CN113830540B - 一种摩擦驱动推料机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种摩擦驱动推料机器人；涉及畜牧设备领域，针对目前推料机器人难以对松散轻质饲料有效推动堆料的问题，通过设置摩擦驱动旋转壳进行饲料推动堆积，旋转壳倾斜设置使得底端局部接触行走面获取摩擦力，以驱动旋转壳转动，减少饲料接触筒体摩擦力对推料效率的影响，提高对散落饲料的推动能力；包括自走平台、旋转壳和导向盘，旋转壳为筒状并套设于自走平台外部，旋转壳内壁设有环形导轨，导向盘通过球面副连接自走平台，导向盘连接有至少三个槽轮，所有槽轮依次配合环形导轨并支撑旋转壳；旋转壳、导向盘和环形导轨同轴布置，且其轴线与竖直方向呈设定夹角，使旋转壳底部端面能够局部接触自走平台行走面，以驱动旋转壳绕轴线自转。

Description

一种摩擦驱动推料机器人

技术领域

本发明涉及畜牧设备领域，特别涉及一种摩擦驱动推料机器人。

背景技术

大型畜牧场饲喂牲畜时，牧草等饲料沿圈养围栏外堆积放置，牲畜头部探出围栏进食，但在进食过程中会逐渐将饲料推动散落到远离围栏处，需要不断将位于远处的饲料推动至靠近围栏位置，便于牲畜进食。

采用人工定时推料的方式存在卫生和时效性问题，难以满足推料需求；目前多采用推料机器人进行周期性推料，推料机器人外部设有能够转动的筒体，筒体母线面接触饲料时推动饲料向靠近围栏位置移动，并且在筒体与饲料摩擦力作用下筒体能够绕轴线自转，适应推料机器人的移动，逐渐将位于斜前方的饲料推至侧面；但是这种推料方式仅适用于筒体与饲料能够产生较大摩擦力的情况，对于一些松散的、质地较轻的饲料，筒体与饲料接触位置无法提供足够的摩擦力供筒体转动，一方面导致其推料能力不足，推动不到位、推动后的饲料再次散落，另一方面，筒体不能通过转动带动饲料向侧面移动，导致前方堆积的饲料直接阻挡移动，推动过程中前方阻力较大，导致饲料的碾压污染等问题，难以满足畜牧场内推料需求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种摩擦驱动推料机器人，通过设置摩擦驱动旋转壳进行饲料推动堆积，旋转壳倾斜设置使得底端局部接触行走面产生摩擦力，以驱动旋转壳转动，减少饲料接触筒体摩擦力不足对推料效率的影响，提高对散落饲料的推动能力。

为了实现上述目的，采用以下技术方案：

一种摩擦驱动推料机器人，包括自走平台、旋转壳和导向盘，旋转壳为筒状并套设于自走平台外部，旋转壳内壁设有环形导轨，导向盘通过球面副连接自走平台，导向盘连接有至少三个槽轮，所有槽轮依次配合环形导轨并支撑旋转壳；旋转壳、导向盘和环形导轨同轴布置，且其轴线与竖直方向呈设定夹角，使旋转壳底部端面能够局部接触自走平台行走面，以驱动旋转壳绕轴线自转。

进一步地，所述导向盘端面同轴连接有驱动辊，驱动辊连接有导向驱动机构，导向驱动机构能够带动驱动辊绕轴线转动，以调节旋转壳轴线倾斜方向。

进一步地，所述导向驱动机构包括往复移动架和柔性索，往复移动架上设有两个相对间隔布置的锁扣，柔性索一端连接一个锁扣，另一端绕驱动辊缠绕多匝后连接另一锁扣。

进一步地，所述球面副通过升降机构安装于自走平台，球面副随导向盘共同升降。

进一步地，所述升降机构包括第一升降机构和第二升降机构；第一升降机构包括连接导向盘的滚轮和连接于移动平台的斜坡块，滚轮在导向盘转动时能够沿斜坡块移动以改变导向盘与自走平台间距；第二升降机构的固定端连接自走平台，第二升降机构的移动端连接球面副，能够推动导向盘沿轴向移动以改变与自走平台间距。

进一步地，所述导向盘与槽轮之间连接有支臂，支臂沿导向盘径向向外延伸，支臂远离导向盘的一端转动连接有至少一个槽轮。

进一步地，所述支臂设有三个，沿导向盘环向环向均匀布置，自走平台上连接有间隔布置的限位开关，用于限制支臂的转动范围。

进一步地，所述旋转壳下部设有环形配重块，环形配重块与旋转壳同轴布置。

进一步地，所述旋转壳下端的径向截面为圆弧形，旋转壳下端面包覆有摩擦层。

进一步地，所述自走平台包括机架、配重体和自走轮，自走轮和配重体分别安装于机架。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

（1）针对目前推料机器人难以对松散轻质饲料有效推动堆料的问题，通过设置摩擦驱动旋转壳进行饲料推动堆积，旋转壳倾斜设置使得底端局部接触行走面产生摩擦力，以驱动旋转壳转动，减少饲料接触筒体摩擦力对推料效率的影响，提高对散落饲料的推动能力。

（2）以旋转壳与行走面之间的摩擦力为筒体转动的驱动力，一方面能够减少外部饲料接触摩擦力对其转动的影响，在推料过程中始终维持移动和转动，另一方面旋转壳直接接触行走面，减小旋转壳与地面间隙，减少贴近地面饲料的遗漏，提高对饲料的清理推动效果。

（3）通过旋转壳与行走面之间的摩擦力驱动旋转壳转动推料，使得处于摩擦驱动推料机器人前方的饲料能够在旋转壳的转动下推动至摩擦驱动推料机器人侧面，从而使饲料朝向围栏方向逐渐堆积，相较于传统只依靠接触饲料摩擦力被动转动的推料设备，能够提高对饲料的推动能力，避免因外部摩擦力不足导致旋转壳停转无法有效推料的问题。

（4）旋转壳整体在槽轮支撑下实现自转，在导向盘转动改变槽轮与自走平台的相对位置时，会带动旋转壳轴线倾斜方向发生改变，从而使得旋转壳与行走面的局部接触位置的方位发生变化，进而使摩擦力驱动旋转壳转动的方向发生变化，以适应处于不同侧面的饲料推料工作。

（5）旋转壳能够绕其轴线自转，对于质地较轻的牧草类饲料，可以通过降低整个机器人的移动速度，在推料过程中旋转壳能够将处于侧面堆积的饲料进行挤压，提高堆积饲料的密实度，从而避免其二次散落，减少饲料散落后被碾压浪费的问题。

（6）设置两组升降机构，第一升降机构通过滚轮配合斜坡块的方式实现旋转壳的小幅度提升和下降，其提升和下降的驱动力来自导向盘转动，并对旋转壳底端接触行走面的位置进行调整；第二升降机构将导向盘、旋转壳整体沿轴向举升，使其远离行走面方便自走平台的工作位置调整。

（7）采用球面副结构作为导向盘与自走平台的转动连接结构，一方面能够满足导向盘转动调节的需求，另一方面能够满足导向盘轴线与竖直方向存在夹角并发生方位变化的需求，球面副能够适应导向盘、旋转壳轴线向不同方位发生倾斜，满足调整旋转壳与行走面接触方位的需求。

（8）采用往复移动架配合柔性索作为导向盘转动的驱动机构，柔性索缠绕在驱动辊上多匝，利用其接触的摩擦力作为驱动导向盘转动的动力，并能够利用其柔性连接适应导向盘的偏转，在导向盘调整偏转位置后，仍能够维持对导向盘的转动驱动。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例1中推料机器人旋转壳的示意图；

图2是本发明实施例1中槽轮配合环形导轨的示意图；

图3是本发明实施例1中导向盘连接自走平台的示意图；

图4是本发明实施例1中驱动辊和导向驱动机构的示意图。

图中，1.旋转壳;2.导向盘;3.支臂;4.槽轮;5.环形导轨;6.环形配重块;7.摩擦层；8.限位开关；9.第二升降机构；10.导向驱动机构；11.滚轮；12.斜坡块；13.配重体；14.机架；15.自走轮；16.驱动辊；17.柔性索；18.球面副。

具体实施方式

实施例1

本发明的一种典型的实施方式中，如图1-图4所示，提出了一种摩擦驱动推料机器人。

针对目前推料机器人难以对松散轻质饲料有效推动堆料的问题，提供一种摩擦驱动推料机器人，通过设置摩擦驱动旋转壳1进行饲料推动堆积，旋转壳1倾斜设置使得底端局部接触行走面获取摩擦力，以驱动旋转壳1转动，减少饲料接触筒体摩擦力对推料效率的影响，解决传统推料机器人推料效率较差的问题，提高对散落饲料的推动能力。

对于摩擦驱动推料机器人，主要包括自走平台、旋转壳1、导向盘2和升降机构，自走平台作为整体的移动承载结构，带动安装于其上的元件整体移动，沿畜牧场围栏延伸方向移动，利用推料功能对应的元件对散落的饲料进行推动。

所述升降机构安装于自走平台上，其伸缩端通过球面副18连接导向盘2，导向盘2环向连接有至少三个槽轮4；旋转壳1整体套设在自走平台外部形成对自走平台侧面的环形遮挡结构，旋转壳1与自走平台之间留有间隙，避免其二者发生干涉碰撞，旋转壳1内壁设有环形导轨5，环形导轨5与槽轮4对应配合，槽轮4能够沿环形导轨5相对移动，并形成对环形导轨5的支撑，导向盘2对应的所有槽轮4均依次与环形导轨5配合。

如图2所示，槽轮4的槽结构能够形成对环形导轨5竖直方向的位置约束，多个槽轮4固定位置，利用多点定圆原理形成对环形导轨5水平方向的位置约束，从而使得旋转壳1相对于导向盘2只有环向转动一个自由度。

旋转壳1、导向盘2和环形导轨5同轴布置，均能够绕其共同的轴线转动，其轴线与竖直方向呈设定夹角，从而使得旋转壳1、导向盘2和环形导轨5整体相对于移动平台倾斜，倾斜位置处的旋转壳1底部端面与自走平台行走面进行局部接触，在自走平台移动时，局部接触位置形成摩擦力驱动旋转壳1绕轴线自转，进行旋转推料。

结合图1、图2，转壳为筒状并套设于自走平台外部，旋转壳1内壁设有环形导轨5，导向盘2通过球面副18连接自走平台，导向盘2连接有至少三个槽轮4，所有槽轮4依次配合环形导轨5并支撑旋转壳1。

旋转壳1、导向盘2和环形导轨5同轴布置，且其轴线与竖直方向呈设定夹角，在本实施例中，所述夹角值为大于O°小于90°，使旋转壳1底部端面能够局部接触自走平台行走面，以驱动旋转壳1绕轴线自转。

传统推料机器人虽然也能够实现接触饲料的旋转壳1的转动，但其转动依赖于接触饲料时的摩擦力作用，其推料效果直接受到饲料与旋转壳1摩擦力大小、稳定性等因素的影响，针对此问题，在本实施例中，以旋转壳1与行走面之间的摩擦力为筒体转动的驱动力，一方面能够减少外部饲料接触摩擦力对其转动的影响，在推料过程中始终维持移动和转动；另一方面旋转壳1直接接触行走面，减小旋转壳1与地面间隙，减少贴近地面饲料的遗漏，提高对饲料的清理推动效果。

对于导向盘2及其相配合的结构，导向盘2端面同轴连接有驱动辊16，驱动辊16连接有导向驱动机构10，导向驱动机构10能够带动驱动辊16绕轴线转动，以调节旋转壳1轴线倾斜方向。

旋转壳1整体在槽轮4支撑下实现自转，在导向盘2转动改变槽轮4与自走平台的相对位置时，会带动旋转壳1轴线倾斜方向发生改变，从而使得旋转壳1与行走面的局部接触位置的方位发生变化，进而使摩擦力驱动旋转壳1转动的方向发生变化，以适应处于不同侧面的饲料推料工作。

如图1所示，沿自走平台的前进方向上，若旋转壳1向右前方倾斜，使得旋转壳1底部端面右前方方位接触行走面，在自走平台移动时旋转壳1受到接触面切向位置的摩擦力，驱动旋转壳1进行顺时针旋转，从而对移动平台右侧的饲料进行推料；相反的，通过调整旋转壳1倾斜方向，使旋转壳1向左前方倾斜，使得旋转壳1底部端面左前方方位接触行走面，在自走平台移动时旋转壳1受到接触面切向位置的摩擦力，驱动旋转壳1进行逆时针方向旋转，从而对移动平台左侧的饲料进行推料。

通过与地面摩擦力作为旋转壳1转动的驱动力，旋转壳1能够绕其轴线自转，对于质地较轻的牧草类饲料，可以通过降低整个机器人的移动速度，在推料过程中旋转壳1能够将处于侧面堆积的饲料进行挤压，提高堆积饲料的密实度，从而避免其二次散落，减少饲料散落后被碾压浪费的问题。

可以理解的是，为了实现导向盘2转动能够对旋转壳1倾斜方位进行调整的需求，沿移动平台移动方向上，处于前方位置的槽轮4的水平高度低于其他位置槽轮4的水平高度，处于低位的槽轮4能够压低该位置处的旋转壳1底部端面，从而优先接触地面形成摩擦力作用；同样的，在调节该槽轮4位置时，也能够对旋转壳1的倾斜方位进行调节，以实现摩擦接触行走面位置的调节。

对于导向盘2转动的驱动力，导向驱动机构10包括往复移动架和柔性索17，往复移动架上设有两个相对间隔布置的锁扣，柔性索17一端连接一个锁扣，另一端绕驱动辊16缠绕多匝后连接另一锁扣。

采用往复移动架配合柔性索17作为导向盘2转动的驱动机构，柔性索17缠绕在驱动辊16上多匝，利用其接触的摩擦力作为驱动导向盘2转动的动力，并能够利用其柔性连接适应导向盘2的偏转，在导向盘2调整偏转位置后，仍能够维持对导向盘2的转动驱动。

所述的往复移动架可以采用步进电机结合齿轮齿条机构的方式来实现，步进电机的转动能够带动齿条的移动，从而使锁扣牵引柔性索17移动，将摩擦力施加于驱动辊16的母线面，以使驱动辊16带动导向盘2转动。

所述球面副18通过升降机构安装于自走平台，球面副18随导向盘2共同升降；采用球面副18结构作为导向盘2与自走平台的转动连接结构，一方面能够满足导向盘2转动调节的需求，另一方面能够满足导向盘2轴线与竖直方向存在夹角并发生方位变化的需求，球面副18能够适应导向盘2、旋转壳1轴线向不同方位发生倾斜，满足调整旋转壳1与行走面接触方位的需求。

所述的球面副18可以采用球铰结构，能够满足摆动和转动的需求，并有效实现对导向盘2轴向的承载作用。

所述升降机构包括第一升降机构和第二升降机构9。

第一升降机构包括连接导向盘2的滚轮11和连接于移动平台的斜坡块12，滚轮11在导向盘2转动时能够沿斜坡块12移动以改变导向盘2与自走平台间距；第一升降机构通过滚轮11配合斜坡块12的方式实现旋转壳1的小幅度提升和下降，其提升和下降的驱动力来自导向盘2转动，并对旋转壳1底端接触行走面的位置进行调整。

如图2、图3所示，导向盘2与槽轮4之间连接有支臂3，所述滚轮11可以安装在支臂3上，从而通过支臂3将滚轮11沿斜坡块12移动时的顶升力传递到旋转壳1、导向盘2。

所述的斜坡面可以采用梯形块结构，其在调节旋转壳1倾斜方位过程中，能够使旋转壳1整体脱离行走面，然后调整至所需位置，减少调节阻力。

第二升降机构9固定端连接自走平台，第二升降机构9的移动端连接球面副18，能够推动导向盘2沿轴向移动以改变与自走平台间距；第二升降机构9将导向盘2、旋转壳1整体沿轴向举升，使其远离行走面方便自走平台的工作位置调整。

在本实施例中，如图4所示，对于第二升降机构9，包括升降杆和升降驱动元件，升降杆通过移动副连接自走平台，升降驱动元件固定端连接自走平台，升降驱动元件移动端连接升降杆，升降驱动元件通过升降杆带动导向盘2运动，以改变导向盘2与自走平台间距。

所述升降杆轴线两侧分别连接有导向机构，导向机构运动轨迹与升降杆运动轨迹平行。

所述升降驱动元件可以选用丝杠滑块机构配合伺服电机，伺服电机输出转矩，从而通过丝杠滑块机构转化为平动，从而推动升降杆的上下动作。

所述的导向机构可以选用导向杆配合导向滑块的结构，导向滑块上设置有导向孔，导向杆穿过导向孔，导向杆安装于自走平台上，导向滑块连接升降杆，对升降杆的上下动作进行导向。

如图2所示，所述导向盘2与槽轮4之间连接有支臂3，支臂3沿导向盘2径向向外延伸，支臂3远离导向盘2的一端转动连接有至少一个槽轮4。

所述支臂3设有三个，沿导向盘2环向环向均匀布置，自走平台上连接有间隔布置的限位开关8，用于限制支臂3的转动范围。

可以理解的是，在旋转壳1质量较大或稳定性不佳时，可以通过增加支臂3和对应槽轮4的数目来实现，也可以在同一个支臂3上安装多个槽轮4，提高其承载能力。

如图1所示，所述旋转壳1下部设有环形配重块6，环形配重块6与旋转壳1同轴布置；使得旋转壳1整体重心降低，增加旋转壳1重量提高旋转壳1与行走面的摩擦力，以提高驱动旋转壳1转动力。

进一步地，所述旋转壳1下端的径向截面为圆弧形，旋转壳1下端面包覆有摩擦层7；摩擦层7的材质可以根据摩擦力需求进行配置，摩擦层7摩擦系数较高，从而提高其与外部接触时的摩擦力，进而提高驱动力。

所述自走平台包括机架14、配重体13和自走轮15，自走轮15和配重体13分别安装于机架14；

所述自走轮15可以采用伺服电机配合轮体的结构，如图3所示，机架14上安装有一对自走轮15，后端安装有一个万向轮，通过两个自走轮15的差速转动实现转弯；可以理解的是，也可以布置两对自走轮15，同样通过差速实现转弯。

所述机架14为框架式结构，其上预留有其他元件对接的连接结构，方便与其他元件进行对接安装。配重体13用于降低重心，以保持整体的稳定性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种摩擦驱动推料机器人，其特征在于，包括自走平台、旋转壳和导向盘，旋转壳为筒状并套设于自走平台外部，旋转壳内壁设有环形导轨，导向盘通过球面副连接自走平台，导向盘连接有至少三个槽轮，所有槽轮依次配合环形导轨并支撑旋转壳；旋转壳、导向盘和环形导轨同轴布置，且其轴线与竖直方向呈设定夹角，使旋转壳底部端面能够局部接触自走平台行走面，以驱动旋转壳绕轴线自转；

所述导向盘端面同轴连接有驱动辊，驱动辊连接有导向驱动机构，导向驱动机构能够带动驱动辊绕轴线转动，以调节旋转壳轴线倾斜方向；

所述导向驱动机构包括往复移动架和柔性索，往复移动架上设有两个相对间隔布置的锁扣，柔性索一端连接一个锁扣，另一端绕驱动辊缠绕多匝后连接另一锁扣；

所述球面副通过升降机构安装于自走平台，球面副随导向盘共同升降。

2.如权利要求1所述的摩擦驱动推料机器人，其特征在于，所述升降机构包括第一升降机构和第二升降机构；第一升降机构包括连接导向盘的滚轮和连接于移动平台的斜坡块，滚轮在导向盘转动时能够沿斜坡块移动以改变导向盘与自走平台间距；第二升降机构的固定端连接自走平台，第二升降机构的移动端连接球面副，能够推动导向盘沿轴向移动以改变与自走平台间距。

3.如权利要求1所述的摩擦驱动推料机器人，其特征在于，所述导向盘与槽轮之间连接有支臂，支臂沿导向盘径向向外延伸，支臂远离导向盘的一端转动连接有至少一个槽轮。

4.如权利要求3所述的摩擦驱动推料机器人，其特征在于，所述支臂设有三个，沿导向盘环向环向均匀布置，自走平台上连接有间隔布置的限位开关，用于限制支臂的转动范围。

5.如权利要求1所述的摩擦驱动推料机器人，其特征在于，所述旋转壳下部设有环形配重块，环形配重块与旋转壳同轴布置。

6.如权利要求1所述的摩擦驱动推料机器人，其特征在于，所述旋转壳下端的径向截面为圆弧形，旋转壳下端面包覆有摩擦层。

7.如权利要求1所述的摩擦驱动推料机器人，其特征在于，所述自走平台包括机架、配重体和自走轮，自走轮和配重体分别安装于机架。

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