CN111183907A - 一种猪舍漏粪沟清理自主行走机器人及清理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种猪舍漏粪沟清理自主行走机器人及清理方法，属于机电一体化领域。解决了现有猪舍粪便的清理工作多采用人工的形式，劳动生产率低，人工劳动强度大，现有清粪设施效果差，对建设精度要求高维护维修频繁的问题。它包括机器人本体、刷架机构、驱动轮机构和控制单元，所述驱动轮机构数量为四组，四组驱动轮机构呈八字形均匀分布在机器人本体的底部，所述刷架机构设置在机器人本体的前方，所述控制单元设置在机器人本体上，所述控制单元与刷架机构和驱动轮机构均分别通讯连接，控制刷架机构和驱动轮机构进行相应的运动。它主要用于猪舍漏粪沟的清理。
Description
技术领域
本发明属于机电一体化领域，特别是涉及一种猪舍漏粪沟清理自主行走机器人及清理方法。
背景技术
目前，以现代农业背景为发展的畜牧业，多数是靠人工劳动作为服务支撑，少数规模较大的畜牧业场所引进了半自动化服务设备，对于大型养猪场中的猪舍清理工作，清粪方式一般有两种：一是干清粪方式，即人工将干粪清除，污水经明沟或暗沟排出猪舍，此种方式劳动生产率低，人工劳动强度大。二是自动清粪，即采用清粪设施自动清除粪污，常见的有机械刮板清粪和水冲、水泡清粪方式。水冲、水泡清粪方式因其耗水、耗电，舍内潮湿，污水和稀粪处理设施跟不上，使用效果欠佳，机械刮板清粪虽然减少了用水量、降低了猪舍内的湿度，但设备使用对于漏粪沟内建设精度要求高，牵引钢丝绳使用期限短，维护维修频繁。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种猪舍漏粪沟清理自主行走机器人及清理方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种猪舍漏粪沟清理自主行走机器人，它包括机器人本体、刷架机构、驱动轮机构和控制单元，所述驱动轮机构数量为四组，四组驱动轮机构呈八字形均匀分布在机器人本体的底部，所述刷架机构设置在机器人本体的前方，所述控制单元设置在机器人本体上，所述控制单元与刷架机构和驱动轮机构均分别通讯连接，控制刷架机构和驱动轮机构进行相应的运动；
所述刷架机构包括推板一、推板安装架、前推板、刷架水平移动机构、刷架支撑架、电动滑台、推板二、立刮板一、下刮板一、防撞倒轮一、倒轮支架一、刷子一、双向缓冲铰链一、缓冲导轨支架一、缓冲弹簧一、推板导轨一、推板导套一、轴承连接座一、直线导轨二、轴承连接座二、缓冲弹簧芯轴一、缓冲弹簧二、刷子二、倒轮支架二、防撞倒轮二、缓冲导轨支架三、缓冲弹簧三、推板导轨三、推板导套三、轴承连接座三、双向缓冲铰链二、刷子三、立刮板二、下刮板二和下刮板三；
所述电动滑台与机器人本体相连，所述电动滑台通过刷架支撑架与刷架水平移动机构连接，所述推板安装架与刷架水平移动机构连接，，通过刷架水平移动机构动作控制推板安装架左右水平移动，所述倒轮支架一通过双向缓冲铰链一与推板安装架连接，所述防撞倒轮一与倒轮支架一固定连接，所述倒轮支架二通过双向缓冲铰链二与推板安装架连接，所述防撞倒轮二与倒轮支架二固定连接，所述推板导轨一通过缓冲导轨支架一与推板安装架固定连接，缓冲弹簧一置于推板导套一上方并穿入推板导轨一中，推板一通过轴承连接座一与推板导套一连接，所述推板导轨三通过缓冲导轨支架三与推板安装架固定连接，缓冲弹簧三置于推板导套三上方并穿入推板导轨三中，推板二通过轴承连接座三与推板导套三连接，所述缓冲弹簧芯轴一与推板安装架固定连接，所述缓冲弹簧二穿入缓冲弹簧芯轴一中，所述直线导轨二与推板安装架固定连接，所述前推板通过轴承连接座二与直线导轨二连接并通过调节缓冲弹簧芯轴一压紧缓冲弹簧二，所述立刮板一和下刮板一分别与推板一固定连接，所述立刮板二和下刮板二分别与推板二固定连接，所述下刮板三与前推板固定连接，刷子一、刷子二和刷子三分别与推板安装架固定连接并置于推板安装架下部。
更进一步的，所述刷架水平移动机构包括刷架水平移动电机、刷架水平限位碰块一、直线导轨、刷架接近开关定位块、滚珠丝杆组成、推板安装架连接座、刷架水平限位碰块二、直线导轨安装架和刷架水平移动机构外罩，所述推板安装架通过推板安装架连接座和直线导轨与刷架水平移动机构连接，通过刷架水平移动机构动作控制推板安装架左右水平移动，所述直线导轨、刷架接近开关定位块、滚珠丝杆组成、刷架水平移动机构外罩均分别与直线导轨安装架固定连接，所述刷架水平移动电机与滚珠丝杆组成连接，所述直线导轨安装架上分别固定连接有刷架水平限位碰块一和刷架水平限位碰块二，所述推板安装架连接座与滚珠丝杆组成固定连接。
更进一步的，所述机器人本体包括底板组成、电器元件安装板组成、电器元件安装板组成支架、机器人外罩、吊环、前支撑轮支架、前支撑轮、刷架机构安装板、刷架机构升降限位开关座板、磁导航传感器连接架一、超声传感器支架一、吊环连接杆、充电机构座板、电动推杆、充电触头、磁导航传感器安装座、磁导航传感器连接架二、底板组成密封盖、超声传感器支架二；所述电器元件安装板组成通过电器元件安装板组成支架与底板组成连接固定，所述前支撑轮通过前支撑轮支架与底板组成连接固定，所述前支撑轮为万向弹性支撑轮，所述刷架机构升降限位开关座板与磁导航传感器连接架一连接固定，所述磁导航传感器连接架一通过刷架机构安装板与底板组成连接固定，所述磁导航传感器连接架二通过磁导航传感器安装座与底板组成连接固定，所述充电触头与电动推杆连接固定，充电触头通过电动推杆动作，将触头探针伸出至机器人外部充电桩处，所述电动推杆通过充电机构座板与电器元件安装板组成连接固定，所述底板组成密封盖与底板组成连接固定，所述机器人外罩通过吊环与吊环连接杆连接固定，所述超声传感器支架一、吊环连接杆和超声传感器支架二均分别与电器元件安装板组成连接固定，所述刷架机构通过刷架机构安装板与底板组成连接固定。
更进一步的，所述驱动轮机构包括全向轮、驱动轮机构连接板、驱动轮机构防护罩、全向轮轴、全向轮驱动安装座、缓冲滑套、缓冲滑套光轴、驱动轮缓冲弹簧、缓冲滑套光轴座一、全向轮驱动电机、铰座一、铰座二、铰座三、可调铰座一、调节螺栓套、可调铰座二、铰座四、铰座支架和缓冲滑套光轴座二，所述全向轮驱动电机与全向轮驱动安装座固定连接，所述全向轮通过全向轮轴与全向轮驱动电机连接，所述缓冲滑套与全向轮驱动安装座固定连接形成一个整体，所述缓冲滑套光轴两端分别通过缓冲滑套光轴座一和缓冲滑套光轴座二与铰座支架固定连接，所述缓冲滑套套入缓冲滑套光轴外侧使得连结后的全向轮可沿着缓冲滑套光轴轴向自由移动，所述缓冲滑套上方的缓冲滑套光轴上装有驱动轮缓冲弹簧，所述缓冲滑套光轴座一通过铰座二与铰座一铰接，所述铰座一和铰座三均分别与驱动轮机构连接板固定连接，所述调节螺栓套通过可调铰座一和可调铰座二分别与铰座三和铰座四铰接，通过旋拧调节螺栓套可调节全向轮与驱动轮机构连接板的角度，所述铰座四与铰座支架固定连接，所述驱动轮机构防护罩设置在全向轮驱动安装座外侧，所述驱动轮机构通过驱动轮机构连接板与底板组成连接固定。
更进一步的，所述控制单元包括安全触边、刷架机构升降限位开关一、刷架机构升降限位开关二、磁导航传感器一、超声传感器一、磁导航传感器二、刷架水平限位开关一、刷架水平移动接近开关、刷架水平限位开关二、PLC控制模块、端子、通讯模块、驱动器、继电器、空气开关、电池组、超声传感器支架二和超声传感器二，所述电池组固定于底板组成上，是清理机器人的动力源，所述安全触边与机器人本体固定连接，所述磁导航传感器一通过磁导航传感器连接架一与刷架机构安装板固定连接，所述磁导航传感器二通过磁导航传感器连接架二与磁导航传感器安装座固定连接，所述磁导航传感器一和磁导航传感器二分别设置在机器人本体的底部，用于检测预埋磁钉，控制小车行走轨迹，所述刷架水平限位开关一和刷架水平限位开关二固定连接在推板安装架背面两侧，所述刷架水平移动接近开关固定连接在推板安装架背面中部，所述刷架机构升降限位开关一和刷架机构升降限位开关二通过刷架机构升降限位开关座板与磁导航传感器连接架一固定连接，所述超声传感器一通过超声传感器支架一与电器元件安装板组成固定连接，所述超声传感器二通过超声传感器支架二与电器元件安装板组成固定连接，所述PLC控制模块、端子、通讯模块、驱动器、继电器和空气开关均安装在电器元件安装板组成上。
本发明还提供了一种猪舍漏粪沟的清理方法，它包括以下步骤：
步骤一：机器人通电后，PLC控制模块按初始状态运行，首先，将各驱动电机按要求找到零位状态，刷架机构初始安装时，通过电动滑台动作，使得刷架机构距离地面保持设定的高度；
步骤二：清理机器人工作时，清理机器人处于工作起始位置，刷架水平移动机构动作控制推板安装架水平移动，使立刮板二与侧面墙壁预压，刷架机构通过电动滑台动作使推板安装架下降设定高度，使下刮板和刷子与地面保持压缩，驱动轮机构通过PLC控制模块控制使清理机器人沿前进方向直线行走；
步骤三：当清理机器人将粪污推出漏粪沟后，刷架机构通过电动滑台动作上升至初始位置，刷架水平移动机构动作控制推板安装架水平移动回至中心位置，将立刮板二与侧面壁分离，驱动轮机构通过PLC控制模块控制使清理机器人沿后退方向直线行走，回退至清理机器人工作起始位置；
步骤四：回至起始位置后清理机器人驱动轮机构通过PLC控制模块控制使清理机器人横向平移至靠经另一侧墙壁的预设位置，
步骤五：刷架水平移动机构动作控制推板安装架水平移动，使立刮板一与另一侧墙壁预压，刷架机构通过电动滑台动作使推板安装架下降设定高度，使下刮板和刷子与地面保持压缩，驱动轮机构通过PLC控制模块控制使清理机器人沿前进方向直线行走；
步骤六：当清理机器人将粪污推出漏粪沟后，刷架机构通过电动滑台动作上升至初始位置，刷架水平移动机构动作控制推板安装架水平移动回至中心位置，将立刮板一与另一侧面壁分离，驱动轮机构通过PLC控制模块控制使清理机器人沿后退方向直线行走；
步骤七：重复步骤二至步骤六的动作实现清理机器人对漏粪沟中粪污的清理工作。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明解决了现有猪舍漏粪沟粪便的清理工作采用人工的形式，劳动生产率低，人工劳动强度大，以及现有清粪设施效果差，对建设精度要求高维护维修频繁的问题。
本发明的应用可以实现自动化无人管理模式，通过APP软件与机器人硬件连接，实现远程物联网多机协同工作。APP软件作为系统的控制单元，通过机器人车体上的通信模块进行通信识别与数据处理，借助清理机器人磁导航系统按预设轨迹完成任务功能，同时PLC控制模块作为核心单元对各电机实现精准控制，完成各传感器之间的信号处理，协调驱动模块间的逻辑关系；机器人动力源采用节能环保型的锂电池组；利用直流减速电机控制机器人的全向行走；利用电机及滑台控制机器人刷架机构升降及水平移动动作。全向行走功能，使得清理机器人调整姿态灵活高效，自主行走的方式和刷架机构的结构特点及动作方式，实现全覆盖无死角的清理功能，适用多种规格漏粪沟的清理工作。
附图说明
图1为本发明所述的一种猪舍漏粪沟清理自主行走机器人前方向轴侧示意图；
图2为本发明所述的一种猪舍漏粪沟清理自主行走机器人后方向轴侧示意图；
图3为本发明所述的一种猪舍漏粪沟清理自主行走机器人去除刷架机构前侧示意图；
图4为本发明所述的一种猪舍漏粪沟清理自主行走机器人去除机器人外罩后方向轴侧示意图；
图5为本发明所述的刷架机构轴侧示意图；
图6为本发明所述的刷架机构爆炸示意图；
图7为本发明所述的刷架水平移动机构正向示意图；
图8为本发明所述的驱动轮机构轴侧示意图；
图9为本发明所述的驱动轮机构去除防护罩示意图；
图10为本发明所述的电气元件安装板组成俯视示意图；
图11为本发明所述的底板组成俯视示意图；
图12为本发明所述的一种猪舍漏粪沟清理自主行走机器人边侧前进工作状态示意图；
图13为本发明所述的一种猪舍漏粪沟清理自主行走机器人边侧回退动作示意图；
图14为本发明所述的一种猪舍漏粪沟清理自主行走机器人另一边侧前进工作状态示意图；
图15为本发明所述的一种猪舍漏粪沟清理自主行走机器人另一边侧回退动作示意图。
1：刷架机构、2：安全触边、3：机器人外罩、4：吊环、5：驱动轮机构、6：急停开关、7：前支撑轮支架、8：前支撑轮、9：刷架机构安装板、10：刷架机构升降限位开关一、11：刷架机构升降限位开关座板、12：刷架机构升降限位开关二、13：磁导航传感器连接架一、14：磁导航传感器一、15：超声传感器支架一、16：超声传感器一、17：吊环连接杆、18：电器元件安装板组成、19：充电机构座板、20：电动推杆、21：充电触头、22：底板组成、23：磁导航传感器安装座、24：磁导航传感器连接架二、25：磁导航传感器二、26：推板一、27：推板安装架、28：前推板、29：刷架水平移动机构、30：刷架支撑架、31：电动滑台、32：推板二、33：立刮板一、34：下刮板一、35：防撞倒轮一、36：倒轮支架一、37：刷子一、38：双向缓冲铰链一、39：缓冲导轨支架一、40：缓冲弹簧一、41：推板导轨一、42：推板导套一、43：轴承连接座一、44：直线导轨二、45：轴承连接座二、46：缓冲弹簧芯轴一、47：缓冲弹簧二、48：刷子二、49：倒轮支架二、50：防撞倒轮二、51：缓冲导轨支架三、52：缓冲弹簧三、53：推板导轨三、54：推板导套三、55：轴承连接座三、56：双向缓冲铰链二、57：刷子三、58：立刮板二、59：下刮板二、60：下刮板三、61：刷架水平移动电机、62：刷架水平限位开关一、63：刷架水平限位碰块一、64：直线导轨、65：刷架接近开关定位块、66：刷架水平移动接近开关、67：滚珠丝杆组成、68：推板安装架连接座、69：刷架水平限位碰块二、70：刷架水平限位开关二、71：直线导轨安装架、72：刷架水平移动机构外罩、73：全向轮、74：驱动轮机构连接板、75：驱动轮机构防护罩、76：全向轮轴、77：全向轮驱动安装座、78：缓冲滑套、79：缓冲滑套光轴、80：驱动轮缓冲弹簧、81：缓冲滑套光轴座一、82：全向轮驱动电机、83：铰座一、84：铰座二、85：铰座三、86：可调铰座一、87：调节螺栓套、88：可调铰座二、89：铰座四、90：铰座支架、91：缓冲滑套光轴座二、92：PLC控制模块、93：端子、94：通信模块、95：驱动器、96：继电器、97：空气开关、98：电器元件安装板组成支架、99：底板组成密封盖、100：电池组、101：超声传感器支架二、102：超声传感器二。
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、完整地阐述。
参见图1-15说明本实施方式，一种猪舍漏粪沟清理自主行走机器人，它包括机器人本体、刷架机构1、驱动轮机构5和控制单元，所述驱动轮机构5数量为四组，四组驱动轮机构5呈八字形均匀分布在机器人本体的底部，所述刷架机构1设置在机器人本体的前方，所述控制单元设置在机器人本体上，所述控制单元与刷架机构1和驱动轮机构5均分别通讯连接，控制刷架机构1和驱动轮机构5进行相应的运动；
所述刷架机构1包括推板一26、推板安装架27、前推板28、刷架水平移动机构29、刷架支撑架30、电动滑台31、推板二32、立刮板一33、下刮板一34、防撞倒轮一35、倒轮支架一36、刷子一37、双向缓冲铰链一38、缓冲导轨支架一39、缓冲弹簧一40、推板导轨一41、推板导套一42、轴承连接座一43、直线导轨二44、轴承连接座二45、缓冲弹簧芯轴一46、缓冲弹簧二47、刷子二48、倒轮支架二49、防撞倒轮二50、缓冲导轨支架三51、缓冲弹簧三52、推板导轨三53、推板导套三54、轴承连接座三55、双向缓冲铰链二56、刷子三57、立刮板二58、下刮板二59和下刮板三60；
所述电动滑台31与机器人本体相连，所述电动滑台31通过刷架支撑架30与刷架水平移动机构29连接，所述推板安装架27与刷架水平移动机构29连接，，通过刷架水平移动机构29动作控制推板安装架27左右水平移动，所述倒轮支架一36通过双向缓冲铰链一38与推板安装架27连接，所述防撞倒轮一35与倒轮支架一36固定连接，所述倒轮支架二49通过双向缓冲铰链二56与推板安装架27连接，所述防撞倒轮二50与倒轮支架二49固定连接，所述推板导轨一41通过缓冲导轨支架一39与推板安装架27固定连接，缓冲弹簧一40置于推板导套一42上方并穿入推板导轨一41中，推板一26通过轴承连接座一43与推板导套一42连接，所述推板导轨三53通过缓冲导轨支架三51与推板安装架27固定连接，缓冲弹簧三52置于推板导套三54上方并穿入推板导轨三53中，推板二32通过轴承连接座三55与推板导套三54连接，所述缓冲弹簧芯轴一46与推板安装架27固定连接，所述缓冲弹簧二47穿入缓冲弹簧芯轴一46中，所述直线导轨二44与推板安装架27固定连接，所述前推板28通过轴承连接座二45与直线导轨二44连接并通过调节缓冲弹簧芯轴一46压紧缓冲弹簧二47，所述立刮板一33和下刮板一34分别与推板一26固定连接，所述立刮板二58和下刮板二59分别与推板二32固定连接，所述下刮板三60与前推板28固定连接，刷子一37、刷子二48和刷子三57分别与推板安装架27固定连接并置于推板安装架27下部。
当下刮板一34、下刮板二59、下刮板三60与地面分别产生压力时，推板一26、前推板28、推板二32分别通过缓冲弹簧一40、缓冲弹簧二47、缓冲弹簧三52弹簧弹性势能作用，保证下刮板与地面保持一定的压缩量，避免由于路面不平而产生下刮板受力不均匀的情况，从而达到良好的清洁效果。
本实施例所述刷架水平移动机构29包括刷架水平移动电机61、刷架水平限位碰块一63、直线导轨64、刷架接近开关定位块65、滚珠丝杆组成67、推板安装架连接座68、刷架水平限位碰块二69、直线导轨安装架71和刷架水平移动机构外罩72，所述推板安装架27通过推板安装架连接座68和直线导轨64与刷架水平移动机构29连接，通过刷架水平移动机构29动作控制推板安装架27左右水平移动，所述直线导轨64、刷架接近开关定位块65、滚珠丝杆组成67、刷架水平移动机构外罩72均分别与直线导轨安装架71固定连接，所述刷架水平移动电机61与滚珠丝杆组成67连接，所述直线导轨安装架71上分别固定连接有刷架水平限位碰块一63和刷架水平限位碰块二69，所述推板安装架连接座68与滚珠丝杆组成67固定连接。刷架水平移动电机61与滚珠丝杆组成67连接，为刷架水平移动提供驱动力，
本实施例所述机器人本体包括底板组成22、电器元件安装板组成18、电器元件安装板组成支架98、机器人外罩3、吊环4、前支撑轮支架7、前支撑轮8、刷架机构安装板9、刷架机构升降限位开关座板11、磁导航传感器连接架一13、超声传感器支架一15、吊环连接杆17、充电机构座板19、电动推杆20、充电触头21、磁导航传感器安装座23、磁导航传感器连接架二24、底板组成密封盖99、超声传感器支架二101；所述电器元件安装板组成18通过电器元件安装板组成支架98与底板组成22连接固定，所述前支撑轮8通过前支撑轮支架7与底板组成22连接固定，所述前支撑轮8为万向弹性支撑轮，所述刷架机构升降限位开关座板11与磁导航传感器连接架一13连接固定，所述磁导航传感器连接架一13通过刷架机构安装板9与底板组成22连接固定，所述磁导航传感器连接架二24通过磁导航传感器安装座23与底板组成22连接固定，所述充电触头21与电动推杆20连接固定，充电触头21通过电动推杆20动作，将触头探针伸出至机器人外部充电桩处，所述电动推杆20通过充电机构座板19与电器元件安装板组成18连接固定，所述底板组成密封盖99与底板组成22连接固定，所述机器人外罩3通过吊环4与吊环连接杆17连接固定，所述超声传感器支架一15、吊环连接杆17和超声传感器支架二101均分别与电器元件安装板组成18连接固定，所述刷架机构1通过刷架机构安装板9与底板组成22连接固定。
当机器人刷架抬起，机器人行走时，前支撑轮起辅助支撑作用，当机器人前端刷架下降至推刷工作状态时，前支撑轮与地面虚接触，机器人通过四组驱动轮机构5和刷架机构1支撑，充电触头21通过电动推杆20动作，可将触头探针伸出至机器人外部充电桩处，用以实现自动充电功能。
本实施例所述驱动轮机构5包括全向轮73、驱动轮机构连接板74、驱动轮机构防护罩75、全向轮轴76、全向轮驱动安装座77、缓冲滑套78、缓冲滑套光轴79、驱动轮缓冲弹簧80、缓冲滑套光轴座一81、全向轮驱动电机82、铰座一83、铰座二84、铰座三85、可调铰座一86、调节螺栓套87、可调铰座二88、铰座四89、铰座支架90和缓冲滑套光轴座二91，所述全向轮驱动电机82与全向轮驱动安装座77固定连接，所述全向轮73通过全向轮轴76与全向轮驱动电机82连接，所述缓冲滑套78与全向轮驱动安装座77固定连接形成一个整体，所述缓冲滑套光轴79两端分别通过缓冲滑套光轴座一81和缓冲滑套光轴座二91与铰座支架90固定连接，所述缓冲滑套78套入缓冲滑套光轴79外侧使得连结后的全向轮73可沿着缓冲滑套光轴79轴向自由移动，所述缓冲滑套78上方的缓冲滑套光轴79上装有驱动轮缓冲弹簧80，所述缓冲滑套光轴座一81通过铰座二84与铰座一83铰接，所述铰座一83和铰座三85均分别与驱动轮机构连接板74固定连接，所述调节螺栓套87通过可调铰座一86和可调铰座二88分别与铰座三85和铰座四89铰接，通过旋拧调节螺栓套87可调节全向轮73与驱动轮机构连接板74的角度，所述铰座四89与铰座支架90固定连接，所述驱动轮机构防护罩75设置在全向轮驱动安装座77外侧，所述驱动轮机构5通过驱动轮机构连接板74与底板组成22连接固定。
四组驱动轮机构5成八字平均分布于漏粪沟清理机器人底部，在遇到凹凸不平的复杂路面及运行加速度较大时，四组驱动轮机构5受到不同冲击，通过驱动轮缓冲弹簧80的变形调节，实现设备缓冲、减震的效果，且由于缓冲弹簧储能，保证驱动轮机构5向下浮动时与地面保持足够的附着力，驱动轮缓冲弹簧80的缓冲作用实现了对驱动轮机构5的保护，确保设备平稳、准确的运行。
本实施例所述控制单元包括安全触边2、刷架机构升降限位开关一10、刷架机构升降限位开关二12、磁导航传感器一14、超声传感器一16、磁导航传感器二25、刷架水平限位开关一62、刷架水平移动接近开关66、刷架水平限位开关二70、PLC控制模块92、端子93、通讯模块94、驱动器95、继电器96、空气开关97、电池组100、超声传感器支架二101和超声传感器二102，所述电池组100固定于底板组成22上，是清理机器人的动力源，所述安全触边2与机器人本体固定连接，所述磁导航传感器一14通过磁导航传感器连接架一13与刷架机构安装板9固定连接，所述磁导航传感器二25通过磁导航传感器连接架二24与磁导航传感器安装座23固定连接，所述磁导航传感器一14和磁导航传感器二25分别设置在机器人本体的底部并距离地面一定高度，用于检测预埋磁钉，实时控制小车行走轨迹，所述刷架水平限位开关一62和刷架水平限位开关二70固定连接在推板安装架27背面两侧，所述刷架水平移动接近开关66固定连接在推板安装架27背面中部，所述刷架机构升降限位开关一10和刷架机构升降限位开关二12通过刷架机构升降限位开关座板11与磁导航传感器连接架一13固定连接，所述超声传感器一16通过超声传感器支架一15与电器元件安装板组成18固定连接，所述超声传感器二102通过超声传感器支架二101与电器元件安装板组成18固定连接，所述PLC控制模块92、端子93、通讯模块94、驱动器95、继电器96和空气开关97均安装在电器元件安装板组成18上。
安全触边2与机器人本体固定连接，通过安全触边自身缓冲及受碰撞后传递电信号的特点，有效减小机器人意外碰撞造成的伤害。当刷架水平移动机构29驱动推板安装架27位于中部位置时，刷架水平移动接近开关66动作，当刷架水平移动机构29驱动推板安装架27分别向两侧移动时，刷架水平限位开关一62和刷架水平限位开关二70分别动作，控制驱动推板安装架27水平动作位置。当刷架机构1上升时，刷架机构升降限位开关一10与刷架支撑架30作用，用以控制刷架机构1上升高度，当刷架机构1下降时，刷架机构升降限位开关二12与刷架支撑架30作用，用以控制刷架机构1下降高度。PLC控制模块92采用一种可编程的储存器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式的输入输出来控制整个设备的动作，所述端子93在传递电信号和导电方面起到了连接作用，简化产品结构，驱动器95通过PLC控制模块92向各个驱动机构发送指令，实现控制各机构动作，用于驱动轮驱动器共四组，分别对应四组驱动轮机构，每组驱动轮驱动器通过PLC控制模块92实时控制相对应的全向轮73的转动速度及转动方向，从而实现清理机器人的行走功能。所述空气开关97完成接触和分断电路，能对电路或电气设备发生的短路，严重过载及欠电压等进行保护，还设有急停开关6用于机器人的紧急停止。超声传感器位于机器人前后两侧，用于监测机器人前后障碍物并反馈信号至控制系统，实现避障功能。
本实施例为猪舍漏粪沟的清理方法，它包括以下步骤：
步骤一：机器人通电后，PLC控制模块92按初始状态运行，首先，将各驱动电机按要求找到零位状态，刷架机构1初始安装时，通过电动滑台31动作，使得刷架机构1距离地面保持设定的高度；
步骤二：清理机器人工作时，清理机器人处于工作起始位置，刷架水平移动机构29动作控制推板安装架27水平移动，使立刮板二58与侧面墙壁预压，刷架机构1通过电动滑台31动作使推板安装架27下降设定高度，使下刮板和刷子与地面保持压缩，驱动轮机构5通过PLC控制模块92控制使清理机器人沿前进方向直线行走；
步骤三：当清理机器人将粪污推出漏粪沟后，刷架机构1通过电动滑台动作上升至初始位置，刷架水平移动机构29动作控制推板安装架27水平移动回至中心位置，将立刮板二58与侧面壁分离，驱动轮机构5通过PLC控制模块92控制使清理机器人沿后退方向直线行走，回退至清理机器人工作起始位置；
步骤四：回至起始位置后清理机器人驱动轮机构5通过PLC控制模块92控制使清理机器人横向平移至靠经另一侧墙壁的预设位置，
步骤五：刷架水平移动机构29动作控制推板安装架27水平移动，使立刮板一33与另一侧墙壁预压，刷架机构1通过电动滑台动作使推板安装架27下降设定高度，使下刮板和刷子与地面保持压缩，驱动轮机构5通过PLC控制模块92控制使清理机器人沿前进方向直线行走；
步骤六：当清理机器人将粪污推出漏粪沟后，刷架机构1通过电动滑台31动作上升至初始位置，刷架水平移动机构29动作控制推板安装架27水平移动回至中心位置，将立刮板一33与另一侧面壁分离，驱动轮机构5通过PLC控制模块92控制使清理机器人沿后退方向直线行走；
步骤七：重复步骤二至步骤六的动作实现清理机器人对漏粪沟中粪污的清理工作。
以上对本发明所提供的一种猪舍漏粪沟清理自主行走机器人及清理方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种猪舍漏粪沟清理自主行走机器人，其特征在于：它包括机器人本体、刷架机构(1)、驱动轮机构(5)和控制单元，所述驱动轮机构(5)数量为四组，四组驱动轮机构(5)呈八字形均匀分布在机器人本体的底部，所述刷架机构(1)设置在机器人本体的前方，所述控制单元设置在机器人本体上，所述控制单元与刷架机构(1)和驱动轮机构(5)均分别通讯连接，控制刷架机构(1)和驱动轮机构(5)进行相应的运动；
所述刷架机构(1)包括推板一(26)、推板安装架(27)、前推板(28)、刷架水平移动机构(29)、刷架支撑架(30)、电动滑台(31)、推板二(32)、立刮板一(33)、下刮板一(34)、防撞倒轮一(35)、倒轮支架一(36)、刷子一(37)、双向缓冲铰链一(38)、缓冲导轨支架一(39)、缓冲弹簧一(40)、推板导轨一(41)、推板导套一(42)、轴承连接座一(43)、直线导轨二(44)、轴承连接座二(45)、缓冲弹簧芯轴一(46)、缓冲弹簧二(47)、刷子二(48)、倒轮支架二(49)、防撞倒轮二(50)、缓冲导轨支架三(51)、缓冲弹簧三(52)、推板导轨三(53)、推板导套三(54)、轴承连接座三(55)、双向缓冲铰链二(56)、刷子三(57)、立刮板二(58)、下刮板二(59)和下刮板三(60)；
所述电动滑台(31)与机器人本体相连，所述电动滑台(31)通过刷架支撑架(30)与刷架水平移动机构(29)连接，所述推板安装架(27)与刷架水平移动机构(29)连接，，通过刷架水平移动机构(29)动作控制推板安装架(27)左右水平移动，所述倒轮支架一(36)通过双向缓冲铰链一(38)与推板安装架(27)连接，所述防撞倒轮一(35)与倒轮支架一(36)固定连接，所述倒轮支架二(49)通过双向缓冲铰链二(56)与推板安装架(27)连接，所述防撞倒轮二(50)与倒轮支架二(49)固定连接，所述推板导轨一(41)通过缓冲导轨支架一(39)与推板安装架(27)固定连接，缓冲弹簧一(40)置于推板导套一(42)上方并穿入推板导轨一(41)中，推板一(26)通过轴承连接座一(43)与推板导套一(42)连接，所述推板导轨三(53)通过缓冲导轨支架三(51)与推板安装架(27)固定连接，缓冲弹簧三(52)置于推板导套三(54)上方并穿入推板导轨三(53)中，推板二(32)通过轴承连接座三(55)与推板导套三(54)连接，所述缓冲弹簧芯轴一(46)与推板安装架(27)固定连接，所述缓冲弹簧二(47)穿入缓冲弹簧芯轴一(46)中，所述直线导轨二(44)与推板安装架(27)固定连接，所述前推板(28)通过轴承连接座二(45)与直线导轨二(44)连接并通过调节缓冲弹簧芯轴一(46)压紧缓冲弹簧二(47)，所述立刮板一(33)和下刮板一(34)分别与推板一(26)固定连接，所述立刮板二(58)和下刮板二(59)分别与推板二(32)固定连接，所述下刮板三(60)与前推板(28)固定连接，刷子一(37)、刷子二(48)和刷子三(57)分别与推板安装架(27)固定连接并置于推板安装架(27)下部。
2.根据权利要求1所述的一种猪舍漏粪沟清理自主行走机器人，其特征在于：所述刷架水平移动机构(29)包括刷架水平移动电机(61)、刷架水平限位碰块一(63)、直线导轨(64)、刷架接近开关定位块(65)、滚珠丝杆组成(67)、推板安装架连接座(68)、刷架水平限位碰块二(69)、直线导轨安装架(71)和刷架水平移动机构外罩(72)，所述推板安装架(27)通过推板安装架连接座(68)和直线导轨(64)与刷架水平移动机构(29)连接，通过刷架水平移动机构(29)动作控制推板安装架(27)左右水平移动，所述直线导轨(64)、刷架接近开关定位块(65)、滚珠丝杆组成(67)、刷架水平移动机构外罩(72)均分别与直线导轨安装架(71)固定连接，所述刷架水平移动电机(61)与滚珠丝杆组成(67)连接，所述直线导轨安装架(71)上分别固定连接有刷架水平限位碰块一(63)和刷架水平限位碰块二(69)，所述推板安装架连接座(68)与滚珠丝杆组成(67)固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种猪舍漏粪沟清理自主行走机器人，其特征在于：所述机器人本体包括底板组成(22)、电器元件安装板组成(18)、电器元件安装板组成支架(98)、机器人外罩(3)、吊环(4)、前支撑轮支架(7)、前支撑轮(8)、刷架机构安装板(9)、刷架机构升降限位开关座板(11)、磁导航传感器连接架一(13)、超声传感器支架一(15)、吊环连接杆(17)、充电机构座板(19)、电动推杆(20)、充电触头(21)、磁导航传感器安装座(23)、磁导航传感器连接架二(24)、底板组成密封盖(99)、超声传感器支架二(101)；所述电器元件安装板组成(18)通过电器元件安装板组成支架(98)与底板组成(22)连接固定，所述前支撑轮(8)通过前支撑轮支架(7)与底板组成(22)连接固定，所述前支撑轮(8)为万向弹性支撑轮，所述刷架机构升降限位开关座板(11)与磁导航传感器连接架一(13)连接固定，所述磁导航传感器连接架一(13)通过刷架机构安装板(9)与底板组成(22)连接固定，所述磁导航传感器连接架二(24)通过磁导航传感器安装座(23)与底板组成(22)连接固定，所述充电触头(21)与电动推杆(20)连接固定，充电触头(21)通过电动推杆(20)动作，将触头探针伸出至机器人外部充电桩处，所述电动推杆(20)通过充电机构座板(19)与电器元件安装板组成(18)连接固定，所述底板组成密封盖(99)与底板组成(22)连接固定，所述机器人外罩(3)通过吊环(4)与吊环连接杆(17)连接固定，所述超声传感器支架一(15)、吊环连接杆(17)和超声传感器支架二(101)均分别与电器元件安装板组成(18)连接固定，所述刷架机构(1)通过刷架机构安装板(9)与底板组成(22)连接固定。
4.根据权利要求3所述的一种猪舍漏粪沟清理自主行走机器人，其特征在于：所述驱动轮机构(5)包括全向轮(73)、驱动轮机构连接板(74)、驱动轮机构防护罩(75)、全向轮轴(76)、全向轮驱动安装座(77)、缓冲滑套(78)、缓冲滑套光轴(79)、驱动轮缓冲弹簧(80)、缓冲滑套光轴座一(81)、全向轮驱动电机(82)、铰座一(83)、铰座二(84)、铰座三(85)、可调铰座一(86)、调节螺栓套(87)、可调铰座二(88)、铰座四(89)、铰座支架(90)和缓冲滑套光轴座二(91)，所述全向轮驱动电机(82)与全向轮驱动安装座(77)固定连接，所述全向轮(73)通过全向轮轴(76)与全向轮驱动电机(82)连接，所述缓冲滑套(78)与全向轮驱动安装座(77)固定连接形成一个整体，所述缓冲滑套光轴(79)两端分别通过缓冲滑套光轴座一(81)和缓冲滑套光轴座二(91)与铰座支架(90)固定连接，所述缓冲滑套(78)套入缓冲滑套光轴(79)外侧使得连结后的全向轮(73)可沿着缓冲滑套光轴(79)轴向自由移动，所述缓冲滑套(78)上方的缓冲滑套光轴(79)上装有驱动轮缓冲弹簧(80)，所述缓冲滑套光轴座一(81)通过铰座二(84)与铰座一(83)铰接，所述铰座一(83)和铰座三(85)均分别与驱动轮机构连接板(74)固定连接，所述调节螺栓套(87)通过可调铰座一(86)和可调铰座二(88)分别与铰座三(85)和铰座四(89)铰接，通过旋拧调节螺栓套(87)可调节全向轮(73)与驱动轮机构连接板(74)的角度，所述铰座四(89)与铰座支架(90)固定连接，所述驱动轮机构防护罩(75)设置在全向轮驱动安装座(77)外侧，所述驱动轮机构(5)通过驱动轮机构连接板(74)与底板组成(22)连接固定。
5.根据权利要求4所述的一种猪舍漏粪沟清理自主行走机器人，其特征在于：所述控制单元包括安全触边(2)、刷架机构升降限位开关一(10)、刷架机构升降限位开关二(12)、磁导航传感器一(14)、超声传感器一(16)、磁导航传感器二(25)、刷架水平限位开关一(62)、刷架水平移动接近开关(66)、刷架水平限位开关二(70)、PLC控制模块(92)、端子(93)、通讯模块(94)、驱动器(95)、继电器(96)、空气开关(97)、电池组(100)、超声传感器支架二(101)和超声传感器二(102)，所述电池组(100)固定于底板组成(22)上，是清理机器人的动力源，所述安全触边(2)与机器人本体固定连接，所述磁导航传感器一(14)通过磁导航传感器连接架一(13)与刷架机构安装板(9)固定连接，所述磁导航传感器二(25)通过磁导航传感器连接架二(24)与磁导航传感器安装座(23)固定连接，所述磁导航传感器一(14)和磁导航传感器二(25)分别设置在机器人本体的底部，用于检测预埋磁钉，控制小车行走轨迹，所述刷架水平限位开关一(62)和刷架水平限位开关二(70)固定连接在推板安装架(27)背面两侧，所述刷架水平移动接近开关(66)固定连接在推板安装架(27)背面中部，所述刷架机构升降限位开关一(10)和刷架机构升降限位开关二(12)通过刷架机构升降限位开关座板(11)与磁导航传感器连接架一(13)固定连接，所述超声传感器一(16)通过超声传感器支架一(15)与电器元件安装板组成(18)固定连接，所述超声传感器二(102)通过超声传感器支架二(101)与电器元件安装板组成(18)固定连接，所述PLC控制模块(92)、端子(93)、通讯模块(94)、驱动器(95)、继电器(96)和空气开关(97)均安装在电器元件安装板组成(18)上。
6.一种如权利要求1所述的一种猪舍漏粪沟清理自主行走机器人的清理方法，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤一：机器人通电后，PLC控制模块(92)按初始状态运行，首先，将各驱动电机按要求找到零位状态，刷架机构(1)初始安装时，通过电动滑台(31)动作，使得刷架机构(1)距离地面保持设定的高度；
步骤二：清理机器人工作时，清理机器人处于工作起始位置，刷架水平移动机构(29)动作控制推板安装架(27)水平移动，使立刮板二(58)与侧面墙壁预压，刷架机构(1)通过电动滑台(31)动作使推板安装架(27)下降设定高度，使下刮板和刷子与地面保持压缩，驱动轮机构(5)通过PLC控制模块(92)控制使清理机器人沿前进方向直线行走；
步骤三：当清理机器人将粪污推出漏粪沟后，刷架机构(1)通过电动滑台动作上升至初始位置，刷架水平移动机构(29)动作控制推板安装架(27)水平移动回至中心位置，将立刮板二(58)与侧面壁分离，驱动轮机构(5)通过PLC控制模块(92)控制使清理机器人沿后退方向直线行走，回退至清理机器人工作起始位置；
步骤四：回至起始位置后清理机器人驱动轮机构(5)通过PLC控制模块(92)控制使清理机器人横向平移至靠经另一侧墙壁的预设位置，
步骤五：刷架水平移动机构(29)动作控制推板安装架(27)水平移动，使立刮板一(33)与另一侧墙壁预压，刷架机构(1)通过电动滑台动作使推板安装架(27)下降设定高度，使下刮板和刷子与地面保持压缩，驱动轮机构(5)通过PLC控制模块(92)控制使清理机器人沿前进方向直线行走；
步骤六：当清理机器人将粪污推出漏粪沟后，刷架机构(1)通过电动滑台(31)动作上升至初始位置，刷架水平移动机构(29)动作控制推板安装架(27)水平移动回至中心位置，将立刮板一(33)与另一侧面壁分离，驱动轮机构(5)通过PLC控制模块(92)控制使清理机器人沿后退方向直线行走；
步骤七：重复步骤二至步骤六的动作实现清理机器人对漏粪沟中粪污的清理工作。
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