油机器人100的其他的作为整体来运动的部分连接在前述的固定滑块303连接，实现由固定滑块303驱动的运动。

行走机构103能够沿导向组件102进行运动。相应地，行走机构103与导向组件102相匹配连接。行走机构103是作为提供使加油机器人100的部分运动部件运动的机械结构。行走机构103可以包括如前述的电机、联轴器、丝杠304、固定滑块303等等。

行走机构103与加油组件104连接，以便加油组件104能够在自身非运动或运动的状态下随同行走机构103一并沿导向组件102规范的方向或路径运动。如前述，行走机构103具有以上电机、联轴器、丝杠304、固定滑块303部件。因此，在更详实的阐述中，加油组件104是连接在如图3所示的固定滑块303的。其可以直接地连接在固定滑块303，或者通过中间转接件或中间连接件连接于固定滑块303。

因此，在这样的示例中，行走机构103提供了加油机器人100在水平方向的直线或弯曲的曲线运动的动力，例如针对地面导轨202为环形轨的情况，(可以被称之为加油机器人100具有第一自由度)。

所述的中间连接件例如可以是包含于行走机构103的如图5所示的升降台307。加油组件104连接于升降台307，并能够被升降台307驱动而进行升降运动。升降台307可以是通过气缸或液压缸连接的平台(面板或块体)构成。或者，升降台307是由电机驱动的部件构成。在本实施例中，升降台307具有可相互滑动的内壳306和外壳302。其中外壳302的一端与固定滑块303连接，外壳302的其余部分能够与内壳306相互可滑动地配合。外壳302内(底部)设置直线电机，直线电机的上部连接内壳306的底部，从而通过直线电机来驱动内壳306相对外壳302滑动。因此，在这样的示例中，行走机构103提供了加油机器人100在竖直方向的直线运动(可以被称之为加油机器人100具有第二自由度)。更好地，外壳和内壳通过凹槽咬合连接，使外壳上升时更稳定。

进一步地，行走机构103具有能够进行旋转运动的如图9所示的底座301，底座301能够移动地连接于导向组件102。本实施例中，底座301(或者被称为旋转底座301)连接在以上所述的固定滑块303。底座301内部设置电机，其可绕中心轴旋转。另外，底座301还与升降台307连接，从而使得升降台307也能够进行旋转。即包含于行走机构103的外壳302与连接底座301，外壳302与内壳306及其内部构件能够随底座301转动。在这样的示例中，行走机构103提供了加油机器人100在水平方向的旋转运动或回转运动(可以被称之为加油机器人100具有第三自由度)。

结合以上的设计，加油组件104能够在底座301和升降台307的配合下进行独立或组合的升降运动和旋转运动。即，加油组件104能够只进行升降运动，或者只进行旋转运动，或者，同时进行旋转运动和升降运动。更进一步地，结合以上的如图3所示的固定滑块303，加油组件104还能够实现只进行升降运动，或者只进行旋转运动，或者只进行沿地面导轨202运动，或者，加油组件104能够同时进行旋转运动和升降运动以及沿地面导轨202运动。

更进一步的改进中，内壳306中设置如图5所示的电机固定底座308。电机固定底座308上方连接有电机，电机固定底座308通过螺栓与内壳306固定。电机固定底座308内部形状与电机外形相匹配，防止电机滑动，电机主轴上方固定连有如图5所示的锥齿轮309。锥齿轮309啮合另一个设置于旋转轴305的锥齿轮309，并且旋转轴305与加油组件104连接。如此，加油组件104还可以在内壳306和/或外壳302的轴线延伸方向(本实施例中为竖直方向)进行一定的幅度的摆动，或者甚至是转动。这样的示例中，前述的电机可以是能够输出正向旋转和反向旋转的机械。

加油组件104连接至行走机构103，且能够在行走机构103的带动下进行运动。参与图1和图2，加油组件104包括以相互邻近且能够分别独立地工作的机械手403和注油器402。机械手403和注油器402能够相互独立地工作，从而可以避免彼此之间的干扰。基于这样的要求，机械手403和注油器402可被分别独立地设计和制造、安装。

其中，机械手403被构造来可选地开启或关闭燃油车辆的油箱盖(更具体而言是油箱的内盖)。机械手403可通过姿态的调整结合空间位置的改变(如前述的升降运动、旋转运动以及沿导轨的运动)来更快速地和具有针对性地对油箱的内盖进行开启和关闭作业。更好地，机械手403具有被构造来可控地抓取或释放油箱盖的接触件，接触件由柔性材料制作而成。柔性材质的接触件可以减少、甚至避免对油箱盖的不利的损害。根据油箱盖的开启方式，接触件可以被设计为各种需要的结构。例如，油箱盖具有按压式的启闭结构，则接触件可以是一个柱状、或圆盘等结构。或者，油箱盖具有一种旋转式的启闭结构，则接触件可以是一个吸盘式结构，或者喇叭形结构，且能够与油箱盖更好地接触，并且能够提供在非脱落状态下旋转油箱盖的作用力。

改进例中，机械手403还设置有压力开关。压力开关被构造来控制接触件抓取油箱盖的力量。因此，当接触件与油箱盖之间的相对作用力过大时，压力开关可以调节(减小甚至消除)接触件所施加于油箱盖的压力，从而防止表面油箱盖的损坏。

当然，一些示例中，当接触件与油箱盖之间的压力过小而无法被用于启闭油箱盖时，压力开关可以不工作，从而运动接触件会持续地施加更大至期望的能够开启油箱的内盖的作用力于油箱。或者，压力开关工作例如发出指令以使接触件持续地接近油箱盖。

另外，在一些示例中，当接触件可通过与油箱盖短暂的接触(例如按压动作)，而非持续的挤压作用力即可使油箱盖被启闭时，机械手403可连接触碰开关。触碰开关被构造来可选地控制接触件处于运动状态和停止状态。

运动状态下，在接触油箱盖之前接触件持续朝向油箱盖运动；停止状态下，在接触油箱盖时接触件停止向油箱盖靠近。

参阅图1、图2以及图7、图8，注油器402具有吸气罩501、加油管以及真空发生器。其中，加油管502设置于吸气罩501内。真空发生器被构造来在吸气罩501和加油管502之间产生抽吸作用。真空罩可以与车辆的油箱部分(如油箱的外盖)贴合，并结合抽气作用使吸气罩501紧密贴附在车体上(例如车辆油箱的外盖)，从而打开外盖。再通过机械手403打开与油箱内盖。加油管502伸入至油箱内部，确保加油安全。加油管502还可设置电磁阀，以便对加油量进行控制。包含吸气罩的注油器整体可向上翻转。当机械手拧油箱内盖时，吸气罩向上翻转。当需要打开油箱外盖和给汽车加油时，吸气罩整体向下翻转(吸气罩整体长度长于机械手)。吸气罩前端有触碰开关，前端为柔性材料。

大体上，注油器402具有两个功能，一是吸气罩501用于开启或关闭燃油车辆的油箱外盖，二是加油管502用来注油。

通过加油组件104的机械手403和注油器402配合，先通过吸气罩打开油箱外盖，再通过机械手403打开油箱内盖，进一步地通过注油器402的加油管502来注油。

基于以上的阐述，加油组件104被连接在行走机构103，并能够结合不同的构件进行多种复杂的运动，或者根据需要作独立的一种方式的运动，以对姿态和空间位置进行调节(可以是微调)。

作为一种改进，参阅图6，加油组件104通过能够可选地伸长和缩短的伸缩臂与行走机构103连接，更具体而言，伸缩臂通过前述的如图4和图5所示的旋转轴305连接于行走机构103。机械手403、注油器402均连接于伸缩臂。如图6，伸缩臂可以通过电机固定座405设置伸缩电机404。伸缩电机404连接升降丝杠601和光轴(光滑轴)。升降丝杠601和光轴还连接滑动块401，所述的滑动块401是被使用来通过前述的旋转轴305配合来进行使加油组件104能够进行中钟摆或转动的部件。滑动块401与行走机构103的内壳306连接，并相对地静止，因此，当电机驱动升降丝杠601转动时，升降丝杠601还能够与伸缩电机404一并在竖直方向运动，相应地，也带到机械手403、注油器402升降运动(在竖直方向)。

为了获得对现场(如车辆，油箱、油箱盖)等的确认，加油机器人100具有被配置来捕捉油箱盖的如图1所示的视觉组件105。视觉组件105连接于行走机构103和/或加油组件104。在本实施例中，视觉组件105包括设置在行走机构103的内壳306的端部(远离导向组件102)的深度摄像机，如图1所示。通常地，视觉组件105可以通过中间件(中间壳体310)来与内壳306的端部连接。此外，中间壳体310还可以用来部分地容纳旋转轴305和锥齿轮309。

进一步地，如图6所示，视觉组件105还可以包括连接在伸缩臂的端部且邻近机械手403的双目立体相机406。双目立体相机406具有与机械手403的接触件的相同的朝向，从而可以在接触件启闭油箱盖或注油器402加油时对油箱进行视觉上的观察。上述的相机可采用其他种，如双目立体视觉相机、单目相机或深度摄像头。另外，视觉组件105还可以采用其他实现方式，例如激光、雷达、红外线等等。更好地，多种视觉组件105的实现方式进行组合，可以是达到更准确和高效的观测，当然，这样的一种组合可能带来成本的上的提升。当然，当各种敏感元件的价格的下降，采用多个视觉组件105是更好的选择。

一种用例中，加油机器人100的使用通过如下的流程被展示。车主在车内将车油箱外盖打开(例如开启锁止机构，使外盖处于能够被开启的状态)，然后将车熄灭-深度摄像头识别油箱外盖位置-机器人主体移至油箱外盖位置处-吸气罩501将油箱外盖吸住打开-双目立体视觉相机识别油箱盖位姿-机械手403打开油箱内盖-吸气罩501内部的油管插入加油口内，电磁阀打开开始加油-加油完毕后电磁阀关闭，机械手403将油箱内盖拧上-吸气罩501吸住油箱外盖将其关闭。

本发明实施例提供的加油机器人至少具有以下优点：

对于油箱盖外部空间狭小的情况，实施例中所提供机械手操作油箱盖方便。行走于导向组件时，在受力的情况下，行走机构和加油组件的位移依然能够保持相当程度的一致和统一。注油器和机械手相对独立、无干扰地进行工作，因此，加油操作更便利。加油机器人具有多个自由度，并能够进行复杂的空间位置和姿态调整，可以适应任意油箱高度、任意距离处汽车的加油需求。

其中，通过深度摄像机能够减小光照的影响，更精准的识别出物体的轮廓。可翻转吸气罩可实现不同操作之间的切换。当机械手拧油箱盖时，吸气罩向上翻转。当需要打开油箱外盖和给汽车加油时，吸气罩整体向下翻转。加油管和吸气罩结合在一起，实现了一个部件多用。通过固定底座、旋转底座、升降底座、旋转轴、伸缩臂的自由度组成(无盲点)，可实现对目标内任意车辆实施加油。地面导轨整体与地面固定，电机通过丝杠带动固定滑块沿图示导轨方向运动。固定滑块与导轨间通过凹槽咬合，防止滑动。伸缩臂末端有机械爪，机械爪前端为柔性材料，机械爪前端有触碰开关，防止刮伤车辆。机械爪掌中有压力开关，以适当力度抓住油箱内盖并拧开。机械爪末端通过联轴器与电机相连。深度摄像机识别油箱外盖位置，双目立体相机识别油箱盖位姿，做到依次识别，油箱盖上有多个(如3个，或四个)标志明显的点。

基于以上的加油机器人100，本发明实施例中还提供了一种加油站。加油站设置有前述的加油机器人100。加油站可以是开放式的设计，即通过围栏或墙体等规划出一个区域，将加油机器人100的导向组件102铺设在前述的区域中特定的部分。储油罐、油泵等提供燃油的部件被固定地设置于另一相对独立和安全的区域。加油机器人100的加油管502通过管道系统与储油罐等连接。

或者，加油站设置门禁系统。通过门禁系统限制指定的车辆进入。换言之，通过门禁系统对车辆进行筛选，以便满足放行加油机器人100的设计使用对象的车辆。

或者，加油站还可根据需要设计缴费系统。缴费系统包括基座和立柱。立柱内设置具有空腔以及容纳各种电子元器件，并通过显示器提供与用户的交互界面。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。