一种用于罐车的全自动化对位鹤管的制作方法

1.本发明涉及石油机械臂的智能化技术领域，具体涉及一种用于罐车的全自动化对位鹤管。


背景技术：

2.鹤管是石化行业流体装卸过程中的专用设备，又称流体装卸臂。它采用旋转接头与刚性管道及弯头连接起来，以实现火车、汽车槽车与栈桥储运管线之间传输液体介质的活动设备，以取代老式的软管连接，具有很高的安全性，灵活性及寿命长等特点。
3.传统鹤管的操作过程中，需要工作人员在每次罐装时利用人力牵引鹤管达到指定位置，劳动强度大，很容易产生疲劳，发生事故，并且手动对接的速度也十分缓慢，效率很低。
4.随着信息科技的高速发展，未来人工智能应为社会科技进步的主要发展方向。自动化鹤管是未来智能炼化企业的重要组成部分。目前较为先进的半自动化鹤管，也是需要人工遥控操作，容易产生对位不准，角度确定难度大等问题。
5.并且在对位的过程中由于鹤管自身的结构重量导致自动化运动较为缓慢，相比较人工对位单个管位效率并没有显著增长，只能通过多个鹤管同时自动化对位来提高整体效率；如果直接提高自动化运行速度会导致鹤管的自由端剧烈摆动，继而导致无法完成对位，严重的甚至会损坏设备结构，很难实现提高单个鹤管的对位效率。


技术实现要素：

6.针对上述问题本发明提供了一种用于罐车的全自动化对位鹤管，目的是为了解决上述背景技术中提出的单个鹤管无法快速稳定自动化对位的技术问题。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于罐车的全自动化对位鹤管，包括安装立柱、激光雷达、主服务器和plc控制器，所述安装立柱的下部一侧设有接口，所述接口的一端法兰连接第一角度感知旋转接头的一端，所述第一角度感知旋转接头的另一端法兰连接内臂的一端，所述内臂的另一端法兰连接第二角度感知旋转接头，所述内臂的另一端设有第一角动量驱动机构，所述第二角度感知旋转接头的另一端法兰连接中间弯管的一端，所述中间弯管的另一端法兰连接角度调节旋转接头的一端，所述角度调节旋转接头的另一端法兰连接外臂的一端，所述外臂的另一端法兰连接第一旋转接头的一端，外臂的另一端设有第二角动量驱动机构，所述第一旋转接头的另一端法兰连接出口弯管的一端，所述出口弯管和所述中间弯管分别设于限位连杆的两端，所述出口弯管的另一端法兰连接垂直管总成，所述垂直管总成的中部设有密封盖总成，所述激光雷达电性连接所述主服务器，所述主服务器电信连接所述plc控制器，所述plc控制器电信连接所述第一角度感知旋转接头、所述第二角度感知旋转接头、所述第一角动量驱动机构、所述角度调节旋转接头和所述第二角动量驱动机构。
8.进一步的，所述第一角度感知旋转接头和所述第二角度感知旋转接头结构完全相
同，均包括第二旋转接头，所述第二旋转接头的下部设有感知支架，所述感知支架的一侧设有编码器，所述编码器的执行端同轴连接编码齿轮，所述编码齿轮咬合连接感知齿轮，所述感知齿轮同轴连接所述第二旋转接头的上部。
9.进一步的，所述角度调节旋转接头包括第三旋转接头，所述第三旋转接头的固定端设有角度调节驱动支架，所述角度调节驱动支架的下部转动连接角度调节驱动蜗杆，所述角度调节驱动支架的一端设有角度调节驱动电机，所述角度调节驱动电机的输出端同轴连接所述角度调节驱动蜗杆，所述角度调节驱动蜗杆咬合连接角度调节驱动蜗轮，所述角度调节驱动蜗轮设于所述第三旋转接头的转动端。
10.进一步的，所述角度调节驱动电机，所述角度调节驱动电机为伺服电机与减速器的组合。
11.进一步的，所述第一角动量驱动机构和所述第二角动量驱动机构结构完全相同，均包括安装座，所述安装座的内部设有夹紧胶垫，所述安装座通过多个夹紧螺栓夹紧内外臂，所述安装座的下部设有固定收紧辊，所述固定收紧辊的两端分别滑动连接于所述安装座的下部两侧，所述固定收紧辊的两端分别设有收紧拉簧，多个所述收紧拉簧的另一端分别设于所述安装座的上部两侧，所述安装座的一端内部设有偏转驱动机构，所述偏转驱动机构的中部设于动量轮机构的一端，所述动量轮机构的一端转动连接于所述安装座的一端。
12.进一步的，所述安装座的中部设有偏转轴稳定块，所述偏转轴稳定块转动连接所述动量轮机构的一端，所述安装座的下部两侧分别开设有收紧滑槽，多个所述收紧滑槽的内部分别滑动连接所述固定收紧辊的两端。
13.进一步的，所述夹紧胶垫包括缓冲胶块，所述缓冲胶块的两端对称设有防滑胶垫。
14.进一步的，所述偏转驱动机构包括偏转驱动电机，所述偏转驱动电机的输出端同轴连接偏转驱动蜗杆，所述偏转驱动蜗杆的两端分别转动连接蜗杆固定块，多个所述蜗杆固定块均设于所述安装座的一端内部，所述偏转驱动蜗杆咬合连接偏转驱动蜗轮，所述偏转驱动蜗轮的中部同轴连接于所述动量轮机构的一端。
15.进一步的，所述动量轮机构包括动量轮偏转座，所述动量轮偏转座的一端设有角动量偏转轴，所述角动量偏转轴转动连接于所述安装座的一端，所述角动量偏转轴的中部同轴连接所述偏转驱动机构的中部，所述动量轮偏转座的另一端设有外转子无刷电机，所述外转子无刷电机的中部同轴连接动量轮本体，所述动量轮本体的两侧分别设有多个配重单元。
16.进一步的，所述配重单元包括配重块，所述配重块的一侧一端设有配重固定螺栓，所述配重块的另一端开设有配重螺栓孔。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.通过激光雷达的机器视觉来构建系统，多个动量驱动机构的偏转分别驱动内臂和外臂水平方向的转动，并通过多个角度感知旋转接头实时获取转动角度，同时在动量驱动机构的作用下保持整体结构的稳定性，实现提高对位速度的同时减少整体结构的晃动；通过角度调节旋转接头矢量驱动外臂垂直方向的转动，整体运动实现自动化矢量操控，大大提高了鹤管自动化对位的效率。
附图说明
19.图1是本发明外观结构示意图；
20.图2是本发明外观结构正视示意图；
21.图3是本发明外观结构俯视示意图；
22.图4是本发明角度感知旋转接头结构示意图；
23.图5是本发明角度感知旋转接头结构拆分示意图；
24.图6是本发明角度调节旋转接头结构示意图；
25.图7是本发明角度调节旋转接头结构拆分示意图；
26.图8是本发明角动量驱动机构结构示意图；
27.图9是本发明角动量驱动机构结构拆分示意图；
28.图10是本发明安装座结构剖切示意图；
29.图11是本发明动量轮机构结构拆分示意图。
30.图中：10、安装立柱；20、接口；30、第一角度感知旋转接头；301、第二旋转接头；302、感知支架；303、编码器；304、编码齿轮；305、感知齿轮；40、内臂；50、第二角度感知旋转接头；60、第一角动量驱动机构；601、安装座；6011、偏转轴稳定块；6012、收紧滑槽；602、夹紧胶垫；6021、缓冲胶块；6022、防滑胶垫；603、夹紧螺栓；604、固定收紧辊；605、收紧拉簧；606、偏转驱动机构；6061、偏转驱动电机；6062、偏转驱动蜗杆；6063、蜗杆固定块；6064、偏转驱动蜗轮；607、动量轮机构；6071、动量轮偏转座；6072、角动量偏转轴；6073、外转子无刷电机；6074、动量轮本体；6075、配重单元；60751、配重块；60752、配重固定螺栓；60753、配重螺栓孔；70、中间弯管；80、角度调节旋转接头；801、第三旋转接头；802、角度调节驱动支架；803、角度调节驱动蜗杆；804、角度调节驱动电机；805、角度调节驱动蜗轮；90、外臂；100、第一旋转接头；110、第二角动量驱动机构；120、出口弯管；130、限位连杆；140、垂直管总成；150、密封盖总成。
具体实施方式
31.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更加全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本发明公开的内容更加透彻全面。
32.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上也可以存在居中的元件，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
33.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
34.实施例，请着重参考图1-3，一种用于罐车的全自动化对位鹤管，包括安装立柱10、激光雷达、主服务器和plc控制器，所述安装立柱10的下部一侧设有接口20，所述接口20的一端法兰连接第一角度感知旋转接头30的一端，所述第一角度感知旋转接头30的另一端法
兰连接内臂40的一端，所述内臂40的另一端法兰连接第二角度感知旋转接头50，所述内臂40的另一端设有第一角动量驱动机构60，所述第二角度感知旋转接头50的另一端法兰连接中间弯管70的一端，所述中间弯管70的另一端法兰连接角度调节旋转接头80的一端，所述角度调节旋转接头80的另一端法兰连接外臂90的一端，所述外臂90的另一端法兰连接第一旋转接头100的一端，外臂90的另一端设有第二角动量驱动机构110，所述第一旋转接头100的另一端法兰连接出口弯管120的一端，所述出口弯管120和所述中间弯管70分别设于限位连杆130的两端，所述出口弯管120的另一端法兰连接垂直管总成140，所述垂直管总成140的中部设有密封盖总成150，所述激光雷达电性连接所述主服务器，所述主服务器电信连接所述plc控制器，所述plc控制器电信连接所述第一角度感知旋转接头30、所述第二角度感知旋转接头50、所述第一角动量驱动机构60、所述角度调节旋转接头80和所述第二角动量驱动机构110，该设备基于激光雷达的机器视觉来构建系统，首先在激光雷达的扫描下获取被检油罐车灌口点云图，然后主服务器对采集到的灌口点云图进行处理与识别，完成灌口的定位，接着将得到的灌口的位置信息通过算法软件计算出鹤管的运动轨迹，通过plc控制器分别控制第一角动量驱动机构60、角度调节旋转接头80和第二角动量驱动机构110协同驱动，从而完成对位。
35.其中激光雷达可以改进利用识别效果更好的3d视觉系统，结合工业相机和激光雷达的优势，共同识别目标，以期望达到更好的定位效果，并摆脱激光雷达定位中的辅助反光片。
36.其中plc控制器可以根据需要更换为pcb电路板，从而提高生产效率、降低成本。
37.实施例，请着重参考图4-5，所述第一角度感知旋转接头30和所述第二角度感知旋转接头50结构完全相同，均包括第二旋转接头301，所述第二旋转接头301的下部设有感知支架302，所述感知支架302的一侧设有编码器303，所述编码器303的执行端同轴连接编码齿轮304，所述编码齿轮304咬合连接感知齿轮305，所述感知齿轮305同轴连接所述第二旋转接头301的上部，此设计通过感知齿轮305与第二旋转接头301的转动端同步转动，继而带动编码齿轮304转动，进而带动编码器303的执行端转动，从而获取第二旋转接头301的转动角度。
38.实施例，请着重参考图6-7，所述角度调节旋转接头80包括第三旋转接头801，所述第三旋转接头801的固定端设有角度调节驱动支架802，所述角度调节驱动支架802的下部转动连接角度调节驱动蜗杆803，所述角度调节驱动支架802的一端设有角度调节驱动电机804，所述角度调节驱动电机804的输出端同轴连接所述角度调节驱动蜗杆803，所述角度调节驱动蜗杆803咬合连接角度调节驱动蜗轮805，所述角度调节驱动蜗轮805设于所述第三旋转接头801的转动端，所述角度调节驱动电机804，所述角度调节驱动电机804为伺服电机与减速器的组合，此设计通过角度调节驱动电机804带动角度调节驱动蜗杆803转动，继而通过角度调节驱动蜗轮805带动第三旋转接头801的转动端转动，从而矢量驱动第三旋转接头801的转动角度。
39.实施例，请着重参考图8-9，所述第一角动量驱动机构60和所述第二角动量驱动机构110结构完全相同，均包括安装座601，所述安装座601的内部设有夹紧胶垫602，所述夹紧胶垫602包括缓冲胶块6021，所述缓冲胶块6021的两端对称设有防滑胶垫6022，所述安装座601通过多个夹紧螺栓603夹紧内外臂，所述安装座601的下部设有固定收紧辊604，所述固
定收紧辊604的两端分别滑动连接于所述安装座601的下部两侧，所述固定收紧辊604的两端分别设有收紧拉簧605，多个所述收紧拉簧605的另一端分别设于所述安装座601的上部两侧，所述安装座601的一端内部设有偏转驱动机构606，所述偏转驱动机构606包括偏转驱动电机6061，所述偏转驱动电机6061的输出端同轴连接偏转驱动蜗杆6062，所述偏转驱动蜗杆6062的两端分别转动连接蜗杆固定块6063，多个所述蜗杆固定块6063均设于所述安装座601的一端内部，所述偏转驱动蜗杆6062咬合连接偏转驱动蜗轮6064，所述偏转驱动蜗轮6064的中部同轴连接于所述动量轮机构607的一端，所述偏转驱动机构606的中部设于动量轮机构607的一端，所述动量轮机构607的一端转动连接于所述安装座601的一端，此设计通过动量轮机构607的运行使内臂40或外壁90始终保持稳定，通过偏转驱动电机6061带动偏转驱动蜗杆6062转动，继而通过偏转驱动蜗轮6064带动动量轮机构607实现偏转，利用角动量守恒原理，从而带动内臂40或外壁90水平转动。
40.实施例，请着重参考图10，所述安装座601的中部设有偏转轴稳定块6011，所述偏转轴稳定块6011转动连接所述动量轮机构607的一端，所述安装座601的下部两侧分别开设有收紧滑槽6012，多个所述收紧滑槽6012的内部分别滑动连接所述固定收紧辊604的两端。
41.实施例，请着重参考图11，所述动量轮机构607包括动量轮偏转座6071，所述动量轮偏转座6071的一端设有角动量偏转轴6072，所述角动量偏转轴6072转动连接于所述安装座601的一端，所述角动量偏转轴6072的中部同轴连接所述偏转驱动机构606的中部，所述动量轮偏转座6071的另一端设有外转子无刷电机6073，所述外转子无刷电机6073的中部同轴连接动量轮本体6074，所述动量轮本体6074的两侧分别设有多个配重单元6075，所述配重单元6075包括配重块60751，所述配重块60751的一侧一端设有配重固定螺栓60752，所述配重块60751的另一端开设有配重螺栓孔60753，此设计通过外转子无刷电机6073带动动量轮本体6074垂直转动，通过偏转驱动机构606带动角动量偏转轴6072偏转，继而通过动量轮偏转座6071带动垂直转动中的动量轮本体6074偏转，利用角动量守恒原理，从而带动内臂40或外壁90水平转动。
42.操作原理：基于激光雷达的机器视觉来构建系统，首先在激光雷达的扫描下获取被检油罐车灌口点云图，然后主服务器对采集到的灌口点云图进行处理与识别，完成灌口的定位，接着将得到的灌口的位置信息通过算法软件计算出鹤管的运动轨迹，通过plc控制器分别控制第一角动量驱动机构60、角度调节旋转接头80和第二角动量驱动机构110协同驱动；通过外转子无刷电机6073带动动量轮本体6074垂直转动，使内臂40或外壁90始终保持稳定，通过偏转驱动电机6061带动偏转驱动蜗杆6062转动，继而通过偏转驱动蜗轮6064带动动量轮机构607实现偏转，利用角动量守恒原理，从而带动内臂40或外壁90水平方向的转动；通过感知齿轮305与第二旋转接头301的转动端同步转动，继而带动编码齿轮304转动，进而带动编码器303的执行端转动，从而获取第二旋转接头301的转动角度，即内臂40或外壁90的旋转角度，并反馈给plc控制器，及时修正；通过角度调节驱动电机804带动角度调节驱动蜗杆803转动，继而通过角度调节驱动蜗轮805带动第三旋转接头801的转动端转动，从而矢量驱动第三旋转接头801的转动角度，即外壁90垂直方向的转动角度；从而实现鹤管自动化快速对位。
43.上述结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的这种非实质改进，或未经改进将
本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。