CN108886976A - 平粮机器人及平粮机器人系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种平粮机器人及平粮机器人系统，其中包括电源模块、驱动模块、距离测量模块、单片机控制模块及无线通讯模块；其中，电源模块，用于提供电源；驱动模块，用于驱动电机转动；距离测量模块，用于测量障碍物与平粮机器人之间的距离；单片机控制模块，用于获取距离，并根据距离识别粮堆大小、判断平粮机器人是否被粮食掩埋；无线通讯模块，用于在平粮机器人被粮食掩埋时，发出求救信号至主机。本发明技术方案能够自主判断是否被掩埋，被掩埋时向主机发送报警信息。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种平粮机器人及平粮机器人系统。
背景技术
我国作为人口大国及农业大国，粮食储存是人们生存和发展的基本保障，关系到国家安全和社会稳定。粮食平整是粮食丰收到储藏保管过程中的最后一道工序，在入粮结束后，要及时平整粮面。粮面平整的好坏，对规范化管理和科技储存粮新技术的应用起到很大作用。而粮面平整的好坏在很大程度上取决于平粮机械的性能和结构特征。
目前若在粮仓环境中采用移动机器人来平整粮面，其工作场所是大小不一、高低起伏的粮堆，这样机器人有被掩埋的风险，而且机器人被掩埋时无法自行判断是否被掩埋。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种平粮机器人，旨在识别粮堆大小、自行判断是否被掩埋。
为实现上述目的，本发明提出的平粮机器人，所述平粮机器人包括电源模块、驱动模块、距离测量模块、单片机控制模块及无线通讯模块；其中，
所述电源模块，用于提供电源；
所述驱动模块，用于驱动电机转动；
所述距离测量模块，用于测量障碍物与平粮机器人之间的距离；
所述单片机控制模块，用于获取所述距离，并根据所述距离识别粮堆大小、判断平粮机器人是否被粮食掩埋；
所述无线通讯模块，用于在平粮机器人被粮食掩埋时，发出求救信号至主机。
优选地，所述距离测量模块采用超声波进行测距。
优选地，所述距离测量模块包括第一超声波模块及第二超声波模块；所述第一超声波模块及第二超声波模块设于所述所述平粮机器人的顶部；所述第一超声波模块及第二超声波模块用于测量平粮机器人与前方障碍之间的距离。
优选地，当所述第一超声波模块及第二超声波模块测得与前方障碍之间的距离均大于第一预设距离阈值时，驱动模块驱动平粮机器人按照预设速度前进。
优选地，当所述第一超声波模块及第二超声波模块测得与前方障碍之间的距离之差小于第二预设距离阈值时，则控制平粮机器人按照预设速度后退。
优选地，所述距离测量模块还包括第三超声波模块及第四超声波模块；所述第三超声波模块及第四超声波模块设于功能铲上；
当所述第一超声波模块及第二超声波模块测得与前方障碍之间的距离之差大于第二预设距离阈值且小于第三预设距离阈值时，则控制平粮机器人按照预设速度前进；
当所述第三超声波模块及第四超声波模块测得与前方障碍之间的距离均为零时，控制功能铲上升，同时控制平粮机器人按照预设速度后退。
优选地，当所述第一超声波模块及第二超声波模块测得与前方障碍之间的距离之差大于第三预设距离阈值时，控制功能铲平举，同时控制平粮机器人按照预设速度前进。
优选地，所述平粮机器人还包括分别设置于平粮机器人四侧的第五超声波模块、第六超声波模块、第七超声波模块及第八超声波模块；获取第五超声波模块、第六超声波模块、第七超声波模块及第八超声波模块中测得障碍距离最大者，则控制平粮机器人按照预设速度向该最大者对应的方向前进。
优选地，所述平粮机器人还包括显示屏，所述显示屏与所述单片机控制模块连接。
为实现上述目的，本发明还提出一种平粮机器人系统，包括主机及如上所述的平粮机器人。
本发明技术方案通过采用设置电源模块、驱动模块、距离测量模块、单片机控制模块及无线通讯模块，形成了一种平粮机器人。所述电源模块给其他模块提供电源；所述驱动模块驱动电机转动，以驱动平粮机器人行驶，所述单片机控制模块根据距离测量模块测量的距离识别粮堆大小、判断平粮机器人是否被粮食掩埋；所述无线通讯模块在平粮机器人被粮食掩埋时，发出求救信号至主机。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明平粮机器人一实施例的功能模块图；
图2为本发明平粮机器人一实施例的结构示意图；
图3为本发明平粮机器人一实施例的工作流程图。
附图标号说明：
| 标号 | 名称 | 标号 | 名称 |
| 100 | 单片机控制模块 | 3 | 功能铲 |
| 200 | 电源模块 | 4 | 电推杆 |
| 300 | 驱动模块 | 1 | 第一超声波模块 |
| 400 | 距离测量模块 | 2 | 第二超声波模块 |
| 500 | 无线通讯模块 | 7 | C类超声波模块 |
| 600 | 显示屏 | 8 | 第四电机 |
| 5 | 第三超声波模块 | 9 | 履带 |
| 6 | 第四超声波模块 | 10 | 松散装置 |
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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的一部分实施例，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作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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种平粮机器人。
参照图1及图2，在本发明实施例中，该平粮机器人，所述平粮机器人包括电源模块200、驱动模块300、距离测量模块400、单片机控制模块100及无线通讯模块500；其中，
所述电源模块200，用于提供电源。电源模块200采用的是接线供电的方式。
所述驱动模块300，用于驱动电机转动。本实施例中，平粮机器人上包括四个电机，根据单片机控制模块100的输出的控制信号做出不同反应。第一、第二个电机控制的是平粮机器人的轮子，第三个电机控制的是平粮机器前面的功能铲，第四个是控制平粮机器后方的螺旋杆的执行机构。
所述距离测量模块400，用于测量障碍物与平粮机器人之间的距离。本实施例中，所述距离测量模块400采用超声波进行测距。
距离测量模块400包括多个超声波模块，超声波测距模块是用来测量距离的一种产品，通过发送和就接收超声波，利用时间差和声音传播速度，计算出模块到前方障碍物的距离。
所述单片机控制模块100，用于获取所述距离，并根据所述距离识别粮堆大小、判断平粮机器人是否被粮食掩埋。需要说明的是，当平粮机器人被粮食掩埋时，距离测量模块400也被粮食给掩埋，这时，多个超声波模块测得的距离均为零或者小于预设距离阈值。
所述无线通讯模块500，用于在平粮机器人被粮食掩埋时，发出求救信号至主机。主机可以是控制终端，例如电脑。同时当机器人遇到自身无法解决的问题时或异常情况时也可通过人工远程协助。通过无线通信方式使得平粮机器人与主机的通信。还可以实现如遥控操作和实时反馈信息的作用。所述平粮机器人还包括显示屏600，所述显示屏600与所述单片机控制模块100连接。显示屏600用于显示平粮机器人各种运行参数及异常情况信息。
参照图2，本实施例中，该平粮机器人包括执行机构(功能铲3、松散装置10)、电机(未标示)、电推杆4及距离测量模块400。其中
执行机构包括位于平粮机器人前方的功能铲3及后方的松散装置10，功能铲3为推土铲和挖掘铲二合一，既可以铲粮食也可以用来推平粮食；松散装置包括若干个螺旋杆，当机器人被掩埋时，可以结合人工控制使平粮机器人自行脱离被掩埋区域。此外，机器人除了人工遥控外，还可以自行松散粮堆脱离被掩埋区域。若是完全掩埋，脱离掩埋区域或许会有局限，可借助机器人自带摄像头、定位装置或粮仓内的广角摄像头来辅助或遥控机器人脱离掩埋区域。
该平粮机器人共有四个电机，其中两个电机在平粮机器人内部，分别控制左右轮的转速，以带动履带9转动，使平粮机器人能前进后退，并通过差速运动使平粮机器人实现转弯。另外两个电机分别控制功能铲3和松散装置10。
该平粮机器人拥有两个电推杆4，能控制功能铲3的倾斜程度和升举的高度。
本实施例中该平粮机器人拥有三种不同功能需求的距离测量模块400，这里定义为：
A类超声波模块(即第三超声波模块5、第四超声波模块6)：位于平粮机器人功能铲3的表面，共有上下两个。
B类超声波模块(即第一超声波模块1、第二超声波模块2)：位于平粮机器人顶部，共有上下两个。
C类超声波模块7：位于平粮机器人的周侧，共有左右和后面各一个。
本发明技术方案通过采用设置电源模块200、驱动模块300、距离测量模块400、单片机控制模块100及无线通讯模块500，形成了一种平粮机器人。所述电源模块200给其他模块提供电源；所述驱动模块300驱动电机转动，以驱动平粮机器人行驶，所述单片机控制模块100根据距离测量模块400测量的距离识别粮堆大小、判断平粮机器人是否被粮食掩埋；所述无线通讯模块500在平粮机器人被粮食掩埋时，发出求救信号至主机。
具体地，参照图2及图3，所述距离测量模块400包括第一超声波模块1及第二超声波模块2；所述第一超声波模块1及第二超声波模块2设于所述所述平粮机器人的顶部；所述第一超声波模块1及第二超声波模块2用于测量平粮机器人与前方障碍之间的距离。当所述第一超声波模块1及第二超声波模块2测得与前方障碍之间的距离均大于第一预设距离阈值时，驱动模块300驱动平粮机器人按照预设速度前进。该第一超声波模块1及第二超声波模块2属于B类超声波模块。本实施例中，第一预设距离阈值为100cm。
实际使用中，将平粮机器人置于粮仓中，并且在单片机中程序加入函数运算，启动平粮机器人控制系统。
当前方没有障碍物的时候，当平粮机器人顶部的第一超声波模块1及第二超声波模块2检测的数值都比较大的时候，根据单片机的函数运算，B类超声波模块1、2的距离都大于100cm(该数值可以根据具体环境和平粮机器人的尺寸进行设定)，则控制系统将会判断前方无障碍物，那么平粮机器人将会笔直前进，平粮机器人前方的功能铲3及后方的松散装置10不运转。
进一步地，当所述第一超声波模块1及第二超声波模块2测得与前方障碍距离都小于100cm且两者之间的距离值之差小于第二预设距离阈值时，则控制平粮机器人按照预设速度后退。本实施例中，该第二预设距离阈值为5cm。
需要说明的是，在B类超声波模块的前方是粮仓内壁时，第一超声波模块1及第二超声波模块2测量到两个数值，根据单片机中程序中的函数运算，当这两个数值相差不到5cm时(这个相差的值范围可以根据粮仓的墙面斜率和超声波的误差进行调节)，控制系统将会判断该障碍物为粮仓内壁，第一电机及第二电机将会反转，同时启动PWM控制，使得平粮机器人后退的同时掉头，同时平粮机器人四周的C类超声波模块会保证机器人不会在运动的过程中碰到障碍物(距离设定为15cm，该数值可以根据实际情况调整)，第三电机和第四电机则保持不转。
进一步地，所述距离测量模块400还包括第三超声波模块5及第四超声波模块6；所述第三超声波模块5及第四超声波模块6设于功能铲3上；
当所述第一超声波模块1及第二超声波模块2测得与前方障碍之间的距离之差大于第二预设距离阈值且小于第三预设距离阈值时，则控制平粮机器人按照预设速度前进。本实施例中，第二预设距离阈值为5cm，第三预设距离阈值为15cm。
当所述第三超声波模块5及第四超声波模块6测得与前方障碍之间的距离均为零时，控制功能铲3上升，同时控制平粮机器人按照预设速度后退。
当所述第一超声波模块1及第二超声波模块2测得与前方障碍之间的距离之差大于第三预设距离阈值时，控制功能铲3平举，同时控制平粮机器人按照预设速度前进。
进一步地，所述平粮机器人还包括分别设置于平粮机器人四侧的第五超声波模块(未图示)、第六超声波模块(未图示)、第七超声波模块(未图示)及第八超声波模块(未图示)；获取第五超声波模块、第六超声波模块、第七超声波模块及第八超声波模块中测得障碍距离最大者，则控制平粮机器人按照预设速度向该最大者对应的方向前进。
需要说明的是，在第一超声波模块1及第二超声波模块2检测的距离相差慢慢加大时，根据单片机内的函数运算，如果相差的值在5cm-15cm(该值可以根据粮仓中大粮堆的斜率划定相差范围)之间的话，则控制系统就会判断为前方是大粮堆，第一电机和第二电机将会正转，带动平粮机器人前进，当功能铲3上方的第三超声波模块5及第四超声波模块6测量的距离均为0cm的时候，前方的第三电机则正转，带动前方的功能铲3运转，抬升功能铲3，同时平粮机器人后退，平粮机器人对四周的C类超声波模块(即第五超声波模块、第六超声波模块、第七超声波模块及第八超声波模块)距离进行对比后，选择距离数据较大的方向，通过PWM调制，使平粮机器人转向那一方向，放下铲出来的粮食，然后平粮机器人开始重新判断。
相应地，在第一超声波模块1及第二超声波模块2检测的距离相差越来越大，根据单片机内的函数运算，如果相差的值在15cm以上时(该值可以根据粮仓中小粮堆的斜率划定相差范围)之间的话，则控制系统就会判断为前方是小粮堆，第一电机和第二电机将会正转，带动平粮机器人前进，第三电机则回归初始值，直接推平小粮堆，并前进100cm。平粮机器人开始测量直到功能铲3下方的A类超声波模块测量距离大于0cm。本发明技术方案能够判断并识别粮堆大小后，用松散装置10松散大粮堆或用功能铲3铲平小粮堆。
在第一超声波模块1及第二超声波模块2距离为0cm的时候，控制系统就会通过无线通讯模块500，向工作人员寻求人工控制。当接入遥控模式时，平粮机器人后面的松散装置10将会启动，并按人工遥控命令操作。
本发明还提出一种平粮机器人系统，该平粮机器人系统包括主机及上述平粮机器人系统，该平粮机器人系统的具体结构参照上述实施例，由于本平粮机器人系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种平粮机器人，其特征在于，所述平粮机器人包括电源模块、驱动模块、距离测量模块、单片机控制模块及无线通讯模块；其中，
所述电源模块，用于提供电源；
所述驱动模块，用于驱动电机转动；
所述距离测量模块，用于测量障碍物与平粮机器人之间的距离；
所述单片机控制模块，用于获取所述距离，根据所述距离识别粮堆大小、判断平粮机器人是否被粮食掩埋；
所述无线通讯模块，用于在平粮机器人被粮食掩埋时，发出求救信号至主机。
2.如权利要求1所述的平粮机器人，其特征在于，所述距离测量模块采用超声波进行测距。
3.如权利要求2所述的平粮机器人，其特征在于，所述距离测量模块包括第一超声波模块及第二超声波模块；所述第一超声波模块及第二超声波模块设于所述所述平粮机器人的顶部；所述第一超声波模块及第二超声波模块用于测量平粮机器人与前方障碍之间的距离。
4.如权利要求3所述的平粮机器人，其特征在于，当所述第一超声波模块及第二超声波模块测得与前方障碍之间的距离均大于第一预设距离阈值时，驱动模块驱动平粮机器人按照预设速度前进。
5.如权利要求3所述的平粮机器人，其特征在于，当所述第一超声波模块及第二超声波模块测得与前方障碍之间的距离之差小于第二预设距离阈值时，则控制平粮机器人按照预设速度后退。
6.如权利要求3所述的平粮机器人，其特征在于，所述距离测量模块还包括第三超声波模块及第四超声波模块；所述第三超声波模块及第四超声波模块设于功能铲上；
当所述第一超声波模块及第二超声波模块测得与前方障碍之间的距离之差大于第二预设距离阈值且小于第三预设距离阈值时，则控制平粮机器人按照预设速度前进；
当所述第三超声波模块及第四超声波模块测得与前方障碍之间的距离均为零时，控制功能铲上升，同时控制平粮机器人按照预设速度后退。
7.如权利要求2所述的平粮机器人，其特征在于，当所述第一超声波模块及第二超声波模块测得与前方障碍之间的距离之差大于第三预设距离阈值时，控制功能铲平举，同时控制平粮机器人按照预设速度前进。
8.如权利要求2所述的平粮机器人，其特征在于，所述平粮机器人还包括分别设置于平粮机器人四侧的第五超声波模块、第六超声波模块、第七超声波模块及第八超声波模块；获取第五超声波模块、第六超声波模块、第七超声波模块及第八超声波模块中测得障碍距离最大者，则控制平粮机器人按照预设速度向该最大者对应的方向前进。
9.如权利要求2至7中任意一项所述的平粮机器人，其特征在于，所述平粮机器人还包括显示屏，所述显示屏与所述单片机控制模块连接。
10.一种平粮机器人系统，其特征在于，包括主机及如权利要求1至9中任意一项所述的平粮机器人。
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