CN102922527A - 温室顶部清扫机器人 - Google Patents

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王纪章
刘继展
李萍萍
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Jiangsu University
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Jiangsu University
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Abstract

一种温室顶部清扫机器人装置，涉及设施农业生产装备领域。由机器人本体、行走装置和清扫装置组成。作业过程中利用6个吸盘、4个行走气缸实现装置的行走，利用牵引电机驱动牵引线控制吸盘和行走气缸的方向，以实现整个装置的转弯；利用驱动电机驱动毛刷进行温室顶部的清扫，利用吸尘器将清扫的灰尘吸除，以达到清扫温室顶部的功能。该装置解决的温室顶部无法人工清扫的问题，实现了温室顶部的自动清扫，具有操作简单方便的优点。

Description

温室顶部清扫机器人
技术领域
本发明属于设施农业生产装备领域，具体涉及一种用于温室顶部清扫机器人。
背景技术
温室是利用太阳的温室效应来实现农业生产的一种装备，因此温室透光率是评价温室性能的一项最重要的指标。透光率是指透进温室里的光照量与室外光照量的百分比。温室透光率受温室透光覆盖材料透光性能和温室骨架阴影率的影响；除此之外，如果温室顶部有灰尘覆盖，不仅影响光的入射，而且影响地温和气温，从而会使作物的生长受到严重的影响。因此，保持顶棚清洁，提高温室大棚的透光率尤为重要。
然而，温室大棚外部的清洁并不是一件简单的事情，因为顶部没有搭接结构可供清洁人员着力，清洁起来费时费力又危险，并且都是手工劳动。为了提高塑料温室大棚的透光率，保证植物得到充足的阳光，提高经济效益，节省人力劳动，提高作业效率，有必要研究一种操作简单，使用方便，安全，清洁效果显著地使用于玻璃温室大棚的清洁机器。
现在已有的关于温室顶部清洁的设计是河北农业大学的三轮仿吸尘器式清洁机，有优秀的自动控制系统，能自动识别障碍和距离，进行快速高效的清洁。然而，三轮结构决定了它的使用局限性，它只能用于平面的温室顶部，但是现在的温室大棚顶部一般会有30°到60°的倾斜角度，在这样的倾斜面上，轮驱系统不能正常工作。除此之外，还有很多的关于高楼墙壁玻璃的清洁机器，这样的机器研究现在已经接近成熟，但是它们有一个共同的缺点，它们不能靠自身的设计实现在玻璃表面的自由移动和牢固定位，它们一般会在高楼顶部架设支撑件，用缆绳悬挂，然而由于温室顶部不能架设支撑件，因此这样的设计结构也不适用于温室大棚顶部小面积的清洁。同时温室顶部清扫需要机器人能够实现往复运动，即要求机器人能够实现前后和左右的运动。
发明内容
为了实现温室顶部玻璃的自动清扫，本发明设计了一种能适合温室顶部清洁的移动式机器人系统，系统通过气缸和吸盘的联动，采用利用导向轮和驱动牵引线实现单电机驱动四个气缸的旋转实现系统的转弯。通过吸盘吸放和气缸的伸缩实现机器人的行走。
本发明提供了一种温室顶部清扫机器人。系统有机器人本体、行走装置、清扫装置组成。通过4个吸盘式气缸实现机器人的行走和转弯功能；采用毛刷和吸尘装置实现玻璃表面的清扫功能。
本发明所述一种温室顶部清扫机器人装置，由机器人本体、行走机构和清扫机构组成；行走机构包括导向轮、牵引线、牵引电机、6个吸盘、4个气缸弹性绳和定位板，4个气缸位于机器人本体的头部和尾部，每个气缸头部布置1个吸盘，机器人本体中部两侧各安装1个吸盘，通过气缸的伸缩动作和吸盘吸放动作的协调，实现机器人的行走；所述的4个气缸是通过旋转绕轴安装于机器人本体，一牵引电机安装于本体上，本体上还设有四个导向轮，牵引线通过导向轮与气缸相连；牵引电机驱动连接在气缸上牵引线使4个气缸绕旋转绕轴旋转，实现机器人的转弯动作，在气缸沿牵引线运动方向设有定位板，气缸上相反于牵引线的方向设有弹性绳与本体相连，通过定位板实现限位，当完成转弯动作后，通过弹性绳实现气缸的回位；
所述清扫机构为布置于机器人本体中部的两侧毛刷、清扫驱动电机和机器人本体中间的吸尘器组成，清扫驱动电机驱动两侧毛刷进行清扫，并通过吸尘器将毛刷所清扫的灰尘吸除。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：由6个吸盘来实现机器人本体在玻璃表面的固定，通过四个气缸动作和导向轮的运动实现机器人本体的行走和转弯，通过毛刷的旋转和吸尘装置实现清扫和吸尘功能。
本发明的有益效果是，通过6个吸盘和4个气缸的联动实现机器人的在温室顶部的行走和转弯，利用清扫装置和吸尘器实现清扫吸尘功能，实现了温室顶部灰尘的自动清扫，解决了温室顶部灰尘无法人工清扫的问题，从而进一步提高了温室的透光率，以提高温室生产效率。系统具有结构简单，操作方便等优点。
附图说明
图1为温室顶部清扫机器人示意图。
图2为机器人行走过程示意图。
图3为机器人转弯过程示意图。
图4为清扫吸尘装置示意图。
图中1.导向轮，2.本体，3.牵引线，4.毛刷，5.清扫驱动电机，6. 牵引电机，7.第一吸盘，8.第二吸盘，9.第三吸盘，10.第四吸盘，11.第五吸盘，12.第六吸盘，13. 第一气缸，14. 第二气缸，15. 第三气缸，16.第四气缸，17.吸尘器，18.弹性绳，19.定位板，20.旋转绕轴。
具体实施方式   
如图1-4所示，该清扫机器人有机器人本体、行走装置、清扫装置组成。
行走装置包括：导向轮1、牵引线3、牵引电机6、6个吸盘7-12、四个气缸13-16、弹性绳18、定位板19。
装置行走过程为：初始时，第一到四气缸13-16均收缩状态，6个吸盘7-12均吸气固定。移动时第五吸盘11和第六吸盘12放气松开，同时第三气缸15、第四气缸16伸出，当伸出到最大位置，第五和第六吸盘吸气固定。然后第一吸盘7、第二吸盘8放气，然后第三气缸15、第四气缸16收缩，同时第一气缸13、第二气缸14伸出，当伸出到最大位置后第一吸盘7和第二吸盘8吸气固定。然后第三吸盘9和第四吸盘10放气，第一气缸13、第二气缸14收缩，当第一气缸13、第二气缸14收缩到最大位置后第三吸盘9和第四吸盘10吸气固定，从而完成整个移动过程。
装置转弯过程为：4个气缸通过旋转绕轴20固定，当第一吸盘7、第二吸盘8吸气固定，第三吸盘9、第四吸盘10、第五吸盘11、第六吸盘12均放开，通过牵引电机6驱动牵引线3拉动四个气缸分别到虚线位置，从而完成本体2的90°转弯。为确保牵引线3的准确位置，采用导向轮1来控制牵引线3的方向，实现四个气缸的联动，采用定位板19确保气缸的旋转位置。当机器人完成转弯过程，弹性绳18将气缸复原至原始位置。
清扫装置由毛刷4、清扫驱动电机5、吸尘器17组成。当两边驱动电机5驱动毛刷4旋转时，温室顶部覆盖物表面的灰尘被清扫，利用吸尘器17将毛刷4所清扫的灰尘吸除，实现了温室顶部覆盖物的清扫。

Claims (1)

1. 一种温室顶部清扫机器人装置，其特征在于：由机器人本体（2）、行走机构和清扫机构组成；行走机构包括牵引线（3）、牵引电机（6）、6个吸盘（7-12）、4个气缸（13-16）、弹性绳（18）和定位板（19），4个气缸（13-16）位于机器人本体（2）的头部和尾部，每个气缸头部布置1个吸盘，机器人本体中部两侧各安装1个吸盘，通过气缸的伸缩动作和吸盘吸放动作的协调，实现机器人的行走；所述的4个气缸是通过旋转绕轴（20）安装于机器人本体，一牵引电机（6）安装于本体上，本体上还设有四个导向轮，牵引线通过导向轮与气缸相连；牵引电机驱动连接在气缸上牵引线（3）使4个气缸绕旋转绕轴（20）旋转，实现机器人的转弯动作，在气缸沿牵引线运动方向设有定位板，气缸上相反于牵引线的方向设有弹性绳与本体相连，通过定位板实现限位，当完成转弯动作后，通过弹性绳（18）实现气缸的回位；
所述清扫机构为布置于机器人本体中部的两侧毛刷（4）、清扫驱动电机（5）和机器人本体中间的吸尘器（17）组成，清扫驱动电机（5）驱动两侧毛刷（4）进行清扫，并通过吸尘器（17）将毛刷所清扫的灰尘吸除。
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