一种多关节流体装卸臂

技术领域

本发明涉及流体装卸臂技术领域，具体为一种多关节流体装卸臂。

背景技术

在石油化工装卸行业中，由于装卸车等工作需要将装卸垂管深入到罐车中进行装卸作业，在操作和作业的环境、条件、难度等方面都有着很高的要求，因此，流体装卸臂在装卸过程中对使用安全和便于操作等方面具备较高的要求，具体地说，对于多关节流体装卸臂工作时，需要装卸臂具备多个摆臂、多自由度、足够的稳定性和灵活性，以便完成流体的装卸工作；

在石油化工的流体装卸中，通常由传统的人工调节来控制装卸臂鹤管并装卸装置，虽然现有的流体装卸臂已经可以进行较好的调节和装卸作业，但多关节的调节和操控依旧对人工操作的熟练度提出了较高的要求，进而导致用人的培养成本较高，不能方便且快速安全的进行装卸作业。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多关节流体装卸臂，具备便于调节的优点，解决了现有流体装卸臂的多关节调节和操控依旧对人工操作的熟练度提出了较高的要求，进而导致用人的培养成本较高，不能方便且快速安全进行装卸作业的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多关节流体装卸臂，包括基座本体，所述基座本体的顶部设置有水平旋转机构，所述水平旋转机构的一侧设置有垂直旋转机构，所述垂直旋转机构包括第二伺服电机和第三伺服电机，所述第二伺服电机和第三伺服电机的一侧均设置有调节机构，所述调节机构的一侧设置有密封机构，所述基座本体的表面连通有进料管。

优选的，所述水平旋转机构包括第一伺服电机，所述第一伺服电机的输出轴通过减速器传动连接有旋转平台，所述垂直旋转机构还包括承载平台，所述承载平台与旋转平台通过连接杆固定连接。

优选的，所述调节机构包括第一连接板，所述承载平台的输出端通过减速机与第一连接板的一端传动连接，所述第一连接板的另一端通过转轴活动连接有第一连杆，所述第一连杆的一端通过转轴活动连接有第一摆臂。

优选的，所述调节机构还包括第二摆臂，所述第二伺服电机的输出端通过减速机传动连接有金属板，且金属板的一侧与第二摆臂固定连接，所述第二摆臂的一端活动连接有第二连接板，所述第二连接板的一侧通过连接杆与第一摆臂的一侧固定连接，所述第二连接板的一侧通过转轴活动连接有第三连杆，所述第三连杆的一端通过转轴活动连接有第三连接板，所述第一摆臂的一端与第三连接板通过轴承活动连接，所述第二连接板的另一侧通过转轴活动连接有第二连杆，所述第二连杆的一端通过转轴与承载平台活动连接。

优选的，所述旋转平台顶部的一侧连通有导管，所述导管与第二摆臂的下端活动连接，且与第二摆臂的内腔连通，所述第二摆臂的一端贯穿第二连接板与第一摆臂的内腔连通。

优选的，所述密封机构包括检测单元，所述检测单元的底部连通有连接管，所述连接管的下端连通有连接头，所述连接头底部的四周均固定连接有密封块，所述连接头的表面固定连接有第二测距传感器。

优选的，所述检测单元包括固定板，所述固定板的顶部通过弹簧活动连接有缓冲台，所述缓冲台的顶部连通有弯管，且弯管的一端贯穿第三连接板与第一摆臂连通，所述缓冲台表面的一侧通过延长杆固定连接有红外传感器，所述缓冲台表面的两侧均固定连接有倾角传感器，所述缓冲台表面上端的一侧固定连接有第一测距传感器。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明通过设置基座本体为设备提供基础的支撑，同时配合进料管为设备提供连接口，以便进行流体的装卸作业，通过设置水平旋转机构为设备提供水平旋转功能，可以带动垂直旋转机构、调节机构和密封机构进行旋转调节，完成角度调节作业，通过设置垂直旋转机构配合调节机构可以进行角度和回转的驱动控制，以此通来实现装卸臂的三维空间运动，并且该设备可以配合外部PLC控制器的控制根据编程设定进行特定的运动路线，以及对位的控制，其中密封机构的设置中包含多种传感器，配合外部PLC控制器的控制实现系统识别罐口、自动对位、自动运行到装卸姿态和自动复位等，从而实现流体在装卸过程中的自动化，以减少工作人员，提高流体在装卸过程中的效率和安全性，调节机构中每段臂的长度比较长，因此其工作的覆盖范围比较大，可实现两个装卸位共用一台装卸臂，与目前市面上存在的装卸臂相比较结构简单，所占空间较小，材料成本以及驱动模块的减少，因此该机器的成本相对于其他类型的装卸臂成本降低。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明基座本体的后视立体结构示意图；

图3为本发明固定板的立体结构示意图；

图4为本发明连接头的立体结构示意图。

图中：1、基座本体；2、水平旋转机构；21、第一伺服电机；22、旋转平台；3、垂直旋转机构；31、承载平台；32、第二伺服电机；33、第三伺服电机；4、调节机构；41、第一连接板；42、第一连杆；43、第一摆臂；44、第二摆臂；45、第二连接板；46、第三连杆；47、第三连接板；48、第二连杆；5、密封机构；51、检测单元；511、固定板；512、缓冲台；513、红外传感器；514、倾角传感器；515、第一测距传感器；52、连接管；53、连接头；54、密封块；55、第二测距传感器；6、导管；7、进料管。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明的基座本体1、水平旋转机构2、第一伺服电机21、旋转平台22、垂直旋转机构3、承载平台31、第二伺服电机32、第三伺服电机33、调节机构4、第一连接板41、第一连杆42、第一摆臂43、第二摆臂44、第二连接板45、第三连杆46、第三连接板47、第二连杆48、密封机构5、检测单元51、固定板511、缓冲台512、红外传感器513、倾角传感器514、第一测距传感器515、连接管52、连接头53、密封块54、第二测距传感器55、导管6和进料管7部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。

实施例1

如图1-4所示，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种多关节流体装卸臂，包括基座本体1，基座本体1的顶部设置有水平旋转机构2，水平旋转机构2的一侧设置有垂直旋转机构3，垂直旋转机构3包括第二伺服电机32和第三伺服电机33，第二伺服电机32和第三伺服电机33的一侧均设置有调节机构4，调节机构4的一侧设置有密封机构5，基座本体1的表面连通有进料管7。

如图1所示，装置采用普通碳素钢Q235A材料、45号钢加工和焊接而成，以及采用标准管道、矩形管作为连杆等机械部件组成，装置通过外设的PLC控制器以及控制系统的设置可以通过控制装置角度以及回转驱动的转角来实现三维空间的运动，并且在设计该机器的同时已经通过编程，设定了装卸臂的运动路线，以及对位的控制，其中控制系统的设置和实时基于PLC的控制编程，包括控制器、通讯接口和运动控制模块等，控制器通过通讯接口和执行器进行交互，运动控制模块则实现对流体装卸臂的自由运动控制和协调，同时基于python等相关编程软件对算法和策略的设计和优化。

实施例2

参照图2-3，为本发明第二个实施例，本实施例基于上一个实施例。

本实施例中，水平旋转机构2包括第一伺服电机21，第一伺服电机21的输出轴通过减速器传动连接有旋转平台22，垂直旋转机构3还包括承载平台31，承载平台31与旋转平台22通过连接杆固定连接。

检测单元51包括固定板511，固定板511的顶部通过弹簧活动连接有缓冲台512，缓冲台512的顶部连通有弯管，且弯管的一端贯穿第三连接板47与第一摆臂43连通，缓冲台512表面的一侧通过延长杆固定连接有红外传感器513，缓冲台512表面的两侧均固定连接有倾角传感器514，缓冲台512表面上端的一侧固定连接有第一测距传感器515。

如图2-3所示，通过外部PLC控制器的设置以及控制系统的设计和实用，用多种算法和策略来实现装卸臂的运动规划和控制，追踪控制算法配合第一测距传感器515可以帮助装卸臂实现精确的位置；动力学优化算法配合倾角传感器514可以实现装卸臂的平滑运动和快速响应；基于红外传感器513的定位和避障算法可以增强装卸臂的作业精度和安全性，此外水平旋转机构2的设置配合外部PLC控制器的设置可以根据使用需求进行转向调节作业。

实施例3

参照图1、2和4，为本发明第三个实施例，本实施例基于前两个实施例。

本实施例中，调节机构4包括第一连接板41，承载平台31的输出端通过减速机与第一连接板41的一端传动连接，第一连接板41的另一端通过转轴活动连接有第一连杆42，第一连杆42的一端通过转轴活动连接有第一摆臂43。

旋转平台22顶部的一侧连通有导管6，导管6与第二摆臂44的下端活动连接，且与第二摆臂44的内腔连通，第二摆臂44的一端贯穿第二连接板45与第一摆臂43的内腔连通。

调节机构4还包括第二摆臂44，第二伺服电机32的输出端传动连接有金属板，且金属板的一侧与第二摆臂44固定连接，第二摆臂44的一端活动连接有第二连接板45，第二连接板45的一侧通过连接杆与第一摆臂43的一侧固定连接，第二连接板45的一侧通过转轴活动连接有第三连杆46，第三连杆46的一端通过转轴活动连接有第三连接板47，第一摆臂43的一端与第三连接板47通过轴承活动连接，第二连接板45的另一侧通过转轴活动连接有第二连杆48，第二连杆48的一端通过转轴与承载平台31活动连接。

密封机构5包括检测单元51，检测单元51的底部连通有连接管52，连接管52的下端连通有连接头53，连接头53底部的四周均固定连接有密封块54，连接头53的表面固定连接有第二测距传感器55。

如图1、2和4所示，调节机构4配合垂直旋转机构3的驱动可以进行较好的位移和安装作业，让密封块54与外部料管连通并在密封安装过程中，配合第二测距传感器55对密封块54与连接口之间的距离进行检测，以此为外部PLC提供检测数据，以便于自动连接作业的进行，同时进料管7、基座本体1、导管6第二摆臂44、第三连杆46、第三连接板47、连接管52和密封块54的连接，让装置在完成两端的连接后可以较好的进行流体装卸作业，此外装置通过控制水平旋转机构2来实现在基座上的旋转，由于调节机构4都安装在第一伺服电机21上，因此水平旋转机构2可以带动整个装卸臂旋转，此外垂直旋转机构3通过来驱动调节机构4进行伸缩弯曲，从而将密封机构5垂管运动到指定的位置进行流体装卸工作。

在使用时，通过外设控制器启动第一伺服电机21，第一伺服电机21的输出轴配合减速器可以带动旋转平台22旋转，进而对垂直旋转机构3、调节机构4和密封机构5的方向进行调节，通过外设控制器启动第二伺服电机32和第三伺服电机33，可以分别带动第二摆臂44和第一连接板41位移，进而带动第一连杆42、第二连接板45、第三连杆46和第三连接板47位移，以此对密封机构5的位置进行进一步的调节，并控制密封机构5进行垂直位移，在位移调节的过程中，配合外部PLC控制器的控制，分别通过红外传感器513对需要与密封块54连接的外部连接口进行检测，同时第一测距传感器515对固定板511与第二连杆48之间的距离进行检测，两个倾角传感器514分别对固定板511的角度进行检测，以此让密封块54与外部连接口进行密封连接，再将进料管7通过管道与另一外部连接口连通，从而可以进行流体的装卸作业；

在对设备进行组装的过程中，装置设计和制造，需要根据流体装卸作业需求，选定流体装卸臂的型号和材料，制作出相应的流体装卸臂，根据不同的流体装卸作业需求，选取合适的传感器和执行器，通过通讯接口和控制器实现部件之间的连接，根据升降、旋转等运动控制的需求，选配控制器和运动控制模块，进行算法和策略的编程，实现自动化控制，在实施过程中，需要进行模拟实验和实际操作，对系统进行调试和优化，保证技术的稳定性和可靠性，同时，需要对实施过程中所使用的工具、设备、参数等进行记录和备份，以便于再现和优化，从而完成对装置的组装作业。

本申请文件中使用到的标准零件均可以从市场上购买，而且根据说明书和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中常规的型号，控制方式是通过控制器来自动控制，控制器的控制电路通过本领域的技术人员简单编程即可实现，属于本领域的公知常识，并且本申请文主要用来保护机械装置，所以本申请文不再详细解释控制方式和电路连接。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。