一种烧结台车车轮智能在线注油机器人系统

1.本发明属于烧结台车加油维护领域，具体地说是一种烧结台车车轮智能在线注油机器人系统。


背景技术：

2.烧结是高炉冶炼过程中的必备工序，烧结过程是将各种冶炼原料按照一定比例混合后在烧结设备上通过高温烧制使其发生一系列的反应最终烧结成块的过程，为后续的冶炼工艺提供了优质的冶金炉料。烧结工作主要由烧结机来完成，其中烧结台车作为烧结机的重要组成部分承担了运载烧结料、点火烧结以及烧结完成后的卸料等工作。烧结台车在烧结机头尾轮之间形成连续工作的回转链，其能够连续平稳地工作是烧结任务顺利完成的重要保障。
3.烧结台车由上百台烧结小车依次连接组成，其沿轨道一起平稳运行来输送烧结料。每台烧结小车单体又由车体、车轮、挡板以及隔热密封装置组成，而车轮由轮体、轴承和轮轴组成，轮体通过轴承安装于车轮轴上，车轮的连续平稳转动保证了烧结过程的正常进行。在轮体外端盖上留有注油口通至轴承，可以通过注油口及时向轴承中补油的方式来保证轴承的良好润滑。
4.在烧结台车工作的过程中，车轮连续运转且处于高温高负载的工作环境下，为了保证车轮的使用寿命以及正常运转，需频繁地向烧结台车车轮中补充润滑油。在目前的加油工艺中，需将烧结台车停止运转后由人工使用加油枪完成对烧结台车车轮的加油工作，存在施工现场环境恶劣、加油效率低且加油量难以把握等问题。因此，烧结台车车轮轴承的良好润滑不能得到保障，使得轮轴磨损加剧甚至出现车轮抱死等现象，导致车轮需要频繁更换，耗财费力。


技术实现要素：

5.针对现在烧结台车车轮加油存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种烧结台车车轮智能在线注油机器人系统。该注油机器人系统实现了对烧结台车车轮在不停机状态下的及时自动补油润滑，提高了烧结效率、解放人力、保证烧结台车正常运行，对于解决现有的加油难题具有十分重要的意义。
6.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
7.本发明包括分别与控制系统连接的车轮测速及跟随定位系统、车轮位姿检测系统、机器人系统、柔性加油枪系统和气源及油阀系统，其中车轮位姿检测系统检测车轮的垂直倾斜度及每个车轮轴之间的高度差，所述车轮测速及跟随定位系统具有测速起始位、测速终止位、跟随起始位及跟随终止位，所述测速终止位与跟随起始位为同一位置，所述车轮测速及跟随定位系统在测速起始位与测速终止位之间测量待注油车轮的速度，所述柔性加油枪系统与机器人系统连接，通过所述机器人系统的带动在跟随起始位与跟随终止位跟随车轮完成注油动作；所述柔性加油枪系统包括锁紧气缸、直线导轨机构、锁紧机构、中间定
位板、推出气缸、弹簧缓冲机构及柔性注油枪头机构，所述锁紧气缸与机器人系统连接，所述锁紧气缸上安装有直线导轨机构，所述中间定位板通过锁紧机构与直线导轨机构相连，通过所述直线导轨机构实现中间定位板水平方向滑动的自由度，所述中间定位板上还安装有用于直线导轨机构水平方向滑动后复位的滑动复位装置，所述锁紧机构在锁紧气缸的作用下限制中间定位板竖直方向摆动的自由度；所述推出气缸固定在中间定位板上，输出端通过所述弹簧缓冲机构与柔性注油枪头机构相连，所述柔性注油枪头机构通过气管和油管中的油管与气源及油阀系统连通，所述锁紧气缸、推出气缸通过气管和油管中的气管与气源及油阀系统连通，所述锁紧气缸上的传感器、推出气缸上的传感器分别与控制系统相连。
8.其中：所述直线导轨机构包括滑动板、直线导轨及导轨固定板，所述直线导轨的固定侧通过导轨固定板与锁紧气缸固接，所述直线导轨的导轨侧连接有用于与锁紧机构连接的滑动板，所述锁紧气缸的输出端穿过导轨固定板、滑动板对锁紧机构进行锁紧。
9.所述滑动复位装置包括限位气缸、限位挡块a及限位挡块b，所述导轨固定板的一面与直线导轨的固定侧连接、另一面的上下两端均固接有限位气缸，所述滑动板的上端连接限位挡块a、下端连接限位挡块b，所述限位挡块a、限位挡块b在随滑动板左右滑动时分别与上下两个限位气缸接触限制滑动行程，起到缓冲作用，并在所述柔性注油枪头机构受到的外力消失后通过限位气缸实现直线导轨机构恢复原位；所述限位气缸上的传感器与控制系统相连。
10.所述锁紧机构包括锥形定位销、轴承座及锥形定位套，所述轴承座的一端与直线导轨机构连接，所述轴承座的另一端与锥形定位套转动连接，所述锥形定位套的转动方向为竖直方向，所述中间定位板与锥形定位套固接；所述锥形定位销与锁紧气缸的输出端相连，所述锁紧气缸驱动锥形定位销穿过直线导轨机构后插入锥形定位套内实现锁紧，限制所述柔性注油枪头机构在竖直方向的上下摆动自由度。
11.所述中间定位板与直线导轨机构之间设有摆动复位装置，所述摆动复位装置为多根拉伸弹簧，每根所述拉伸弹簧的一端均连接于中间定位板上，每根所述拉伸弹簧的另一端均与直线导轨机构相连。
12.所述弹簧缓冲机构包括缓冲弹簧导杆、缓冲板及压缩弹簧，所述推出气缸的输出端连接有直角推出板，所述缓冲板通过缓冲弹簧导杆与直角推出板能够相对移动地连接，所述缓冲弹簧导杆上套设有压缩弹簧，所述压缩弹簧的两端分别与缓冲板、直角推出板抵接；所述直角推出板上安装有电磁阀，所述电磁阀通过注油管与柔性注油枪头机构相连，且所述电磁阀通过气管和油管中的油管与气源及油阀系统相连。
13.所述直角推出板上还安装有用于测量压缩弹簧压缩量的激光测距传感器，所述激光测距传感器与控制系统连接。
14.所述柔性注油枪头机构包括出油口、轴承套筒、调心轴承、o形密封圈及o形圈阻尼器，所述轴承套筒安装于弹簧缓冲机构上，所述轴承套筒内分别安装有调心轴承及o形圈阻尼器，所述出油口的一端与o形圈阻尼器的一端连接，所述o形圈阻尼器的另一端通过调心轴承与轴承套筒连接，所述出油口的另一端内孔设有锥形接触面，通过所述锥形接触面实现与锥形的车轮注油口自动对中配合，并通过所述出油口另一端内孔端部内置的o形密封圈实现密封。
15.所述车轮测速及跟随定位系统包括光电开关a、光电开关b、光电开关c、横梁支架
及地面固定板，所述横梁支架通过地面固定板固定在地面上，所述横梁支架上沿烧结台车行进方向从前至后依次安装光电开关a、光电开关b、光电开关c，所述光电开关a的安装位置为测速起始位，所述光电开关b的安装位置为测速终止位同时也是跟随起始位，所述光电开关c的安装位置为跟随终止位，每个车轮的车轮轴均由所述光电开关a、光电开关b、光电开关c下方经过；所述光电开关a、光电开关b、光电开关c分别与控制系统相连。
16.所述车轮位姿检测系统包括测距传感器a、测距传感器b、测距传感器c、固定底板及传感器固定竖直梁，所述测距传感器a安装在传感器固定横梁上，用于测量每个车轮的车轮轴与测距传感器a之间的垂直距离，所述传感器固定竖直梁通过固定底板固定在地面上，所述测距传感器b、测距传感器c安装于传感器固定竖直梁上，上下设置，所述测距传感器b、测距传感器c用于测量每个车轮端面上下两个测量点与测距传感器b、测距传感器c的距离；所述测距传感器a、测距传感器b、测距传感器c分别与控制系统相连。
17.本发明的优点与积极效果为：
18.1.本发明使机器人系统与柔性加油枪系统配合作业，实现了对烧结台车车轮的自动跟随注油，在台车运行的同时完成注油工作；同时，其密封性好，能够精确控制出油量，解决了人工注油效率不高、易漏油且注油量难以保证的难题。
19.2.本发明的车轮测速及跟随定位系统通过光电开关能够得到较为准确的车轮行进速度以及确定加油枪跟随车轮加油的行进区间，通过将数据反馈给控制系统，能够使机器人带动加油枪准确跟随车轮进行同步运动，同时保证在设定的距离范围内完成加油动作，加油完成后加油枪与车轮注油口脱离配合。
20.3.本发明的车轮位姿检测系统能够次第地检测每个车轮在水平方向的高度起伏以及车轮姿态在竖直方向的倾斜度，当车轮位姿偏差处于设置的阈值之内时，柔性加油枪系统正常完成加油动作；若某个车轮位姿偏差超过设定阈值，则控制系统判定该车轮为“不满足加油条件”，放弃对该车轮的加油并作出记录，避免了由于现场车轮位姿不一或意外情况造成加油枪出油口不能与车轮注油口正确配合，造成加油失败或加油枪被损坏的状况。
21.4.本发明的柔性加油枪系统通过锁紧机构的设计能够实现加油枪竖直方向摆动自由度的锁紧和放开，当柔性加油枪系统处于等待状态时，锁紧气缸推出带动锁紧机构完成锁紧，以保证柔性加油枪系统的初始位姿始终一致；当柔性加油枪系统与车轮注油口配合完毕开始跟随加油时，锁紧机构将放开柔性加油枪系统的自由度以保证加油期间不会由于轨道以及车轮误差造成配合失效；当车轮轴向窜动导致注油口与加油枪的距离发生变化时，通过弹簧缓冲机构的设计，能够使柔性加油枪系统的出油口收缩设定距离，同时压缩弹簧的反弹力也能使出油口和车轮注油口继续保证配合，既避免了柔性加油枪系统损坏问题，又保证了加油过程配合的密封性。
附图说明
22.图1为本发明的整体结构示意图；
23.图2为本发明车轮测速及跟随定位系统和车轮位姿检测系统的结构示意图；
24.图3为本发明柔性加油枪系统的结构示意图；
25.图4为图3中出油口及轴承套筒的内部结构剖视图；
26.其中：1为车轮测速及跟随定位系统，101为光电开关a，102为光电开关b，103为光
电开关c，104为直角连接件，105为横梁支架，106为地面固定板；
27.2为车轮位姿检测系统，201为测距传感器a，202为测距传感器b，203为测距传感器c，204为固定底板，205为传感器固定竖直梁；
28.3为机器人系统，301为机器人安装底板，302为机器人本体；
29.4为柔性加油枪系统，401为出油口，402为轴承套筒，403为缓冲弹簧导杆，404为缓冲板，405为电磁阀，406为直线导杆，407为拉伸弹簧，408为中间定位板，409为轴承，410为螺栓，411为滑动板，412为直线导轨，413为限位挡块a，414为锁紧气缸，415为气缸固定板，416为法兰，417为限位气缸，418为限位挡块b，419为导轨固定板，420为锥形定位销，421为轴承座，422为锥形定位套，423为导杆座，424为推出气缸，425为激光测距传感器，426为直角推出板，427为压缩弹簧，428为注油管，429为调心轴承，430为连接板，431为o形密封圈，432为o形圈阻尼器，433为锥形接触面；
30.5为气源及油阀系统，501为放置架，502为增压缸，503为气源控制阀组，504为过滤器，505为润滑油阀组箱体；
31.6为控制系统，601为plc控制柜，602为机器人控制柜；
32.7为气管和油管，8为车轮注油口。
具体实施方式
33.下面结合附图对本发明作进一步详述。
34.如图1所示，本发明包括分别与控制系统6连接的车轮测速及跟随定位系统1、车轮位姿检测系统2、机器人系统3、柔性加油枪系统4和气源及油阀系统5，其中车轮测速及跟随定位系统1和车轮位姿检测系统2置于整个注油机器人系统的最前端，完成对烧结台车车轮速度的测量以及对车轮位姿的检测；机器人系统3连接并带动柔性加油枪系统4与车轮注油口8配合，完成跟随注油动作；柔性加油枪系统4通过气管和油管7连接气源及油阀系统5，控制加油枪的伸缩动作以及注油的开启和闭合；气源及油阀系统5保证压缩空气及润滑油的供给；控制系统6控制注油机器人系统的动作，以及将车轮测速及跟随系统1和车轮位姿检测系统2得到的信息进行处理，对加油枪上的气缸以及油阀的动作进行控制。
35.本实施例的注油机器人系统为两组，分别置于烧结台车行进轨道的两侧，对两侧的车轮同时进行注油。
36.本实施例的车轮位姿检测系统2在烧结台车经过车轮测速及跟随定位系统1之前检测车轮的垂直倾斜度及每个车轮轴之间的高度差，车轮测速及跟随定位系统1具有测速起始位、测速终止位、跟随起始位及跟随终止位，测速终止位与跟随起始位为同一位置，车轮测速及跟随定位系统1在测速起始位与测速终止位之间测量待注油车轮的速度，柔性加油枪系统4与机器人系统3连接，通过机器人系统3的带动在跟随起始位与跟随终止位跟随车轮完成注油动作。
37.如图1、图2所示，本实施例的车轮测速及跟随定位系统1包括光电开关a101、光电开关b102、光电开关c103、直角连接件104、横梁支架105及地面固定板106，横梁支架105通过地面固定板106固定在地面上，横梁支架105上沿烧结台车行进方向从前至后依次通过直角连接件104安装光电开关a101、光电开关b102、光电开关c103，光电开关a101的安装位置为测速起始位，光电开关b102的安装位置为测速终止位同时也是跟随起始位，光电开关
c103的安装位置为跟随终止位，每个车轮的车轮轴均由光电开关a101、光电开关b102、光电开关c103下方经过，使光电开关a101、光电开关b102、光电开关c103能够垂直向下探测到每个车轮的车轮轴位置；光电开关a101、光电开关b102、光电开关c103分别与控制系统6相连。
38.本实施例的车轮位姿检测系统2包括测距传感器a201、测距传感器b202、测距传感器c203、固定底板204及传感器固定竖直梁205，测距传感器a201安装在传感器固定横梁上，用于测量每个车轮的车轮轴与测距传感器a201之间的垂直距离；本实施例的传感器固定横梁即为横梁支架105，测距传感器a201通过直角连接件104固定在横梁支架105上，位于光电开并a101的前方，每个车轮的车轮轴均由测距传感器a201下方经过，以此来判断每个车轮的水平高度是否一致。本实施例的传感器固定竖直梁205的底部通过固定底板204固定在地面上，顶部与横梁支架105固接，测距传感器b202、测距传感器c203通过直角连接件104固定在传感器固定竖直梁205上，上下设置，测距传感器b202、测距传感器c203与烧结台车的距离要大于测距传感器a与烧结台车的距离，测距传感器b202、测距传感器c203用于测量每个车轮端面上下两个测量点与测距传感器b202、测距传感器c203的距离，当二者距离差在设定范围内时，认为该车轮位姿合理，满足加油条件；当二者距离超过阈值，则判定该车轮位姿具有较大偏差，放弃对该车轮的加油动作并作出记录；测距传感器a201、测距传感器b202、测距传感器c203分别与控制系统6相连。
39.如图1所示，机器人系统3置于车轮测速及跟随系统1和车轮位姿检测系统2的后端，本实施例的机器人系统3为现有技术，包括机器人安装底板301及机器人本体302，机器人本体302为六轴机器人，通过内六角螺栓固定于机器人安装底板301上，并与控制系统6相连；机器人安装底板301则通过膨胀螺栓固定于地面。机器人系统3安装时需保证机器人本体302具有所需的活动空间，能够具有足够的跟随烧结台车车轮运动距离，完成跟随加油动作。
40.如图1、图3及图4所示，柔性加油枪系统4通过法兰416连接于机器人本体302的负载端，通过机器人本体302带动加油枪完成加油动作。本实施例的柔性加油枪系统4包括锁紧气缸414、直线导轨机构、锁紧机构、中间定位板408、推出气缸424、弹簧缓冲机构及柔性注油枪头机构，法兰416的一端与机器人本体302的负载端相连，另一端固接有气缸固定板415，锁紧气缸414安装在气缸固定板415上。锁紧气缸414上安装有直线导轨机构，中间定位板408通过锁紧机构与直线导轨机构相连，通过直线导轨机构实现中间定位板408水平方向滑动的自由度，中间定位板408上还安装有用于直线导轨机构水平方向滑动后复位的滑动复位装置，锁紧机构在锁紧气缸414的作用下限制中间定位板408竖直方向摆动的自由度；推出气缸424固定在中间定位板408上，输出端通过弹簧缓冲机构与柔性注油枪头机构相连，柔性注油枪头机构通过气管和油管7中的油管与气源及油阀系统5连通，锁紧气缸414、推出气缸424通过气管和油管7中的气管与气源及油阀系统5连通，锁紧气缸414上的传感器、推出气缸424上的传感器分别与控制系统6相连。
41.加油枪水平方向移动的自由度由直线导轨机构实现，直线导轨机构解放了柔性加油枪系统4的水平自由度，使柔性加油枪系统4的加油枪头能够在水平方向设定范围内移动。本实施例的滑动复位装置包括限位气缸417、限位挡块a413及限位挡块b418，本实施例的直线导轨机构包括滑动板411、直线导轨412及导轨固定板419，直线导轨412的固定侧通过导轨固定板419与锁紧气缸414固接，直线导轨412的导轨侧连接有用于与锁紧机构连接
的滑动板411。导轨固定板419的一面与直线导轨412的固定侧连接、另一面的上下两端均固接有限位气缸417，上下两个限位气缸417分别位于锁紧气缸414的上下两端、对称设置，滑动板411的上端连接限位挡块a413、下端连接限位挡块b418。当滑动板411左右滑动时，限位挡块a413、限位挡块b417分别与上下两个限位气缸417接触限制滑动行程，同时限位气缸417的缓冲还起到了保护作用，并在柔性注油枪头机构受到的外力消失后通过限位气缸417实现直线导轨机构恢复原位；具体为：上下两个限位气缸417正常状态都是伸出的，此时加油枪处于中间位置，是一个平衡状态；如果受到向左或向右的外力，外力大于限位气缸417的推力时，其中一个限位气缸417被压缩，如果外力撤销掉，被压缩的限位气缸417会使柔性注油枪头机构恢复到原来的位置，即上述的平衡状态，直线导轨机构恢复原位。两个限位气缸417上的传感器分别与控制系统6相连。
42.锁紧机构能够锁紧柔性加油枪系统4的加油枪头上下摆动的自由度。本实施例的锁紧机构包括锥形定位销420、轴承409、轴承座421及锥形定位套422，轴承座421的一端固定于滑动板411上，轴承座421的另一端通过轴承409与锥形定位套422转动连接，锥形定位套422的转动方向为竖直方向，中间定位板408与锥形定位套422固接在一起。本实施例的中间定位板408与直线导轨机构之间设有摆动复位装置，摆动复位装置为多根拉伸弹簧407，每根拉伸弹簧407的一端均通过螺栓410连接于中间定位板408上，每根拉伸弹簧407的另一端均通过螺栓410与滑动板411相连；当锥形定位套422通过轴承409在竖直方向发生摆动的时候，拉伸弹簧407进一步拉伸产生拉力，起到一定的缓冲作用，并在外力消失后依靠拉伸弹簧407的弹力使锥形定位套422的摆动恢复原位。锥形定位销420与锁紧气缸414的输出端(即气缸杆)相连，锁紧气缸414推动锥形定位销420穿过导轨固定板419、滑动板411后插入锥形定位套422内，使锥形定位销420与锥形定位套422的锥面配合，实现锁紧，从而限制柔性加油枪系统4在竖直方向的上下摆动的自由度。当锥形定位销420与锥形定位套422脱离配合后，锥形锁紧解除，解放其自由度。锁紧气缸414与控制系统6相连。
43.柔性加油枪系统4的前端整体(即弹簧缓冲机构、柔性注油枪头机构)与滑动板411连接，实现水平方向的移动。弹簧缓冲机构在出油口401与车轮注油口8配合时起到缓冲作用，同时产生压紧力使二者紧密配合。本实施例的弹簧缓冲机构包括缓冲弹簧导杆403、缓冲板404、直线导杆406、导杆座423及压缩弹簧427，推出气缸424的输出端(即气缸杆)连接有直角推出板426，推出气缸424驱动柔性加油枪系统4前端的出油口401与车轮注油口8进行配合，注油结束后推出气缸424的气缸杆收回。直角推出板426的一个直角面与推出气缸424的气缸杆连接，缓冲板404通过多个缓冲弹簧导杆403与直角推出板426的另一个直角面连接，并能够相对移动；每个缓冲弹簧导杆403上均套设有压缩弹簧427，压缩弹簧427的两端分别与缓冲板404、直角推出板426抵接，机器人本体302带动柔性加油枪系统4与车轮注油口8配合时，压缩弹簧427起到缓冲作用，同时压缩弹簧427压缩产生的压力使出油口401与车轮注油口8配合紧密。中间定位板408上安装有多个导杆座423，每个导杆座423中均穿设有一根直线导杆406，各直线导杆406均与直角推出板426的一个直角面连接，在推出气缸424将弹簧缓冲机构推出时，直线导杆406及导杆座423起到导向作用。直角推出板426另一个直角面上还安装有激光测距传感器425，激光测距传感器425发射的激光照射在缓冲板404上，测量压缩弹簧427的压缩量，激光测距传感器425与控制系统6相连。
44.柔性注油枪头机构能够与车轮注油口8配合进行注油，其中的o形圈阻尼器具有柔
性自由度，以适应出油口401与车轮注油口8轴线不重合的情况。本实施例的柔性注油枪头机构包括出油口401、轴承套筒402、调心轴承429、o形密封圈431及o形圈阻尼器432，轴承套筒402固定于缓冲板404上，轴承套筒402内分别安装有调心轴承429及o形圈阻尼器432，调心轴承429的外圈固定于轴承套筒402上，出油口401的一端与o形圈阻尼器432的一端连接，o形圈阻尼器432的另一端通过连接板430固定于调心轴承429的内圈。在烧结台车车轮运行期间出油口401的位置发生小范围波动时可通过调心轴承429调节适应出油口401的位置变化，从而保证出油口401与车轮注油口8的密封配合。出油口401的另一端内孔设有锥形接触面433，通过锥形接触面433实现与锥形的车轮注油口8自动对中配合，并通过出油口401另一端内孔端部内置的o形密封圈431实现密封；当出油口401发生摆动时，o形圈阻尼器432能够在一定范围内活动保证与注油口8保持配合并实现缓冲。本实施例的o形圈阻尼器432为现有技术，在此不再赘述。直角推出板426上安装有电磁阀405，出油口401通过注油管428与电磁阀405连接，电磁阀405又通过气管和油管7中的油管与气源及油阀系统5相连。
45.如图1所示，气源及油阀系统5置于机器人系统3后端，本实施例的气源及油阀系统5为现有技术，包括放置架501及分别安装在放置架501上的增压罐502、气源控制阀组503、过滤器504和润滑油阀组箱体505，增压罐502提供稳定气源，过滤器504过滤掉压缩空气中的油和水汽，润滑油阀组箱体505控制出油口401的开闭；润滑油阀组箱体505包括滤脂器、调压阀、压力传感器、流量计以及电磁阀，阀组连接油管出油口，通过流量计与电磁阀实现对车轮的定量加油。气源依次通过过滤器504、增压罐502、气源控制阀组503与柔性加油枪系统4中的各个气缸相连，润滑油通过润滑油阀组箱体505与气管和油管7中的油管相连，控制柔性加油枪系统4中的出油口401的打开闭合，各气缸伸出收回通过气源控制阀组503控制。
46.如图1所示，本实施例的控制系统为现有技术，包括plc控制柜601及机器人控制柜602，置于气源及油阀系统5的后端。
47.本发明的工作原理为：
48.光电开关a101、光电开关b102通过二者之间的距离以及测量到信号的时间差来计算烧结台车车轮速度(此为现有技术，在此不再赘述)，车轮位姿检测系统2中的测距传感器b202、测距传感器c203置于车轮正前方，用于检测车轮距测距传感器b202、测距传感器c203的水平距离，从而判断车轮的垂直倾斜度；测距传感器a201置于车轮轴正上方，用来检测车轮轴的最高点，记录每个车轮轴之间的高度差距。车轮测速及跟随定位系统1将得到的烧结台车车轮速度信息、车轮位姿检测系统2将得到的位置信息发送给控制系统6，进而控制机器人本体302、气缸、阀组完成枪头出油口401与车轮注油口8的配合以及注油动作；光电开关b102、光电开关c103之间的距离即为注油机器人系统跟随烧结台车车轮并行运动的区间，在跟随起始位处开始跟随，在跟随终止位处结束跟随。
49.当烧结台车连续运行进入注油区域之前的准备区域时，机器人本体302带动柔性加油枪系统4运行至注油起始点开始等待，当车轮注油口8运行至与柔性加油枪系统4上的出油口401轴线重合位置处时，控制系统6根据检测到的车轮速度信息控制机器人本体302开始与车轮做同方向同速度的跟随运动，同时带动柔性加油枪系统4靠近车轮至设定距离，推出气缸424带动弹簧缓冲机构与出油口401推出，使出油口401与车轮注油口8紧密配合；待加油工作完成后，推出气缸424收回使出油口401与车轮注油口8解除配合，机器人本体
302后退并运行至起始点等待下一个待加油的车轮，往复循环。
50.本发明通过光电开关测量烧结台车车轮速度以及使用测距传感器来检测烧结台车车轮位姿，保证被加油车轮满足加油条件，避免由于工况等原因造成加油过程漏油以及柔性加油枪系统4或机器人本体302损坏的情况；同时通过柔性加油枪系统4的设计，使柔性加油枪系统4具有多个自由度来保证出油口401与车轮注油口8的紧密配合，加油过程中不会产生由于配合松动导致的漏油现象；柔性加油枪系统4上的弹性缓冲机构对柔性加油枪系统4起到了很好的保护作用，同时产生合适的压紧力使出油口401与车轮注油口8压紧密封。柔性加油枪系统4通过机械结构来实现加油时配合不紧密以及出油口401存在位置和姿态误差时如何保证顺利对中并配合，来弥补靠传感器测量速度和出油口401位姿的误差。
51.附图中所示为本发明的优选实施方式之一，实际实施方式并不局限于此，因此，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种烧结台车车轮智能在线注油机器人系统，其特征在于：包括分别与控制系统(6)连接的车轮测速及跟随定位系统(1)、车轮位姿检测系统(2)、机器人系统(3)、柔性加油枪系统(4)和气源及油阀系统(5)，其中车轮位姿检测系统(2)检测车轮的垂直倾斜度及每个车轮轴之间的高度差，所述车轮测速及跟随定位系统(1)具有测速起始位、测速终止位、跟随起始位及跟随终止位，所述测速终止位与跟随起始位为同一位置，所述车轮测速及跟随定位系统(1)在测速起始位与测速终止位之间测量待注油车轮的速度，所述柔性加油枪系统(4)与机器人系统(3)连接，通过所述机器人系统(3)的带动在跟随起始位与跟随终止位跟随车轮完成注油动作；所述柔性加油枪系统(4)包括锁紧气缸(414)、直线导轨机构、锁紧机构、中间定位板(408)、推出气缸(424)、弹簧缓冲机构及柔性注油枪头机构，所述锁紧气缸(414)与机器人系统(3)连接，所述锁紧气缸(414)上安装有直线导轨机构，所述中间定位板(408)通过锁紧机构与直线导轨机构相连，通过所述直线导轨机构实现中间定位板(408)水平方向滑动的自由度，所述中间定位板(408)上还安装有用于直线导轨机构水平方向滑动后复位的滑动复位装置，所述锁紧机构在锁紧气缸(414)的作用下限制中间定位板(408)竖直方向摆动的自由度；所述推出气缸(424)固定在中间定位板(408)上，输出端通过所述弹簧缓冲机构与柔性注油枪头机构相连，所述柔性注油枪头机构通过气管和油管(7)中的油管与气源及油阀系统(5)连通，所述锁紧气缸(414)、推出气缸(424)通过气管和油管(7)中的气管与气源及油阀系统(5)连通，所述锁紧气缸(414)上的传感器、推出气缸(424)上的传感器分别与控制系统(6)相连。2.根据权利要求1所述的烧结台车车轮智能在线注油机器人系统，其特征在于：所述直线导轨机构包括滑动板(411)、直线导轨(412)及导轨固定板(419)，所述直线导轨(412)的固定侧通过导轨固定板(419)与锁紧气缸(414)固接，所述直线导轨(412)的导轨侧连接有用于与锁紧机构连接的滑动板(411)，所述锁紧气缸(414)的输出端穿过导轨固定板(419)、滑动板(411)对锁紧机构进行锁紧。3.根据权利要求2所述的烧结台车车轮智能在线注油机器人系统，其特征在于：所述滑动复位装置包括限位气缸(417)、限位挡块a(413)及限位挡块b(418)，所述导轨固定板(419)的一面与直线导轨(412)的固定侧连接、另一面的上下两端均固接有限位气缸(417)，所述滑动板(411)的上端连接限位挡块a(413)、下端连接限位挡块b(418)，所述限位挡块a(413)、限位挡块b(418)在随滑动板(411)左右滑动时分别与上下两个限位气缸(417)接触限制滑动行程，起到缓冲作用，并在所述柔性注油枪头机构受到的外力消失后通过限位气缸(417)实现直线导轨机构恢复原位；所述限位气缸(417)上的传感器与控制系统(6)相连。4.根据权利要求1所述的烧结台车车轮智能在线注油机器人系统，其特征在于：所述锁紧机构包括锥形定位销(420)、轴承座(421)及锥形定位套(422)，所述轴承座(421)的一端与直线导轨机构连接，所述轴承座(421)的另一端与锥形定位套(422)转动连接，所述锥形定位套(422)的转动方向为竖直方向，所述中间定位板(408)与锥形定位套(422)固接；所述锥形定位销(420)与锁紧气缸(414)的输出端相连，所述锁紧气缸(414)驱动锥形定位销(420)穿过直线导轨机构后插入锥形定位套(422)内实现锁紧，限制所述柔性注油枪头机构在竖直方向的上下摆动自由度。5.根据权利要求1所述的烧结台车车轮智能在线注油机器人系统，其特征在于：所述中间定位板(408)与直线导轨机构之间设有摆动复位装置，所述摆动复位装置为多根拉伸弹
簧(407)，每根所述拉伸弹簧(407)的一端均连接于中间定位板(408)上，每根所述拉伸弹簧(407)的另一端均与直线导轨机构相连。6.根据权利要求1所述的烧结台车车轮智能在线注油机器人系统，其特征在于：所述弹簧缓冲机构包括缓冲弹簧导杆(403)、缓冲板(404)及压缩弹簧(427)，所述推出气缸(424)的输出端连接有直角推出板(426)，所述缓冲板(404)通过缓冲弹簧导杆(403)与直角推出板(426)能够相对移动地连接，所述缓冲弹簧导杆(403)上套设有压缩弹簧(427)，所述压缩弹簧(427)的两端分别与缓冲板(404)、直角推出板(426)抵接；所述直角推出板(426)上安装有电磁阀(405)，所述电磁阀(405)通过注油管(428)与柔性注油枪头机构相连，且所述电磁阀(405)通过气管和油管(7)中的油管与气源及油阀系统(5)相连。7.根据权利要求6所述的烧结台车车轮智能在线注油机器人系统，其特征在于：所述直角推出板(426)上还安装有用于测量压缩弹簧(427)压缩量的激光测距传感器(425)，所述激光测距传感器(425)与控制系统(6)连接。8.根据权利要求1所述的烧结台车车轮智能在线注油机器人系统，其特征在于：所述柔性注油枪头机构包括出油口(401)、轴承套筒(402)、调心轴承(429)、o形密封圈(431)及o形圈阻尼器(432)，所述轴承套筒(402)安装于弹簧缓冲机构上，所述轴承套筒(402)内分别安装有调心轴承(429)及o形圈阻尼器(432)，所述出油口(401)的一端与o形圈阻尼器(432)的一端连接，所述o形圈阻尼器(432)的另一端通过调心轴承(429)与轴承套筒(402)连接，所述出油口(401)的另一端内孔设有锥形接触面(433)，通过所述锥形接触面(433)实现与锥形的车轮注油口(8)自动对中配合，并通过所述出油口(401)另一端内孔端部内置的o形密封圈(431)实现密封。9.根据权利要求1所述的烧结台车车轮智能在线注油机器人系统，其特征在于：所述车轮测速及跟随定位系统(1)包括光电开关a(101)、光电开关b(102)、光电开关c(103)、横梁支架(105)及地面固定板(106)，所述横梁支架(105)通过地面固定板(106)固定在地面上，所述横梁支架(105)上沿烧结台车行进方向从前至后依次安装光电开关a(101)、光电开关b(102)、光电开关c(103)，所述光电开关a(101)的安装位置为测速起始位，所述光电开关b(102)的安装位置为测速终止位同时也是跟随起始位，所述光电开关c(103)的安装位置为跟随终止位，每个车轮的车轮轴均由所述光电开关a(101)、光电开关b(102)、光电开关c(103)下方经过；所述光电开关a(101)、光电开关b(102)、光电开关c(103)分别与控制系统(6)相连。10.根据权利要求1所述的烧结台车车轮智能在线注油机器人系统，其特征在于：所述车轮位姿检测系统(2)包括测距传感器a(201)、测距传感器b(202)、测距传感器c(203)、固定底板(204)及传感器固定竖直梁(205)，所述测距传感器a(201)安装在传感器固定横梁上，用于测量每个车轮的车轮轴与测距传感器a(201)之间的垂直距离，所述传感器固定竖直梁(205)通过固定底板(204)固定在地面上，所述测距传感器b(202)、测距传感器c(203)安装于传感器固定竖直梁(205)上，上下设置，所述测距传感器b(202)、测距传感器c(203)用于测量每个车轮端面上下两个测量点与测距传感器b(202)、测距传感器c(203)的距离；所述测距传感器a(201)、测距传感器b(202)、测距传感器c(203)分别与控制系统(6)相连。

技术总结
本发明属于烧结台车加油维护领域，具体地说是一种烧结台车车轮智能在线注油机器人系统，包括分别与控制系统连接的车轮测速及跟随定位系统、车轮位姿检测系统、机器人系统、柔性加油枪系统和气源及油阀系统，车轮位姿检测系统在烧结台车经过车轮测速及跟随定位系统之前检测车轮的垂直倾斜度及每个车轮轴之间的高度差，车轮测速及跟随定位系统具有测速起始位、测速终止位、跟随起始位及跟随终止位，测速终止位与跟随起始位为同一位置，车轮测速及跟随定位系统在测速起始位与测速终止位之间测量待注油车轮的速度。本发明使机器人系统与柔性加油枪系统配合作业，实现了对烧结台车车轮的自动跟随注油，在台车运行的同时完成注油工作。作。作。


技术研发人员：库涛 林乐新 刘金鑫 娄建伟
受保护的技术使用者：中国科学院沈阳自动化研究所
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/10/19