CN205880657U - 一种扒谷机器人控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种扒谷机器人控制系统，包括扒谷机器人及其控制系统，所述扒谷机器人包括机架，所述机架上设有自行走机构、扒谷输送装置以及驱动电机；所述控制系统包括主控制板、环境监测传感系统以及手持设备；所述主控制板分别与所述环境监测传感系统、所述手持设备相连；所述主控制板设置在扒谷机器人内，所述环境监测传感器设置在扒谷机器人的机架上，所述手持设备在仓外，用于帮助场外人员远程监控粮仓内的扒谷机器人；所述主控制板接收所述环境监测传感系统的信号；所述手持设备与主控制板进行信号的收发；所述自行走机构、扒谷输送装置与驱动电机与所述主控制板相连，并与其进行信号的收发，执行所述主控制板的命令。

Description

一种扒谷机器人控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种机器控制系统，尤其涉及扒谷机器人的控制系统。

背景技术

扒谷机是一种农用机械设备，广泛用于散粮收装倒仓、粮库使用时与输送机配合还可以堆囤、装车。现有的扒谷机大多数都包括机架、驱动电机，机架上设有输送装置，输送装置的上端设有出料口，下端设有进料端，机架的底部设有行走机构。

申请号为CN 203545174 U的实用新型专利《扒谷机》，公开了一种扒谷机，包括机架，所述机架上设有行走机构、输送装置以及驱动电机，所述输送装置包括设于机架上端的主动传动滚筒、设于机架下端的从动传动滚筒以及绕于主动传动滚筒与从动传动滚筒上的输送带，机架上设置防护罩，可有效避免粉尘飞扬。然而，该扒谷机的行走、转向和启动停止都是在人为操作下完成的，工作效率相对较低，粮食在出入仓输送过程中不可避免地产生大量粉尘，作业现场尘土飞扬，工作环境差，给作业人员的身体健康造成危害，此外，扒谷机应该避免碰触到粮仓内的墙壁、地上的通风笼，并且能够区分粮堆和障碍物，并精确感知其距离。因此，急需一种能够减少工作环境对员工人体伤害的无需现场操作的自动扒谷机。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种扒谷机器人控制系统，包括扒谷机器人及其控制系统，所述扒谷机器人包括机架，所述机架上设有自行走机构、扒谷输送装置以及驱动电机。

所述控制系统包括主控制板、环境监测传感系统以及手持设备；所述主 控制板分别与所述环境监测传感系统、所述手持设备相连；

所述主控制板设置在扒谷机器人内，所述环境监测传感器设置在扒谷机器人的机架上，所述手持设备在仓外，用于帮助场外人员远程监控粮仓内的扒谷机器人；

所述主控制板接收所述环境监测传感系统的信号；

所述手持设备与主控制板进行信号的收发；

所述自行走机构、扒谷输送装置与驱动电机与所述主控制板相连，并与其进行信号的收发，执行所述主控制板的命令。

所述环境监测传感系统包括测距模块、金属探测模块、温湿度测试模块、声光报警模块。所述测距模块设置在扒谷机器人的机架上，用于监测扒谷机器人周围的粮食堆放情况。所述金属探测模块设置在扒谷机器人自行走机构底盘上，用于探测扒谷机器人是否接近仓库里的金属地笼，使得扒谷机可以避开地笼。所述温湿度测试模块设置在扒谷机器人机架上，用于检测扒谷机器人工作环境中的温度和湿度。温湿度测试模块可以通过测试扒谷机器人工作环境，及时向主控制板发送信号，使得主控制板能够及时做出反应、防止温度过高而湿度较低时引起的火灾。

所述手持设备包括控制芯片、手持设备电源模块、报警模块、显示屏、手持设备无线通信模块、手持设备LED指示模块、手持设备电源模块、操纵模块。所述电源模块包括手持设备电源、手持设备电源检测电路、手持设备电源保护电路。

所述手持设备电源为直流电池；所述电源检测电路用于调节输出并检测电源电压，所述电源保护电路包括二极管及保险丝，用于防反接、浪涌及大电流保护，电源检测电路实时监测电池使用情况以便使用人员实时更换电池或充电。

所述控制芯片为MCU芯片，所述报警模块、显示屏、手持设备无线通信模块、手持设备LED指示模块、手持设备电源检测电路、手持设备电源保护电路、操纵模块分别通过IO接口与控制芯片相连。

所述无线通信模块用于在手持设备和扒谷机器人主控制板之间进行通 信。

所述操纵模块用于按照控制需求通过按键和摇杆控制扒谷机器人前行、停止、关机、左转、右转，其指令通过无线通信模块发送。

所述显示屏可以显示仓库内红外摄像头的监控画面。

所述控制系统还包括串口通信模块、无线通信模块和电源模块。所述串口通信模块一端与所述主控制板相连，一端与电机控制板相连；主要完成控制系统与电机控制板之间的数据交换以及相关控制指令的传输。

所述无线通信模块与所述主控制板相连，所述手持设备通过所述无线通信模块与主控制板通信。所述无线通信模块通过网络将扒谷机器人工作状况发送给仓外手持设备；通过实时地将信息发送给仓外的工作人员，使得工作人员实时掌握扒谷机器人的工作情况并及时进行人工介入、取走地笼等操作，遇到其他紧急情况可以及时通过外部无线遥控设备关闭扒谷机。

所述电源模块包括电源、电源调理电路和防浪涌保护电路。所述电源为24VDC电源，通过电源调理电路后分别得到可供MCU和外围模块使用的5.0VDC和3.3VDC电压电源。MCU通过检测电源电压的稳定程度来判断电源供电是否正常。

所述防浪涌保护电路用于防止反接对电路的伤害，包括TVS二极管和自恢复保险丝。所述TVS二极管其可防止浪涌和静电对电路的伤害，所述自恢复保险丝可防止后续电路出现故障时对前面电源电路以及控制电路的伤害。

所述控制系统还包括继电器控制模块和LED指示模块，所述继电器模块主要用来控制外部需要较高电压供电的设备，比如在扒谷机器人上添加声光报警设备，仓外工作人员可以通过观察/听到声光报警信号来判断机器人是否工作过程中接近地笼或行进到谷仓尽头等信息。

所述LED指示模块，用于判断控制系统的工作是否正常，以及通过指示灯的亮灭判断控制系统的故障。

所述控制系统还留有冗余接口，用于后续功能的增加。

所述测距模块为超声波探测器组件。所述超声波探测器组件包括：超声波探测器模块、超声波探测器控制板、壳体以及转接件。所述转接件一端通 过螺栓锁紧扒谷机，另一端连接壳体。所述超声波探测器模块焊接在所述探测器控制板上，所述探测器控制板固定在壳体内部。

所述超声波探测组件在扒谷机前、左、右侧各安装一组，一组为两个，两个超声波探测器模块需安装要求在一条铅垂线上，两个探测器间距10cm。

所述无线通信模块采用无线信号传输，优选地，所述无线通信模块选取2.4G吸盘天线直接吸附在扒谷机机架前端。

所述金属探测器组件包括：金属探测器模块和转接件。所述转接件一端通过螺栓锁紧扒谷机机架，另一端固定金属探测器模块。所述金属探测器组件在扒谷机左、右各安装一个金属探测器，离地高度10cm。所述金属探测器模块通过接插件与控制主板连接。

优选地，本实用新型的超声波测距传感器采用深圳导向技术公司的KS103.KS10R型号；金属探测器采用惠州福科机械设备有限公司的常开NPN型电感式接近开关或非接触式金属检测接近传感器。手持设备的显示屏采用2.4寸TFT液晶屏。主控制板MCU采用TI品牌MSP430G2553IPW28R型号；操纵模块的控制摇杆采用JoyStick Shield V1。

本实用新型分别提供了一种扒谷机器人的控制系统，通过将信号发送至手持设备，并通过传感器配合主控制板进行智能操作与远程操控，只在有问题时触发报警需要人工介入，能够解决扒谷机作业环境恶劣造成工作人员身体伤害的问题，提高了生产力，极大节省了人力物力。

附图说明

图1是本实用新型的扒谷机器人控制系统连接示意图；

图2是本实用新型的控制系统的电路连接框图；

图3是本实用新型的手持设备的电路连接框图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的扒谷机器人控制系统，包括扒谷机器人及其控制系统，其中，扒谷机器人包括机架，该机架上设有自行走机构、扒谷输送 装置以及驱动电机。

控制系统包括主控制板1、环境监测传感系统2以及手持设备3；主控制板1分别与环境监测传感系统2、所述手持设备3相连。

主控制板1接收环境监测传感系统2的信号；

手持设备3与主控制板1进行信号的收发，并控制扒谷机器人；

所述自行走机构、扒谷输送装置与驱动电机与所述主控制板相连，并与其进行信号的收发，执行所述主控制板的命令。

主控制板1设置在扒谷机器人内，环境监测传感系统2的传感器设置在扒谷机器人的机架上，其监测数据发送至主控制板1，手持设备3在仓外，供场外人员远程监控粮仓内的扒谷机器人。

如图2所示，环境监测传感系统2的设备与主控制板1的相应接口相连；手持设备3与主控制板1通过无线通信模块5相连。

其中，环境监测传感系统2包括若干测距模块21、金属探测模块23、温湿度测试模块22、声光报警模块24。测距模块21的测距传感器设置在扒谷机器人的机架上，其信号发送至主控制板1，用于监测扒谷机器人周围的粮食堆放情况。金属探测模块23的探测传感器设置在扒谷机器人自行走机构底盘上，其信号发送至主控制板1和手持设备3，用于探测扒谷机器人是否接近仓库里的金属地笼，必要时触发声光报警模块24，使得扒谷机可以避开地笼或由工作人员手动操作解决问题。温湿度测试模块22的温湿度传感器设置在扒谷机器人机架上，其信号发送至主控制板1和手持设备3，用于检测扒谷机器人工作环境中的温度和湿度。

温湿度测试模块22可以通过测试扒谷机器人工作环境，及时向主控制板1发送信号，使得主控制板1能够及时做出反应、防止温度过高而湿度较低时引起的火灾。

本实施例的控制系统还包括串口通信模块4、无线通信模块5和电源模块6；

串口通信模块4一端与所述主控制板相连，一端与所述驱动电机的控制板相连，用于完成控制系统与驱动电机控制板之间的数据交换以及相关控制 指令的传输；

无线通信模块5与主控制板1相连，无线通信模块5通过网络将扒谷机器人工作状况发送给仓外的手持设备3；仓外的工作人员通过手持设备3，可实时掌握扒谷机器人的工作情况并及时进行人工介入、取走地笼等操作，遇到其他紧急情况可以及时通过外部无线遥控设备关闭扒谷机。

电源模块6包括电源61、电源调理电路62、电源检测电路63和防浪涌保护电路64。电源61为24VDC电源，通过电源调理电路62后分别得到可供主控制板1的芯片和外围模块使用的5.0VDC和3.3VDC电压电源。电源检测电路63用于测试电源电压，防止对设备的伤害。防浪涌保护电路64包括TVS二极管和自恢复保险丝，其中TVS二极管其可防止浪涌和静电对电路的伤害，自恢复保险丝可防止后续电路出现故障时对前面电源电路以及控制电路的伤害。

控制系统还包括继电器控制模块7和LED指示模块8，继电器控制模块7主要用来控制外部需要较高电压供电的设备，比如在扒谷机器人上添加声光报警设备，仓外工作人员可以通过观察/听到声光报警信号来判断机器人是否工作过程中接近地笼或行进到谷仓尽头等信息。LED指示模块8，用于判断控制系统的工作是否正常，以及通过指示灯的亮灭判断控制系统的故障。

本实施例的控制系统还留有冗余接口，用于后续功能的增加。

本实施例的扒谷机器人控制系统，其主控制板内设置有自操作流程，减少了人工参与，提高了扒谷机器人的智能化和信息化程度，解决了目前扒谷机器人每项活动都需要人工操控的问题。

如图3所示，手持设备3包括控制芯片31、手持设备电源模块32、操纵模块33、显示屏34、报警模块35、手持设备LED指示模块36、手持设备无线通信模块37。

其中，控制芯片31为MCU芯片，操纵模块33、显示屏34、报警模块35、手持设备LED指示模块36、手持设备无线通信模块37分别通过IO接口与控制芯片31相连。

手持设备电源模块32包括手持设备电源、手持设备电源检测电路、手持 设备电源保护电路。

手持设备3采用电池供电，手持设备电源为供电电压为3.3V或5V的直流电源；其中，手持设备电源保护电路上设计有防反接、浪涌及大电流保护的电路，此为现有技术中，不再赘述。手持设备电源检测电路用于实时监测电池使用情况以便使用人员实时更换电池或充电。

操纵模块33用于按照控制需求通过按键和摇杆控制扒谷机器人前行、停止、关机、左转、右转，其指令通过无线通信模块发送。

显示屏34用于显示仓库内红外摄像头的监控画面。

报警模块35用于显示扒谷机器人的报障情况，并通过手持设备LED指示模块36的LED灯闪烁等设置通知工作人员手工解决现场问题。

手持设备无线通信模块37用于在手持设备3和扒谷机器人主控制板1之间进行通信.操纵模块33用于按照控制需求通过按键和摇杆控制扒谷机器人前行、停止、关机、左转、右转，其指令通过无线通信模块37发送至扒谷机器人的主控制板1。

在实际工作中，本实施例的设备安装参考如下：

测距模块21为超声波探测器组件。该超声波探测器组件包括：超声波探测器模块、超声波探测器控制板、壳体以及转接件。该转接件一端通过螺栓锁紧扒谷机，另一端连接壳体。该超声波探测器模块焊接在探测器控制板上，探测器控制板固定在壳体内部，该壳体满足IP6X的防尘要求。

超声波探测组件在扒谷机前、左、右侧机架上各安装一组，一组为两个，两个超声波探测器模块需安装要求在机架上的一条铅垂线上，两个探测器间距10cm。

无线通信模块5采用无线信号传输，优选地，无线通信模块选取2.4G吸盘天线直接吸附在扒谷机机架前端。

金属探测器组件包括：金属探测器模块和转接件。转接件一端通过螺栓锁紧扒谷机机架，另一端固定金属探测器模块。金属探测器组件在扒谷机左、右各安装一个金属探测器，离地高度10cm。金属探测器模块通过接插件与控制主板连接。

本实施例中的超声波测距传感器采用深圳导向技术公司的KS103.KS10R型号；金属探测器采用惠州福科机械设备有限公司的常开NPN型电感式接近开关或非接触式金属检测接近传感器。手持设备的显示屏采用2.4寸TFT液晶屏。主控制板MCU采用TI品牌MSP430G2553IPW28R型号；操纵模块的控制摇杆采用JoyStick Shield V1。

本实施例的设计方式，通过将信号发送至手持设备，进行远程操控，只在有问题时触发报警需要人工介入，解决了当前扒谷机器人人工介入时间长、特殊工作环境对于人体损害程度大的问题。同时，增加了温湿度探测和报警功能，能够第一时间预防火灾的发生，出现机器卡死的情况也能快速通知仓库外人员，提高了扒谷机器人的信息化程度和智能化水平，符合当前智慧农业的发展需求，具有较好的市场价值。

以上所述并非对本实用新型的技术范围作任何限制，故凡是依照本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种扒谷机器人控制系统，包括扒谷机器人及其控制系统，所述扒谷机器人包括机架，所述机架上设有自行走机构、扒谷输送装置以及驱动电机；

其特征在于，

所述控制系统包括主控制板(1)、环境监测传感系统(2)以及手持设备(3)；所述主控制板(1)分别与所述环境监测传感系统(2)、所述手持设备(3)相连；

所述主控制板(1)设置在扒谷机器人内，所述环境监测系统的传感设备设置在扒谷机器人的机架上，所述手持设备(3)在仓外，用于帮助场外人员远程监控粮仓内的扒谷机器人；

所述主控制板(1)接收所述环境监测传感系统(2)的信号；

所述手持设备(3)与主控制板(1)进行信号的收发；

所述自行走机构、扒谷输送装置与驱动电机与所述主控制板(1)相连，并与其进行信号的收发，执行所述主控制板(1)的命令。

2.根据权利要求1所述的扒谷机器人控制系统，其特征在于，

所述环境监测传感系统(2)包括测距模块(21)、金属探测模块(23)、温湿度测试模块(22)、声光报警模块(24)；

所述测距模块(21)设置在扒谷机器人的机架上，用于监测扒谷机器人周围的障碍物情况；

所述金属探测模块(23)设置在扒谷机器人自行走机构底盘上，用于探测扒谷机器人是否接近仓库里的金属地笼；

所述温湿度测试模块(22)设置在扒谷机器人机架上，用于检测扒谷机器人工作环境中的温度和湿度。

3.根据权利要求2所述的扒谷机器人控制系统，其特征在于，

所述手持设备(3)包括控制芯片(31)、手持设备电源模块(32)、操纵模块(33)、显示屏(34)、报警模块(35)、手持设备LED指示模块(36)、手持设备无线通信模块(37)；

所述手持设备电源模块(32)包括手持设备电源、电源检测电路和电源保护电路；

所述手持设备电源为直流电池；所述电源检测电路用于调节输出并检测电源电压，所述电源保护电路包括二极管及保险丝，用于防反接、浪涌及大电流保护，电源检测电路实时监测电池使用情况以便使用人员实时更换电池或充电；

所述控制芯片(31)为MCU芯片，所述操纵模块(33)、显示屏(34)、报警模块(35)、手持设备LED指示模块(36)、手持设备无线通信模块(37)分别通过IO接口与控制芯片相连；

所述手持设备无线通信模块(37)用于在手持设备(3)和扒谷机器人主控制板(1)之间进行通信；

所述操纵模块(33)用于按照控制需求通过按键和摇杆控制扒谷机器人前行、停止、关机、左转、右转，其指令通过无线通信模块(37)发送至扒谷机器人的主控制板(1)；

所述显示屏(34)用于显示仓库内红外摄像头的监控画面。

4.根据权利要求3所述的扒谷机器人控制系统，其特征在于，

所述控制系统还包括串口通信模块(4)、无线通信模块(5)和电源模块(6)；

所述串口通信模块(4)一端与所述主控制板相连，一端与所述驱动电机的控制板相连，用于完成控制系统与驱动电机控制板之间的数据交换以及相关控制指令的传输；

所述无线通信模块(5)与所述主控制板(1)相连，所述手持设备(3)通过所述无线通信模块(5)与主控制板(1)通信；

所述无线通信模块(5)通过网络将扒谷机器人工作状况发送给仓外的所述手持设备；仓外的工作人员通过手持设备，可实时掌握扒谷机器人的工作情况并及时进行人工介入、取走地笼，遇到其他紧急情况可以及时通过外部无线遥控设备关闭扒谷机。

5.根据权利要求4所述的扒谷机器人控制系统，其特征在于，

所述电源模块(6)包括电源(61)、电源调理电路(62)、电源检测电路(63)和防浪涌保护电路(64)；

所述电源(61)为24VDC电源，通过所述电源调理电路(62)后分别得到可供主控制板(1)的芯片和外围模块使用的5.0VDC和3.3VDC电压电源；

所述电源检测电路(63)用于测试电源电压，防止对设备的伤害；

所述防浪涌保护电路(64)防止反接对电路的伤害，包括TVS二极管和自恢复保险丝；

所述TVS二极管其可防止浪涌和静电对电路的伤害，所述自恢复保险丝可防止后续电路出现故障时对前面电源电路以及控制电路的伤害。

6.根据权利要求5所述的扒谷机器人控制系统，其特征在于，

所述控制系统还包括继电器控制模块(7)和LED指示模块(8)，所述继电器控制模块(7)主要用来控制外部需要较高电压供电的设备；

所述LED指示模块(8)，用于判断控制系统的工作是否正常，以及通过指示灯的亮灭判断控制系统的故障；

所述控制系统还留有冗余接口，用于后续功能的增加。

7.根据权利要求6所述的扒谷机器人控制系统，其特征在于，

所述测距模块(21)为超声波探测器组件；

所述超声波探测器组件包括：超声波探测器模块、超声波探测器控制板、壳体以及转接件；所述转接件一端通过螺栓锁紧扒谷机，另一端连接壳体；所述超声波探测器模块焊接在所述探测器控制板上，所述探测器控制板固定在壳体内部。

8.根据权利要求7所述的扒谷机器人控制系统，其特征在于，

所述超声波探测组件在扒谷机前、左、右侧各安装一组，一组为两个，两个超声波探测器模块需安装要求在一条铅垂线上，两个探测器间距10cm；

所述无线通信模块(5)采用无线信号传输，所述无线通信模块选取2.4G吸盘天线直接吸附在扒谷机机架前端；

所述金属探测器组件包括：金属探测器模块和转接件；所述转接件一端通过螺栓锁紧扒谷机机架，另一端固定金属探测器模块；所述金属探测器组件在扒谷机左、右各安装一个金属探测器，离地高度10cm；所述金属探测器 模块通过接插件与控制主板连接。

9.根据权利要求7所述的扒谷机器人控制系统，其特征在于，

所述测距模块(21)的超声波探测器模块采用深圳导向技术公司的KS103.KS10R型号；所述金属探测器模块采用常开NPN型电感式接近开关或非接触式金属检测接近传感器；所述手持设备(3)的显示屏(34)采用2.4寸TFT液晶屏；所述主控制板(1)的MCU芯片采用MSP430G2553IPW28R型号；所述操纵模块(33)的按键与摇杆采用JoyStick Shield V1型号。