CN107141027B

CN107141027B - 智能垃圾堆肥机器人

Info

Publication number: CN107141027B
Application number: CN201710426950.4A
Authority: CN
Inventors: 徐学东; 姚久星; 王宝杰; 吕明亮; 王付根; 张丙鹏; 米庆华; 高素坤; 张博雅; 王林莹
Original assignee: Shandong Agricultural University
Current assignee: Shandong Agricultural University
Priority date: 2017-06-08
Filing date: 2017-06-08
Publication date: 2022-10-18
Anticipated expiration: 2037-06-08
Also published as: CN107141027A

Abstract

本发明涉及一种智能垃圾堆肥机器人，包括机器人本体，由智能小车、桥架、纵向导轨、工作部、出料装置、托移车、横移轨道、出料装置和控制系统组成。用于农村生活有机垃圾堆肥设施，具有自动检测堆肥温湿度、含氧量、堆肥深度及物料体积，自动进行堆肥物料摊铺、翻堆、通风供氧、喷水调湿、出料等功能。本发明克服了现有技术的不足，具有自动化程度高、运行管理方便、能耗低、堆肥质量高等特点。

Description

智能垃圾堆肥机器人

技术领域

本发明涉及到生活有机废弃物堆肥领域，可用于生活有机垃圾堆肥、也可用于生活垃圾与农业有机废弃物混合堆肥。

背景技术

农村有机垃圾阳光堆肥房由并排布置的多个堆肥间组成，每个堆肥间一个堆肥周期依次经过从顶部进料口进料、摊铺、堆肥发酵、贮存、出料几个阶段，各个堆肥间依次使用。

农村生活垃圾数量大、分散度高，垃圾堆肥房具有每天投入垃圾次数多，但每次投入数量少等特点，目前的阳光垃圾堆肥房没有配备必要的摊铺、翻堆、出料等设备，正常运行需要人力多、劳动强度大。一般的机械化堆肥场生产能力大、设备造价高昂，功耗大等特点，不适合覆盖面积较小的农村生活有机垃圾堆肥。

发明内容

本发明提供了一种智能垃圾堆肥机器人，用于农村生活有机垃圾堆肥房，具有自动进行堆肥物料摊铺、翻堆、通风供氧、喷水调湿、出料等功能，能够自动检测堆肥温湿度、堆肥深度及自动计算堆肥体积。具有自动化程度高、运行管理方便、堆肥质量易于保证等特点，并大幅减少了人工操作，降低了劳动强度。

本发明的技术方案：

智能垃圾堆肥机器人，包括机器人本体，本体安装在并排布置的其中一个堆肥池的上方，其特征在于：包括智能小车、桥架、纵向导轨、工作装置、出料装置、托移车、横移轨道和控制系统，所述的智能小车、工作装置、托移车由控制系统连接控制。智能小车架设在桥架上并可沿固定在桥架上的轨道横向移动，桥架横跨在堆肥池上方两侧的纵向导轨上，并可沿纵向导轨纵向移动；智能小车上装有可垂直升降及水平回转的机械臂，机械臂下端固定有工作装置。

本发明所述的智能小车由机架、机械臂、工作装置、带马达的垂直升降装置、带马达的水平回转装置和带马达的沿桥架横向移动装置组成。机架通过沿轨道横向移动装置与桥架上的轨道相连，水平回转装置固定在机架上，垂直升降装置固定在水平回转装置上，并可水平回转，机械臂与垂直升降装置连接，并可垂直上下运动，机械臂至少设置一个，工作装置固定在机械臂下端，工作装置与机械臂可拆卸式连接。

本发明所述的桥架由横梁、两端支承结构、行走装置、动力装置、智能小车轨道组成，智能小车轨道固定在横梁上，横梁固定在两端支承结构上，两端支承结构上安有行走装置，行走装置设置在纵向导轨上。

本发明所述的托移车由车架、托臂、移动装置、动力装置、承线装置、横移轨道组成，车架通过移动装置与横移轨道相连，托移车横移轨道设置在堆肥池的一端，并横跨并排布置的所有堆肥池，托臂固定在车架两头下部，承线装置固定在横移轨道上方或下方的墙壁上，带有智能小车的桥架移动到拖移车的托臂上，由托臂移位到其它堆肥池，托移车通过移动定位装置确定停车位置。

本发明所述的工作装置为点式翻堆装置，由机械臂、机架、电机、螺旋提升叶轴、供氧喷气管路、调湿喷水管路、喷气口、液体喷嘴组成，机架与小车上的机械臂相连，螺旋提升叶轴固定在机架上，并由电机驱动，电机也固定在机架上。螺旋提升叶轴为空心钢管，螺旋提升叶轴上设有喷气口或液体喷嘴，所述的供氧喷气管路、喷水管路分别与螺旋提升叶轴上端连接相通。

本发明所述的工作装置为挖肥装置，由机械臂、机架、承力杆、垂直回转装置、挖肥斗、电机和振动器组成，机架与机械臂相连，承力杆固定在机械下，回转装置固定在承力杆的下部，挖肥斗一侧与回转装置连接，另一侧直接与承力杆连接，动力装置与回转装置连接在一起，振动器固定在挖肥斗上。

本发明所述的工作装置为垃圾破碎装置，由机械臂、垃圾破碎机头、垃圾破碎刀片及弧形罩组成，垃圾破碎机头固定在机械臂下端，垃圾破碎刀片固定在垃圾破碎机头的转轴末端，弧形罩固定在垃圾破碎机头上，并且罩在垃圾破碎刀片的上方。

本发明所述的出料装置由出料洞口外框、出料洞口门、刷卡器、控制模块、旋转轴、旋转电机、螺旋出料槽、螺旋推进叶片、螺旋电机、料斗和出料口组成。出料洞口外框固定于堆肥间外墙的洞口上，出料洞口门固定于出料洞口外框上，刷卡器位于出料门旁，旋转轴位于出料洞口外框中部，旋转电机固定于出料洞口外框上并与旋转轴连接，螺旋出料槽固定于旋转轴上，螺旋出料槽一端固定料斗另一端固定出料口，螺旋推进叶片与螺旋出料槽连接。出料前，螺旋出料槽处于竖直状态，出料时，螺旋出料槽在旋转电机驱动下转至大致水平状态，此时料斗位于堆肥间墙内，出料口位于堆肥间墙外，堆肥间智能小车的挖肥斗将肥料倒入料口，由螺旋推进叶片推出室外。

本发明智能控制系统由传感器、限位器、信号传输线路、动力线路、编程逻辑控制器PLC、触摸屏显示器与控制柜组成，触摸屏显示器与编程逻辑控制器PLC连接，触摸屏显示器与编程逻辑控制器PLC固定在控制柜内的机架上，传感器、限位器通过信号传输线路与编程逻辑控制器PLC连接，编程逻辑控制器PLC通过动力线路与智能垃圾堆肥机器人各部分的动力装置连接并控制其动作。

本发明的基本原理是:根据堆肥间所处堆肥阶段的需要布置不同功能的堆肥机器人（不同的工作装置），完成物料摊铺、破碎、翻堆、出料等不同的功能，一个堆肥间只能布置一个堆肥机器人（可带1个或多个工作装置），不同堆肥机器人同时在不同堆肥间内工作，一个堆肥机器人在一个堆肥间工作结束后，通过拖移车和横移轨道转移到另一个堆肥间工作。

本发明的有益效果是：本发明用于农村生活有机垃圾堆肥房，具有自动进行堆肥物料摊铺、翻堆、通风供氧、喷水调湿、出料等功能，能够自动检测堆肥温湿度、堆肥深度及自动计算堆肥体积。本发明具有自动化程度高、运行管理方便、堆肥质量易于保证等特点，并大幅减少了人工操作，降低了劳动强度。

附图说明

图1. 堆肥机器人及托移车示意图；

图2. 翻堆装置示意图；

图3. 挖肥装置示意图；

图4 液压挖肥装置方案一示意图；

图5液压挖肥装置方案二示意图；

图6. 破碎装置示意图；

图7、出料装置示意图。

具体实施方式

智能垃圾堆肥机器人，包括机器人本体，本体安装在并排布置的其中一个堆肥池的上方，其特征在于：包括智能小车1、桥架2、纵向导轨3、工作装置4、出料装置、托移车6、横移轨道8和控制系统9。所述的智能小车1、工作装置4、托移车6由控制系统9连接控制。智能小车1 架设在桥架2上并可沿固定在桥架2上的轨道18横向移动，桥架2横跨在堆肥池上方两侧的纵向导轨3上，并可沿纵向导轨3纵向移动；智能小车1上装有可垂直升降及水平回转的机械臂5，机械臂下端固定有工作装置4。工作装置可以是摊铺粑7、垃圾破碎装置、点式翻堆装置、挖肥装置。

智能小车1由机架10、机械臂5、工作装置4、带马达的垂直升降装置11、带马达的水平回转装置12和带马达的沿桥架2横向移动装置13组成。机架10通过沿轨道横向移动装置13 与桥架上的轨道18相连，水平回转装置12固定在机架10上，垂直升降装置11固定在水平回转装置12上，并可水平回转，机械臂5与垂直升降装置11连接，并可垂直上下运动，机械臂设置至少一个，工作装置4固定在机械臂5下端，工作装置与机械臂可拆卸式连接。

桥架2由横梁、两端支承结构15、行走装置16、动力装置17、智能小车轨道18组成。智能小车轨道18固定在横梁上，横梁固定在两端支承结构15上，两端支承结构15上安有行走装置16，行走装置16设置在纵向导轨3上。行走装置16可以是滚轮，滚轮在动力装置17驱动下，可沿堆肥池壁上的纵向导轨3做直线往返运动。堆肥池纵向导轨用槽型钢制成，滚轮约束在槽内，防止工作中的桥架２翘起翻车。桥架２可设置为双梁。

托移车6由车架19、托臂20、移动装置21、动力装置22、承线装置32、横移轨道8组成。车架19通过移动装置21与横移轨道8相连，托移车横移轨道8设置在堆肥池的一端，并横跨并排布置的所有堆肥池，托臂20固定在车架19两头下部，承线装置32固定在横移轨道上方或下方的墙壁上。带有智能小车1的桥架2移动到托臂20上停泊，由托臂20移位到其它堆肥池，托移车通过移动定位装置确定停车位置，托移车移动停车，带有智能小车1的桥架 2纵向移动到新的堆肥池的纵向轨道3上，完成一次拖移过程。实现智能小车的一机多用、跨池工作。

点式翻堆装置由机械臂5、机架25、电机26、螺旋提升叶轴27、供氧喷气管路28、调湿喷水管路29、喷气口23、液体喷嘴30组成。机架25与小车上的机械臂5相连，螺旋提升叶轴27固定在机架25上，并由电机26驱动，电机26也固定在机架25上。螺旋提升叶轴为空心钢管，螺旋提升叶轴上设有喷气口23或液体喷嘴30，所述的供氧喷气管路28、喷水管路29分别与螺旋提升叶轴27上端连接相通。

挖肥装置由机械臂5、机架24、承力杆35、垂直回转装置36、挖肥斗37、电机38和振动器39组成。机架24与机械臂5相连，承力杆35固定在机械24下，回转装置36固定在承力杆35的下部，挖肥斗37一侧与回转装置连接，另一侧直接与承力杆35连接，动力装置38与回转装置36连接在一起，振动器39固定在挖肥斗37上。挖肥斗也可采用液压的形式，液压挖肥装置由机械臂5、液压推拉杆14、挖肥斗37和振动器39组成。液压推拉杆14与机械臂5相连，挖肥斗37与机械臂5、液压推拉杆14相连，振动器39固定在挖肥斗37上。

垃圾破碎装置由机械臂5、垃圾破碎机头40、垃圾破碎刀片41及弧形罩42组成。垃圾破碎机头40固定在机械臂5下端，垃圾破碎刀片41固定在垃圾破碎机头40的转轴末端，弧形罩42固定在垃圾破碎机头40上，并且罩在垃圾破碎刀片41的上方。

出料装置由出料洞口外框43、出料洞口门44、刷卡器45、控制模块、旋转轴46、旋转电机47、螺旋出料槽48、螺旋推进叶片49、螺旋电机50、料斗51和出料口52组成，出料洞口外框43固定于堆肥间外墙的洞口上，出料洞口门44固定于出料洞口外框43上，刷卡器45位于出料洞口门44旁，旋转轴46位于出料洞口外框中部，旋转电机47固定于出料洞口外框43上并与旋转轴46连接，螺旋出料槽48固定于旋转轴46上，螺旋出料槽48一端固定料斗51另一端固定出料口52，螺旋推进叶片49与螺旋出料槽48连接。出料前，螺旋出料槽处于竖直状态，出料时，螺旋出料槽在旋转电机驱动下转至大致水平状态，此时料斗位于堆肥间墙内，出料口位于堆肥间墙外，堆肥间智能小车的挖肥斗将肥料倒入料口，由螺旋推进叶片推出室外。

桥架或机械臂上装有传感器，可测量不同位置堆肥物料深度、不同位置不同深度堆肥物料的的温度、含水率、氧饱和度、PH值等指标。

智能控制系统由传感器、限位器、信号传输线路、动力线路、可编程逻辑控制器PLC、触摸屏显示器与控制柜9组成。触摸屏显示器与可编程逻辑控制器PLC连接，触摸屏显示器与可编程逻辑控制器PLC固定在控制柜内的机架上。各种传感器、限位器通过信号传输线路与可编程逻辑控制器PLC连接，可编程逻辑控制器PLC通过动力线路与智能垃圾堆肥机器人各部分的动力装置连接并控制其动作。

Claims

1.智能垃圾堆肥机器人，包括机器人本体，本体安装在并排布置的其中一个堆肥池的上方，其特征在于：包括智能小车、桥架、纵向导轨、工作装置、出料装置、托移车、横移轨道和控制系统，所述的智能小车、工作装置、托移车由控制系统连接控制，智能小车架设在桥架上并可沿固定在桥架上的轨道横向移动，桥架横跨在堆肥池上方两侧的纵向导轨上，并可沿纵向导轨纵向移动；智能小车上装有可垂直升降及水平回转的机械臂，机械臂下端固定有工作装置，工作装置由点式翻堆装置、挖肥装置和垃圾破碎装置组成，所述的点式翻堆装置，由机械臂、机架、电机、螺旋提升叶轴、供氧喷气管路、调湿喷水管路、喷气口、液体喷嘴组成，机架与小车上的机械臂相连，螺旋提升叶轴固定在机架上，并由电机驱动，电机也固定在机架上，螺旋提升叶轴为空心钢管，螺旋提升叶轴上设有喷气口或液体喷嘴，所述的供氧喷气管路、喷水管路分别与螺旋提升叶轴上端连接相通；挖肥装置由机械臂、机架、承力杆、垂直回转装置、挖肥斗、电机和振动器组成，机架与机械臂相连，承力杆固定在机械臂下，回转装置固定在承力杆的下部，挖肥斗一侧与回转装置连接，另一侧直接与承力杆连接，电机与回转装置连接在一起，振动器固定在挖肥斗上；垃圾破碎装置，由机械臂、垃圾破碎机头、垃圾破碎刀片及弧形罩组成，垃圾破碎机头固定在机械臂下端，垃圾破碎刀片固定在垃圾破碎机头的转轴末端，弧形罩固定在垃圾破碎机头上，并且罩在垃圾破碎刀片的上方。

2.权利要求1所述的智能垃圾堆肥机器人，其特征在于：所述的智能小车由机架、机械臂、工作部、带马达的垂直升降装置、带马达的水平回转装置和带马达的沿桥架横向移动装置组成，机架通过沿轨道横向移动装置与桥架上的轨道相连，水平回转装置固定在机架上，垂直升降装置固定在水平回转装置上，并可水平回转，机械臂与垂直升降装置连接，并垂直上下运动，机械臂至少设置一个，工作装置固定在机械臂下端，工作装置与机械臂可拆卸式连接；

3.权利要求1或2所述的智能垃圾堆肥机器人，其特征在于：所述的桥架由横梁、两端支承结构、行走装置、动力装置、智能小车轨道组成，智能小车轨道固定在横梁上，横梁固定在两端支承结构上，两端支承结构上安有行走装置，行走装置设置在纵向导轨上。

4.权利要求1或2所述的智能垃圾堆肥机器人，其特征在于：所述的托移车由车架、托臂、移动装置、动力装置、承线装置、横移轨道组成，车架通过移动装置与横移轨道相连，托移车横移轨道设置在堆肥池的一端，并横跨并排布置的所有堆肥池，托臂固定在车架两头下部，承线装置固定在横移轨道上方或下方的墙壁上，带有智能小车的桥架移动到拖移车的托臂上，由托臂移位到其它堆肥池，托移车通过移动定位装置确定停车位置。

5.权利要求1所述的智能垃圾堆肥机器人，其特征在于：所述的出料装置由出料洞口外框、出料洞口门、刷卡器、控制模块、旋转轴、旋转电机、螺旋出料槽、螺旋推进叶片、螺旋电机、料斗和出料口组成，出料洞口外框固定于堆肥间外墙的洞口上，出料洞口门固定于出料洞口外框上，刷卡器位于出料门旁，旋转轴位于出料洞口外框中部，旋转电机固定于出料洞口外框上并与旋转轴连接，螺旋出料槽固定于旋转轴上，螺旋出料槽一端固定料斗另一端固定出料口，螺旋推进叶片与螺旋出料槽连接。

6.权利要求1或2所述的智能垃圾堆肥机器人，其特征在于：智能控制系统由传感器、限位器、信号传输线路、动力线路、编程逻辑控制器PLC、触摸屏显示器与控制柜组成，触摸屏显示器与编程逻辑控制器PLC连接，触摸屏显示器与编程逻辑控制器PLC固定在控制柜内的机架上，传感器、限位器通过信号传输线路与编程逻辑控制器PLC连接，编程逻辑控制器PLC通过动力线路与智能垃圾堆肥机器人各部分的动力装置连接并控制其动作。