ES2216703B1 - Robot de limpieza para la eliminacion de excrementos en granjas agricolas. - Google Patents

Abstract

Robot de limpieza para la eliminación de excrementos en granjas agrícolas, constituido por motor eléctrico, dos baterías, grupo reductor, dos ruedas de caucho macizas, dos brazos de chapa galvanizada, cuchilla de limpieza. El robot se acciona automáticamente por control remoto o de forma anticipada programada implementando un sistema electrónico constituido por una placa de control, placa de telemando, placa de amperímetro, puente H y placa de cargador.

Description

Robot de limpieza para la eliminación de excrementos en granjas agrícolas.

Actualmente la limpieza de granjas agrícolas emplea sistemas muy rudimentarios que presentan inconvenientes económicos y operativos. Consisten en la construcción de una fosa longitudinal, tapada con una rejilla de acero, a lo largo del establo para poder limpiar los excrementos que los animales van esparciendo a lo largo del pasillo, implicando un gasto considerable en obra construida. La limpieza no es todo lo efectiva que se desea pues siempre quedan residuos pegados a la rejilla que no logran introducirse en la fosa. Para solucionar este problema se utilizan herramientas especiales que combinadas con agua permiten diluir el excremento con el objeto de que se introduzca finalmente en la fosa. Esto supone un gran esfuerzo en trabajo y tiempo, dado que el ganadero tiene que estar pendiente de esta tarea que como mínimo debe de realizar dos veces al día, dependiendo de la cantidad de animales en la granja.

Los establos y granjas de nueva construcción no incluyen esta fosa porque el coste de la obra no se compensa con la utilidad que proporciona a la instalación. Actualmente se construye una fosa simple al final del pasillo de la granja, situada en el interior o en el exterior. El trabajo del ganadero consiste en recoger los excrementos, que los animales van esparciendo a lo largo del pasillo, con herramientas adecuadas, tales como rastrillos o palas, acumulando los residuos en la fosa, posteriormente los succionarán con una maquinaria especializada para utilizarlo como abono en las fincas. La limpieza requiere un esfuerzo intenso de personal.

Estos inconvenientes se reducen con la instalación en la granja del robot de limpieza que realiza la operación de forma autónoma, instalándose directamente sobre el pasillo de la nave de la granja, no requiriendo la atención directa y permanente de personal para la retirada de excrementos, que se ejecuta propiamente por el robot. La instalación del robot elimina también la instalación de ventiladores en la granja y el correspondiente ahorro energético, al eliminarse los olores indeseados, ya que es suficiente con la ventilación natural de la nave, minimizando los riesgos de salud de los animales. Además, los excrementos que suelen quedar pegados al suelo son arrastrados por los mecanismos del robot

La nave de la granja provista del robot de limpieza es menos costosa, ya que requiere hacer menos obras, no requiere ventiladores ni aparatos limpiadores, y es mucho más sana, tanto para los animales que se encuentran en el establo como para los operarios, ya que no hay gases ni malos olores por la ventilación natural de la nave.

La presente invención tiene por objeto la instalación de un robot de limpieza de los residuos en granjas que alberguen animales, pudiendo estar estabulados a ambos lados del pasillo de la nave de la granja, existiendo uno o varios pasillos sobre los que caen los excrementos. El robot permite la limpieza del establo de una forma automática y desatendida. Por su diseño, constitución y sistemas de seguridad no perjudica ni daña los animales, y garantiza una limpieza efectiva y segura.

El funcionamiento del robot es por desplazamiento sobre un raíl a lo largo del pasillo de la nave de la granja, de forma que a medida que se desplaza va arrastrando los excrementos hacia el fondo de la granja, donde puede existir una fosa en la que recaerán directamente los excrementos o bien quedarán almacenados en una esquina del mismo para la posterior recolección por parte del personal.

Describimos detalladamente y representado en figuras las partes constituyentes del robot de limpieza:

La figura 1 representa una vista general del robot de limpieza, y sus componentes: Cuerpo (1), Brazos metálicos (2), Cuchilla de limpieza (3), Guías (4), Rail (5), Pasillo de la granja (6), Motor eléctrico (7), Grupo reductor (8), Ruedas (9), Baterías (10), Caja de Control electrónico (11), Tapa del cuerpo (12).

La figura 2 representa una vista superior y frontal del robot.

La figura 3 representa una vista de las marcas metálicas.

La figura 4 representa la vista del cuerpo del robot.

La figura 5 representa el cuerpo, cuchilla de limpieza, brazos mecánicos y guías.

La figura 6 representa el panel de mandos de la caja de control del robot.

La figura 7 representa el diagrama de conexiones de los circuitos impresos.

La figura 8 ilustra el funcionamiento con mando a distancia del robot.

La figura 9 representa la parte frontal del cargador de baterías.

En la figura 1, el cuerpo (1) es la parte central del robot. A ambos lados del cuerpo se ensamblan dos brazos mecánicos (2), dispuestos a ambos lados del cuerpo que, junto con la cuchilla de limpieza (3) situada en la parte delantera inferior del cuerpo, permitirán el arrastre y desplazamiento de los excrementos a lo largo del pasillo (6) de la nave. El robot se desplaza sobre un rail (5) de 40 x 25 x 40 cm situado en el pasillo (6) de la nave de la granja. Los elementos de conexión entre el rail (5) y el pasillo (6) son las guías (4), que van colocadas en la parte inferior del cuerpo del robot y permiten el desplazamiento del robot sobre el rail.

Los restantes elementos relacionados en la figura 1: motor eléctrico (7), grupo reductor (8), ruedas (9), baterías (10), y caja de control electrónico (11) están situados en el interior del cuerpo del robot: Dichos elementos están protegidos por una tapa exterior (12) que cubre el cuerpo del robot. Toda la estructura externa del robot está realizada en material galvanizado para garantizar la duración del equipo, además de convertir al robot en un dispositivo lo suficientemente compacto como para evitar ser deteriorado por los animales.

En la figura 2, vista superior y frontal del robot (con elementos descritos en la figura 1), representando el cuerpo (1), los brazos mecánicos (2) y la cuchilla (3). Las dimensiones de la figura están expresadas en milímetros.

En la figura 3, representa una vista de las marcas metálicas (13). A lo largo del pasillo de la nave, a una distancia de 300 mm del raíl, se sitúan unas marcas metálicas (tornillos de 50 x 25 mm) separadas a intervalos de 1 m.

En la figura 4, representa el cuerpo del robot con los siguientes elementos: Motor eléctrico (7); Grupo reductor (8); Dos ruedas de caucho macizo (9); Dos baterías de 12 voltios (10), Caja de control electrónico (11), Eje (14), Fotocélula (15), Final de Carrera (16). Cada uno de estos elementos están interrelacionados para permitir el funcionamiento del robot.

En la figura 5, se puede observar la interrelación de los brazos mecánicos (2) y la cuchilla de limpieza (3) con el cuerpo del robot (1): También, detalle de las guías (4).

En la figura 6, representa el panel de mandos de la caja de control del robot. La caja de control esta formada por tres placas de circuitos integrados, cuyo diagrama de conexiones se representa en la figura 7, que hacen posible el funcionamiento autónomo del robot.

En la figura 7, se representan las tres placas que integran la caja de control electrónica del robot, son las siguientes:

- Placa de control: Responsable del funcionamiento automático del robot, se encarga de controlar y coordinar todos los elementos.

- Placa de telemando: Se encarga de recibir la señal del mando a distancia, decodificarla y enviar la señal a la placa de control, instalando una antena sobre el cuerpo del robot. La implementación de esta placa en el sistema permite la utilización de un mando a distancia para el accionamiento del robot si así se desea, tal y como puede observarse en la figura 8.

- Placa de amperímetro y puente H: Acciona el motor eléctrico, e informa a la placa de control de la intensidad de carga de las baterías.

En la figura 8, representa el funcionamiento con mando a distancia del robot, pues éste se puede accionar con un mando a distancia.

En la figura 9, representa la parte frontal del cargador de baterías. Este cargador está controlado también por una placa de circuitos integrados, una placa electrónica, cuya parte frontal se ilustra en esta figura. El cargador esta situado en la estación de carga y controla el nivel de carga de las baterías. Como aclaración, aunque no se representa en las figuras, destacar que la estación de carga de baterías está situada al principio del pasillo de la nave, fuera del área de limpieza.

Detallamos en la figura 4 los elementos integrados en el cuerpo del robot. Las dos ruedas de caucho macizo, situadas a ambos lados del cuerpo, desplazan el robot mediante la fuerza motriz que les transmite un motor eléctrico que se alimenta con 2 baterías de 12 V. La velocidad de desplazamiento del robot tiene que ser muy lenta, recorriendo el pasillo lentamente para recoger la mayor cantidad de residuos. Esto se consigue mediante la instalación de un grupo reductor para reducir la velocidad de acción de 1.500 r.p.m. a 6 vueltas por minuto, equivalente a 1 metro de recorrido del robot cada 12 segundos.

Las ruedas de caucho macizo (9) son de 310 mm de diámetro y se accionan gracias a la fuerza motriz que les transmite un motor eléctrico de 24 voltios que se alimenta de dos baterías de 12 voltios (10) cada una. La conexión entre el motor eléctrico y las baterías se realiza a través de cables eléctricos perfectamente aislados. El grupo reductor además de reducir las r.p.m. que transmite el motor para que la velocidad de desplazamiento sea lenta, acciona un eje (14) de 840 mm x 40 mm que sirve de unión entre las ruedas.

Además, en la parte central del cuerpo del robot está la caja de control electrónico (11). La tapa superior de la caja de control electrónico (11) es el panel de mandos de control del robot (figura 6): Mediante este panel de mandos se puede programar el robot y conocer su estado fijándose en su pantalla. Mediante los botones título se pueden instruir las siguientes funciones:

- Avance: Presionando el botón (+) haremos avanzar el robot hacia adelante. Para que este movimiento sea continuo, debemos mantener presionado este botón.

- Atrás: Presionando el botón (-) haremos retroceder el robot. Para que este movimiento sea continuo, debemos mantener presionado este botón.

- START: Presionando el botón (OK) haremos iniciar el programa de limpieza. Si el robot ha sido detenido por el mando a distancia o por pulsar la tecla STOP, el robot retrocederá hasta la posición de carga.

- Carga: Presionando el botón (\rightarrow) iniciamos el programa de carga. El robot comprobará si están bien conectados los electrodos del cargador. Caso de no estar bien conectados, el robot avanza y retrocede hasta tres veces para intentar colocarlos en su posición correcta. Una vez colocados se inicia el proceso de carga.

- STOP: Este botón detiene al robot, tanto si está limpiando como si esta cargando las baterías. También sirve para salir del menú de programación.

Cuando el usuario opta por la activación manual del robot, estas funciones se pueden realizar manualmente desde el panel de la caja de control electrónico o a través del uso de un mando a distancia, figura 8.

Pulsando el botón MENU entramos en la programación de usuario. Los valores programados se grabarán en una memoria no volátil que es capaz de retener estos datos durante años, incluso sin que las baterías estén conectadas. La fecha y la hora están salvaguardadas por una pila con una duración estimada de 5 años, si las baterías del robot están siempre cargadas la pila puede durar hasta 10 años o más. En el menú de programación se pueden configurar los siguientes parámetros: fecha, hora, activación de la alarma, el modo de funcionamiento del robot, número de intentos de avance, número de intentos de retroceso.

En el momento de programar el modo de funcionamiento del robot, el usuario puede optar por dos modos de funcionamiento: intervalo fijo en minutos o programa horario. El modo intervalo fijo en minutos, permite establecer un intervalo en minutos, que corresponderá al tiempo que transcurrirá entre una limpieza y la siguiente. Por ejemplo, si programamos un intervalo de 240 minutos, se realizará una limpieza cada cuatro horas. La primera limpieza se realizará a las 12:00 horas, la siguiente a las 16:00, otra a las 20:00 y así sucesivamente.

Programa Horario: Es la opción que mayor control permite sobre las limpiezas, se pueden programar hasta 21 ciclos diarios de limpieza. En cada ciclo especificamos la hora a la que se realizarán las limpiezas.

El ciclo de funcionamiento del robot consta de tres partes: Avance, donde el robot avanza y hace la limpieza; Retroceso, donde el robot regresa a la estación de carga; Carga, donde se cargan las baterías.

AVANCE: Bien sea manual o de forma automática el robot empieza por avanzar. El robot va avanzando a lo largo del pasillo de la granja, y arrastra el excremento acumulado. Debido a la instalación en el cuerpo del robot de un sensor magnético o fotocélula, el robot sabe en cada momento en que posición se encuentra; si ha colisionado o si patina, este sensor aporta la información necesaria para que el robot sea seguro y efectivo.

El sensor magnético o fotocélula (15) está situado a 300 mm del centro del cuerpo del robot (figura 4), esta posición está pensada para que a medida que el robot se desplaza a lo largo del pasillo, la fotocélula vaya detectando las marcas metálicas que están situadas a 300 mm del rail sobre el que se desplaza el robot. A medida que el robot va recorriendo cada una de estas marcas, la fotocélula envía una señal a la placa de control (14).

Cada metro de pasillo existe una marca metálica (figura 3). En condiciones normales, el robot está programado para que recorra cada metro en 12 segundos En el caso de que hubiera un obstáculo en el pasillo y el robot tardará más de 12 segundos en recorrer cada metro, este intenta hasta un máximo de tres veces avanzar hacia adelante y, si en ninguna de ellas lo consigue porque no se ha eliminado el obstáculo, automáticamente retrocede y se dirige al punto de partida. Tanto el tiempo que debe de tardar en recorrer cada metro como el número de intentos de avance son programables. Esta particularidad, anteriormente descrita, es de enorme importancia si tenemos en cuenta que el robot puede programarse para trabajar sólo, incluso de noche, y que a lo largo del pasillo se puede encontrar con obstáculos, tales como crías de animales. En este caso el mecanismo de seguridad evitaría cualquier daño que el robot pudiera producir en la cría.

Si el robot no detecta colisión o no se ha pulsado la tecla STOP, avanza hasta el final del pasillo. La última marca metálica es una chapa metálica de 300 x 200 mm y como consecuencia de esta característica de la última marca, la fotocélula (15) emite la señal de final de pasillo a la placa de control (14). De esta forma el robot sabe que ha llegado al final del pasillo, entonces se detiene durante 20 segundos, y comienza el retroceso.

RETROCESO: El funcionamiento del retroceso es similar al de avance, con la salvedad de que en caso de colisión o patinaje, se detiene y luego avanza durante 5 segundos, para continuar el retroceso de nuevo. Si tropieza un número de veces superior al número de intentos de retroceso programados, se detiene, empieza a sonar la alarma y no se mueve hasta que el usuario lo desbloquea, bien sea con el mando a distancia o con el panel de mando. Esto se hace por seguridad y para evitar arrollar algún animal que pueda estar situado en el pasillo (ejemplo, una cría) o por un problema inesperado. Al terminar el retroceso se inicia el proceso de carga.

CARGA: La carga es un proceso complejo. El robot debe situarse correctamente sobre los bornes de las baterías, asegurar la conexión y comenzar la carga. Como medida de seguridad se ha evitado que ni el robot, ni el cargador corran peligro de cortocircuito en caso de mal contacto o contacto con el suelo.

Exteriormente, a la caja de control electrónico y al robot de limpieza, se encuentra la estación de carga, a donde el robot se dirige a cargar sus baterías. El nivel de carga de las baterías será controlada también por una placa electrónica. Aunque no se ilustra, destacar que la estación de carga de baterías está situada al principio del pasillo de la granja, fuera del área de limpieza. Es necesario destacar que el cargador de baterías incorpora un sistema de seguridad por el cual los bornes del cargador no tienen potencia para ocasionar daños, sólo se conectan cuando el robot está en la estación de carga y correctamente situado.

Cuando el robot llega a la estación de carga, comprueba que la conexión se ha realizado, si no se ha realizado correctamente el robot se separa, vuelve a intentar colocarse y comprueba la conexión. Este proceso lo realiza un máximo de tres veces. Si las comprobaciones han sido correctas la batería se carga hasta un nivel aceptable, entonces el robot se separa unos 20-25 cm de la estación de carga y espera en reposo hasta que se active para una nueva limpieza.

Si un programa de limpieza se activa durante la carga, el robot comprueba el estado de las baterías, y si tiene suficiente carga empieza la limpieza, o por el contrario continúa con el proceso de carga.

El cargador de baterías tiene tres modos de funcionamiento que hacen cambiar su forma de trabajo: (figura 9):

- Manual, el usuario conecta o desconecta el cargador pulsando el correspondiente botón.

- Automático, el cargador detecta la presencia del robot y automáticamente comienza a cargar las baterías, este es el modo de funcionamiento recomendable.

- Autocorte, este modo es similar al automático, pero con la diferencia de que al bajar la intensidad de carga del límite programado, el cargador se desconecta y el robot se separa.

- Programación, sirve para programar el límite del autocorte.

Otro elemento del robot particularmente importante es la cuchilla de limpieza (3). La cuchilla se relaciona con el cuerpo a través de unas bisagras (20), tal y como, puede observarse en la figura 5. La parte inferior (21) de la cuchilla es de goma (15 mm de espesor), con el objetivo de que la limpieza sea más efectiva y que la señal que emite al desplazarse a lo largo del pasillo sea menos ruidosa. La función de la cuchilla consiste en arrastrar el excremento hacia delante a medida que se desplaza. La cuchilla está provista de un mecanismo especial que provocará su levantamiento a medida que, el robot retrocede hacia su posición de salida.

Relacionados directamente con la cuchilla de limpieza y el cuerpo del robot a través de las abrazaderas (22), nos encontramos con los brazos metálicos que junto con la cuchilla permiten ir arrastrando y acumulando el excremento que será desplazado a lo largo del pasillo a medida que se va produciendo el avance del robot.

Un factor de relevancia para el correcto funcionamiento del robot es el ancho del robot, incluyendo en este sentido la dimensión con los brazos abiertos, que deben de ser iguales que las del ancho del pasillo que pretende limpiar con el objeto de que sus brazos metálicos puedan recoger todo el excremento. Dado que las medidas del cuerpo del robot serán estándar, para facilitar su producción en serie, serán los brazos metálicos los que ajusten su longitud en función del ancho del pasillo. Esta situación se ilustra en la figura 1. Los brazos metálicos se accionarán automáticamente a medida que el robot avanza; y cuando el robot retroceda a su posición de partida, los brazos volverán a situarse pegados al cuerpo.

Otra particularidad del robot se encuentra en el modo de sujeción de la tapa (12) al cuerpo del robot. La tapa va montada en el cuerpo sobre unos muelles (23), véase la figura 5, de forma que, si cualquier obstáculo tropieza sobre ella (por ejemplo, si un animal le da un golpe), se desplaza de delante a atrás y tropieza sobre el final de carrera (16), sistema de conexión y desconexión eléctrico que al ser activado transmite una señal a la placa de control (14) y le indica que un obstáculo ha tropezado sobre el robot, entonces este intenta hasta tres veces avanzar y, si a los tres intentos no lo consigue, retrocede y se dirige a su posición de salida.

En la figura 5, también se pueden observar como van colocados debajo del robot las guías (4) que sirven de conexión entre el rail (5) y el pasillo del establo. Las guías constan de dos partes y están construidas de tal forma que, no sólo permiten el desplazamiento del robot sobre un rail rectilíneo, sino que también podrá desplazarse sobre raíles con formas curvilíneas, situación que se producirá cuando un mismo robot tenga que limpiar varios pasillos y por tanto desplazarse desde un pasillo a otro.

Claims (10)

1. Robot de limpieza para la eliminación de excrementos en granjas agrícolas, caracterizado por estar constituido por los siguientes componentes: Cuerpo (1), Brazos mecánicos (2), Cuchilla de limpieza (3), Guía (4), Motor eléctrico (7), Grupo reductor (8), Ruedas (9), Baterías (10), Caja de control electrónico (11), Tapa del cuerpo (12).

2. Robot de limpieza, según la reivindicación 1, caracterizado porque en el cuerpo, parte central del robot, van ensamblados dos brazos mecánicos dispuestos a ambos lados del cuerpo; y situada en la parte delantera inferior del cuerpo va colocada la cuchilla de limpieza. Los elementos de conexión entre el rail (5) y el pasillo (6) son las guías (4) y permiten el desplazamiento del robot a lo largo del rail.

3. Robot de limpieza, según la reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo lleva en su interior los siguientes componentes: motor eléctrico (7), grupo reductor (8), dos ruedas de 310 mm de diámetro y de caucho macizo (9), un eje para unir las ruedas (14), dos baterías (10) de 12 voltios, caja de control electrónico (11), sensor magnético o fotocélula (15), final de carrera (16); protegidos los componentes por una tapa exterior (12) de material metálico compacto galvanizado, que cubre el cuerpo del robot.

4. Robot de limpieza, según la reivindicación 1, caracterizado porque la caja de control electrónico (11) del robot está compuesta por tres placas de circuitos integrados: placa de control, placa de telemando, y placa de amperimetro y puente H.

5. Robot de limpieza, según la reivindicación 4, caracterizado porque la caja de control electrónico (11) tiene un panel de mandos de control para programar el robot y conocer su estado fijándose en su pantalla; y cuyos botones título instruyen las siguientes funciones: Avance, Atrás, START, Carga, STOP, MENU; complementariamente tiene un mando a distancia.

6. Robot de limpieza, según la reivindicación 5, caracterizado porque la caja de control electrónico (11) tiene un panel de mandos, y en el MENU programamos parámetros de fecha, hora, activación de alarma, modo de funcionamiento intervalo, número de intentos de avance, número de intentos de retroceso.

7. Robot de limpieza, según la reivindicación 1, caracterizado porque la cuchilla de limpieza se relaciona con el cuerpo a través de unas bisagras (20), la parte inferior (21) de la cuchilla es de goma de 15 mm de espesor, y provista de un mecanismo especial que provocará su levantamiento a medida que el robot retrocede.

8. Robot de limpieza, según la reivindicación 1, caracterizado porque la tapa (12) del robot va sujeta y montada en el cuerpo mediante unos muelles (23) que permiten su desplazamiento en el caso de que algún obstáculo tropiece sobre ella, activándose el final de carrera (16) transmitiéndose una señal a la placa de control (14) y el robot se detiene.

9. Robot de limpieza, según la reivindicación 1, caracterizado porque dispone de unas guías (4) situadas en la parte inferior del cuerpo del robot y que permiten el desplazamiento del robot sobre el rail; las guías constan de dos partes y están construidas de tal forma que, permitirán el desplazamiento del robot incluso sobre raíles con formas curvilíneas, cuando el robot se utilice para la limpieza de varios pasillos de la nave.

10. Robot de limpieza, según la reivindicación 1, caracterizado por tener un accesorio: el cargador de baterías constituido por una placa de circuitos integrados. El cargador de baterías esta situado en la estación de carga y controla el nivel de carga de las baterías; con tres modos de funcionamiento: manual, automático y Autocorte.