CN207589761U - 猪舍智能清粪机器人及控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种猪舍智能清粪机器人及其控制系统，包括壳体、行走机构、推铲机构、增压机构、驱动控制模块、通讯模块、变送模块、传感器组以及电池组，行走机构驱动机器人向指定方向移动，推产机构将机器人前方的猪舍粪便推走，当粪便较多时，启动增压机构，增加机器人与地面的摩擦力，使机器人继续向前移动，将粪便推走，传感器组能够帮助机器人识别所遇到的障碍物的种类，是猪或者粪便，协助机器人识别，行走以及避让，使机器人能够按照既定的路线实施清粪。本申请提供的猪舍智能清粪机器人能够进行行程规划，保证机器人在栅栏范围内行走，清粪。

Description

猪舍智能清粪机器人及控制系统

技术领域

本实用新型属于清粪机械设备技术领域，主要涉及一种猪舍智能清粪机器人及控制系统。

背景技术

中国是一个畜牧食品大国，历年来都十分注重畜牧的养殖。中国的畜牧养殖量占到世界50％以上，但随着全球变暖，国际环境日夜恶化的形势下，带来了畜牧原料的高成本，病疫风险，环境安全隐患，以及食品安全等风险。因此使中国养殖业即将面临一场新的变革，必然使养殖业走向集中化和高技术化的道路。

虽然我国畜牧养殖业规模很大，但在粪便清理技术上还不是很成熟，经济方面也一定程度受到畜牧生长和健康的影响。其中畜牧粪便的主要成份:粗蛋白质、脂肪、无氮浸出物、钙、磷、维生素B12；同时有许多潜在的物质，如：矿物质微量元素、各种药物，抗生素和激素等以及大量的病原微生物，寄生虫及其卵；而且还含有氨、硫化氢、吲哚、粪臭素等有害物质。传统的粪便清理主要有人工清理，洒水清理和铲车清理等，而人工清理和铲车清理会受到环境、工具等因素的限制。如：每天清理次数有限；人工劳动强度大；铲车体积大，噪音大，易对畜生造成伤害和惊吓，不经济也不灵活；再者洒水清理的废水处理也是重大问题。从而对于传统清理方法都有一定的弊端(如：猪粪若没有及时清理会引发猪瘟，猪链球病，HINI病毒等)。后然随着社会的发展，市面上出现了一些清粪机器人，但是，大部分清粪机器人的用途就是清扫粪便，功能比较单一，而且其最核心技术还是通过后台人为的去控制，智能性得到很大的降低。并且对于清粪机器人在清粪过程中自身带有的粪便难以清除，若重复使用这样的清粪机器人的话，依旧会产生与传统清理方法一样的弊端(如：猪粪若没有及时清理会引发猪瘟，猪链球病，HINI病毒等)。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种操作方便、反应灵敏、安全可靠的猪舍智能清粪机器人及控制系统。

本实用新型采取的技术方案是：

一种猪舍智能清粪机器人，其特征在于：包括壳体、行走机构、推铲机构、增压机构、驱动控制模块、通讯模块、变送模块、传感器组以及电池组，行走机构驱动机器人向指定方向移动，推产机构将机器人前方的猪舍粪便推走，当粪便较多时，启动增压机构，增加机器人与地面的摩擦力，使机器人继续向前移动，将粪便推走，传感器组能够帮助机器人识别所遇到的障碍物的种类，是猪或者粪便，协助机器人识别，行走以及避让，使机器人能够按照既定的路线实施清粪。

而且，所述壳体设计为圆饼形，半径0.5-1.5m。

而且，所述行走机构包括；左步进电机、右步进电机、两个驱动轮以及一个万向轮，左右两个步进电机镜像对称安装在壳体内后部的左右两侧，每个步进电机同轴安装一驱动轮，驱动轮一半位于壳体外部，一半位于壳体内部，在两个驱动轮前侧的壳体下部安装一万向轮，万向轮和两个驱动轮形成三角形状，完成对机器人壳体的支撑和行走。

而且，所述推铲机构包括：两个推铲铲壁旋转电机、推铲连接壁以及推铲，两个推铲铲壁旋转电机对称安装在壳体内中部，每个推铲铲壁旋转电机分别驱动一推铲连接壁，两个推铲连接壁端部共同固装一推铲，推铲连接壁位于壳体外表面的推铲连接壁槽内，当推铲水平放置时，推铲连接壁的高度不高于壳体上表面，所述推产为弧形，便于推更多的粪便。

而且，所述增压机构包括四个增压风机，四个增压风机均布安装在壳体的外部四周，推铲的两侧，每个增加风机具有一个保护外壳，上部安装保护网。

而且，所述驱动控制模块安装在壳体内中部，驱动控制模块上安装控制机器人所需的各种控制电路，给行走机构、推铲机构、增压机构发出动作指令。

而且，所述通讯模块安装在壳体后侧上部，外侧有外盖保护，通讯模块用于与主控器直接发出和接收信号，同时连接电池组，将电量信息实时发送给主控器。

而且，所述变送模块安装在电池组后部的壳体内，用于接收传感器组的信号，发给通信模块，主控器接受信号后作出反应动动作信号后再传给通讯模块，通讯模块再传给驱动控制模块指令，驱动控制模再给行走机构、推铲机构、增压机构发出动作指令。

而且，所述传感器组包括：电子陀螺仪传感器：帮助机器人识别方向，保证在预定路线行走，保证空间位置，不会倾斜或倾倒，安装在从动轮的上部，或者集成安装在驱动控制模块上；

生命探测传感器：用于感知猪舍内活动的猪，当机器人行进过程中，遇到障碍物时，感知到心跳，则视该障碍物为猪，实施后退躲避动作，集成安装在壳体内驱动控制模块上；

红外热释电传感器：用于判断目标物(粪便)和是否是生命体，猪粪是有温度的，但是没有心跳，可以判断为猪粪，推铲落铲，推走。红外热释电传感器设置在机器人壳体的左右两前侧；

多普勒雷达：探测运动目标的位置和相对运动速度，判断猪，集成安装在驱动控制模块上；

霍尔传感器：用于检测虚拟墙并且进行行程纠正，从而判断机器人的工作范围。

本实用新型的优点和积极效果：

本申请提供的猪舍智能清粪机器人能够主动找到粪便，进行及时清扫，保证猪舍的清洁，保证养殖卫生。该机器人能够通过多种传感器识别生命体，保证猪不受伤害，保证机器人的智能性。

本申请提供的猪舍智能清粪机器人能够进行行程规划，保证机器人在栅栏范围内行走，清粪。

本申请提供的猪舍智能清粪机器人具有自动识别电量，在电量不足的情况下能够主动充电，保证电量充足，自动充电能够保证工作效率。

本申请提供的猪舍智能清粪机器人首次加入了增加风机，能够有效防止机器人在潮湿的底板上打滑，提高清扫能力。

附图说明

图1为本实用新型机器人的结构示意图

图2为本实用新型清粪机器人的方框示意图

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。

一种猪舍智能清粪机器人，包括圆饼形壳体1、行走机构、推铲机构、增压机构、驱动控制模块12、通讯模块2、变送模块3、传感器组以及电池组14，通讯模块收到控制信号，行走机构驱动机器人向指定方向移动，推产机构将机器人前方的猪舍粪便推走，当粪便较多时，启动增压机构，增加机器人与地面的摩擦力，使机器人继续向前移动，将粪便推走，传感器组能够帮助机器人识别所遇到的障碍物的种类，是猪或者粪便，协助机器人识别，行走以及避让，使机器人能够按照既定的路线实施清粪，上述机构以及组件具体结构和功能说明如下：

本发明将清粪机器人壳体设计为圆饼形，半径0.5-1.5m，其他组件按照机器人壳体的大小适应设置大小即可，为了防止清粪机器人壳体意外碰撞导致对壳体外壳的破坏，壳体外套一防撞外套(图中未示出)，外壳为硅胶、塑料或者橡胶制成，具有形变能力，便于取下和更换。

所述行走机构包括；左步进电机6、右步进电机、两个驱动轮7以及一个万向轮15，左右两个步进电机镜像对称安装在壳体内后部的左右两侧，每个步进电机同轴安装一驱动轮，驱动轮一半位于壳体外部，一半位于壳体内部，在两个驱动轮前侧的壳体下部安装一万向轮，万向轮和两个驱动轮形成三角形状，完成对机器人壳体的支撑和行走。左步进电机和右步进电机分别接受来自驱动控制模块的信号，可单独运转，也可以同步运转，各自按照信号指示完成正转和反转，实现机器人的前进、任意转向以及后退，实现清粪和躲避功能。

所述推铲机构包括：两个推铲铲壁旋转电机8、推铲连接壁10以及推铲13，两个推铲铲壁旋转电机对称安装在壳体内中部，每个推铲铲壁旋转电机分别驱动一推铲连接壁，两个推铲连接壁端部共同固装一推铲。推铲连接壁位于壳体外表面的推铲连接壁槽内，当推铲水平放置时，推铲连接壁的高度不高于壳体上表面。所述推产为弧形，便于推更多的粪便。两个推铲铲壁旋转电机共同接收来自驱动控制模块的信号，同步运动，实现推产的下落和升起，当推产处于不工作状态时，推铲连接壁为水平设置，推铲下表面不与地面接触，大概有10cm左右的距离，当推铲接受到下落信号工作时，推铲连接壁详细旋转5°左右，推铲与地面接触，当机器前进时，推铲将粪便推走，实现清粪的功能。

所述增压机构包括四个增压风机11，四个增压风机均布安装在壳体的外部四周，分布于推铲的两侧，每个增加增压风机具有一个保护外壳4，上部安装保护网5，用于防止掉落的杂物影响风扇旋转，增压风机接受来自的驱动控制模驱动控制模块块的信号，当机器人推动粪便向前行进过程中，阻力大于轮地间摩擦力而发生打滑导致的步进电机有旋转信号，但是没有位移信号时，判断启动增压增加风机，增压增加风机旋转时，将空气向上垂直排出会产生垂直向下的推力，空气给风机的反作用力瞬时增加机器人的驱动轮和从动轮与地面的摩擦力，进而增加设备的横向驱动力，保障设备的正常工作。将增加机器人的驱动轮和从动轮与地面的摩擦力。所述驱动控制模块安装在壳体内中部，驱动控制模块上安装控制机器人所需的各种控制电路，给行走机构、推铲机构、增压机构发出动作指令。

所述通讯模块安装在壳体后侧上部，外侧有外盖保护，通讯模块用于与主控器直接发出和接收信号，同时连接电池组，将电量信息实时发送给主控器，以免电池组少电或无电。

所述电池组安装在壳体内中部，电池组用于给整机器人需要用电的组件或单元供电，具有无电充电功能。

所述变送模块安装在电池组后部的壳体内，用于接收传感器组的信号，发给通信模块，主控器接受信号后作出反应动动作信号后再传给通讯模块，通讯模块再传给驱动控制模块指令，驱动控制模再给行走机构、推铲机构、增压机构发出动作指令。

所述传感器组包括多种传感器，分别与变送模块连接，传感器的功能及安装位置介绍如下：

电子陀螺仪传感器：帮助机器人识别方向，保证在预定路线行走，保证空间位置，不会倾斜或倾倒，安装在从动轮的上部，或者集成安装在驱动控制模块上。用于保持机器人自身稳定性和判断方向，实现清粪机器人确定将粪便推入推粪沟。

生命探测传感器：用于感知猪舍内活动的猪，当机器人行进过程中，遇到障碍物时，感知到心跳，则视该障碍物为猪，实施后退躲避动作，集成安装在壳体内驱动控制模块上。

红外热释电传感器9：用于判断目标物(粪便)和是否是生命体，猪粪是有温度的，但是没有心跳，可以判断为猪粪，推铲落铲，推走。红外热释电传感器设置在机器人壳体的左右两前侧。

多普勒雷达：探测运动目标的位置和相对运动速度，判断猪，集成安装在驱动控制模块上。

霍尔传感器：用于检测虚拟墙并且进行行程纠正，从而判断机器人的工作范围。

第一超声波传感器、第二超声波传感器：第一超声波传感器设置在机器人壳体的右前侧，第二超声波传感器设置在机器人壳体的正前侧，第一超声波传感器紧挨红外热释电传感器，第一超声波传感器，用于检测目标人体与机器人的实时距离，第二超声波传感器，根据预先采集的外形特征进行对粪便的检测，如果符合粪便外形特征，推铲下落，将其推走，推向排粪沟。

清粪机器人在进行清粪工作或者行走，遇到动物和人时，机器人的行走速度变慢，当机器人规避障碍物后，机器人壳体的行走速度变快，当障碍物(动物或人)主动靠近机器人壳体时，机器人往反向行走避开障碍物。

但是，当机器人所处的养猪场的地面较潮湿或者机器人推粪过程粪便过多时，机器人壳体的驱动轮出现打滑现象而导致无法前行，又由于本实用新型的预设路径包括排粪沟，所以智能清粪机器人容易在推粪的时候掉入排粪沟内，造成机器人无法正常工作。

为了解决上述技术问题，本实用新型的传感器组还包括了转速传感器、重力传感器以及第三超声波传感器，转速传感器用于检测机器人驱动轮的转速，该转速传感器设置在机器人壳体底部后端的两个驱动轮车轴上，当机器人在进行推粪工作且驱动轮出现打滑现象时，以此同时，主控器的WiFi定位通讯模块判断出该机器没有发生位移变化，转速传感器有转速，且转速加快，启动增压结构的增压风机，增大机器人对地面的摩擦力，使驱动轮获得向前的动力。

重力传感器用于感知机器人壳体身处的环境，设置在从动轮上方，第三超声波传感器，用于检测机器人与地面的距离情况，设置在机器人壳体底部，当机器人与地面的距离超出设定范围时，判断机器人是否处于悬空状态。所述对应具体是指：转速传感器用于检测机器人驱动轮的转速，重力传感器用于感知机器人壳体身处的环境，当机器人在进行推粪工作时，重力传感器感知自己是否推上粪便，驱动机器人走形排便沟。

第三超声波传感器用于检测机器人与地面的距离情况，当机器人与地面的距离超出设定范围时，判断机器人是否处于悬空状态，清粪机器人只行走时，机器人壳体靠近排粪沟，沿沟前行或背驰而行，清粪机器人推粪行走时，机器人壳体推粪至排粪沟边缘，驱动控制模可根据第三超声波传感器的感知信号进行悬崖检测，并控制驱动机构结束行走，启动推铲总成将粪便置入排粪沟。

本申请机器人的工作状态如下：

猪舍清粪机器人在行走或者清粪过程中，当驱动控制模根据生命探测传感器、第一超声波传感器、第二超声波传感器、红外热释电传感器、多普勒雷达以及霍尔传感器的检测信号检测到障碍物是人或者动物时，驱动控制模控制驱动机构驱动机器人壳体，使机器人壳体的行走速度变慢，当机器人壳体规避障碍物(动物或人)后，机器人壳体的行走速度变快，当障碍物(动物或人)主动靠近机器人壳体时，机器人往反向行走避开障碍物(动物或人)，当驱动控制模根据生命探测传感器、第一超声波传感器、第二超声波传感器、红外热释电传感器、多普勒雷达以及霍尔传感器的检测信号检测不到障碍物(人或者动物)时，猪舍清粪机器人继续沿原路线前行。

猪舍清粪机器人在行走过程中，当驱动控制模根据转速传感器、重力传感器的检测信号和驱动控制模的定位通讯检测到机器人壳体的驱动轮出现打滑现象时，驱动控制模驱动增压机构开启增压风机，增大机器人对地面的摩擦力，使驱动轮获得向前的动力，从而实现猪舍清粪机器人的正常工作。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本实用新型包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本实用新型的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (8)

1.一种猪舍智能清粪机器人，其特征在于：包括壳体、行走机构、推铲机构、增压机构、驱动控制模块、通讯模块、变送模块、传感器组以及电池组，行走机构驱动机器人向指定方向移动，推产机构将机器人前方的猪舍粪便推走，当粪便较多时，启动增压机构，增加机器人与地面的摩擦力，使机器人继续向前移动，将粪便推走，传感器组能够帮助机器人识别所遇到的障碍物的种类，是猪或者粪便，协助机器人识别，行走以及避让，使机器人能够按照既定的路线实施清粪。

2.根据权利要求1所述的猪舍智能清粪机器人，其特征在于：所述壳体设计为圆饼形，半径0.5-1.5m。

3.根据权利要求1所述的猪舍智能清粪机器人，其特征在于：所述行走机构包括；左步进电机、右步进电机、两个驱动轮以及一个万向轮，左右两个步进电机镜像对称安装在壳体内后部的左右两侧，每个步进电机同轴安装一驱动轮，驱动轮一半位于壳体外部，一半位于壳体内部，在两个驱动轮前侧的壳体下部安装一万向轮，万向轮和两个驱动轮形成三角形状，完成对机器人壳体的支撑和行走。

4.根据权利要求1所述的猪舍智能清粪机器人，其特征在于：所述推铲机构包括：两个推铲铲壁旋转电机、推铲连接壁以及推铲，两个推铲铲壁旋转电机对称安装在壳体内中部，每个推铲铲壁旋转电机分别驱动一推铲连接壁，两个推铲连接壁端部共同固装一推铲，推铲连接壁位于壳体外表面的推铲连接壁槽内，当推铲水平放置时，推铲连接壁的高度不高于壳体上表面，所述推产为弧形，便于推更多的粪便。

5.根据权利要求1所述的猪舍智能清粪机器人，其特征在于：所述增压机构包括四个增压风机，四个增压风机均布安装在壳体的外部四周，推铲的两侧，每个增加风机具有一个保护外壳，上部安装保护网。

6.根据权利要求1所述的猪舍智能清粪机器人，其特征在于：所述驱动控制模块安装在壳体内中部，驱动控制模块上安装控制机器人所需的各种控制电路，给行走机构、推铲机构、增压机构发出动作指令。

7.根据权利要求1所述的猪舍智能清粪机器人，其特征在于：所述通讯模块安装在壳体后侧上部，外侧有外盖保护，通讯模块用于与主控器直接发出和接收信号，同时连接电池组，将电量信息实时发送给主控器。

8.根据权利要求1所述的猪舍智能清粪机器人，其特征在于：还包括第一超声波传感器、第二超声波传感器：第一超声波传感器设置在机器人壳体的右前侧，第二超声波传感器设置在机器人壳体的正前侧，第一超声波传感器紧挨红外热释电传感器，第一超声波传感器，用于检测目标人体与机器人的实时距离，第二超声波传感器。