粮仓投药作业机器人的制作方法

本实用新型属于机器人应用技术领域，尤其涉及一种粮仓投药作业机器人。

背景技术：

近年来，随着我国粮食的连年丰收，粮食储备库的规模越来越大，单仓储量越来越多，但粮仓熏蒸投药作业因其特殊性几十年来一直没有变化。

每年夏季到来时，随着气温的升高，粮食虫害便发生了，此刻就要进行熏蒸投药作业。因熏蒸常用药磷化铝潮解后生成剧毒气体磷化氢，所以熏蒸作业时操作人员必须佩带空气呼吸器才能完成操作。

确定需要熏蒸后，由粮库组织好操作人员，一般5到8人为宜，每人佩戴好空气呼吸器到达仓内指定位置，分发药品，分工明细，固定每人要投放的药品及点位，接到投药命令后同时打开药瓶，按计量快速把药品投放到预定点位，完成投药后快速撤离出仓，清点人员，确保无误后，密闭好仓门。一切操作按Ls/T 1201- 2002标准执行。

目前，国内外熏蒸投药作业，仍然以人工操作完成，此法危险系数高，国内经常出现熏蒸投药作业安全事故。即使佩带呼吸器，没有发生事故，但药品潮解后通过皮肤的接触渗透吸入对人体也有不可预见的危害，迫切需要一种自动化机械设备来代替人工熏蒸投药作业。

技术实现要素：

针对现有人工熏蒸投药作业的问题，本实用新型提供了一种粮仓投药作业机器人, 可在粮堆表面走道板上自主行走，准确定位，能够自动抓取药瓶并开启瓶盖向投药皿内装药，同时可实现回转双向投放药物。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：粮仓投药作业机器人，包括行走系统, 行走系统上安装有控制系统、升降抓取系统、自动开盖系统和回转式双向投料系统；升降抓取系统操作端的初始位置和自动开盖系统的操作端均位于回转式双向投料系统的上方，控制系统设在行走系统内；

升降抓取系统包括电动升降柱和机械手臂，电动升降柱固定在行走系统的后部上表面，电动升降柱沿垂直方向设置，电动升降柱的伸缩杆上端部设有主轴垂直向上设置的第一电机，机械手臂的一端固定在第一电机的主轴上，机械手臂与第一电机的主轴垂直设置，机械手臂的另一端部设有第二电机和稳定板，第二电机的主轴中心线与机械手臂长度方向平行，稳定板所在平面与机械手臂长度方向垂直，稳定板上沿机械手臂的长度方向开设有安装孔，安装孔内转动连接有传动杆，传动杆的一端通过联轴器与第二电机的主轴传动连接，传动杆的另一端设有机械手，机械手的下部设有距离传感器；

自动开盖系统包括支撑架和开盖装置，支撑架垂直安装在行走系统的后部上表面，支撑架的上端部沿水平方向设有安装板，安装板的另一端沿垂直方向开设有孔；开盖装置包括第三电机和开盖器，第三电机的主轴自上向下穿过孔与开盖器的动力输入端传动连接；

回转式双向投料系统包括投药皿、第四电机和投药传输机构，第四电机固定在行走系统中部上表面，第四电机的主轴垂直向上设置；投药皿内部中空，投药皿的上部呈上粗下细的漏斗结构，投药皿的下部呈圆柱形结构，投药皿的下部沿前后方向开设有通孔，通孔的截面形状呈方形，通孔与投药皿内部相连通，投药传输机构安装在通孔内，投药皿的底部设有与第四电机的主轴传动连接的连接孔；投药皿和第四电机的中心线重合。

行走系统包括底盘和位于底盘左右两侧的两条履带，两条履带内均设有位于后部的两个驱动轮和位于前部的两个从动轮，两条履带内的中部偏下位置分别设有两个支撑轮，底盘的后端部左右两侧分别设有一个安装座，每个安装座上均设有一个驱动电机，每一个驱动电机的主轴均通过平键形式与一个驱动轮的轴孔传动连接，底盘的中部设有电源盒和控制盒。

控制系统包括蓄电池、PLC总控板和无线信号接收器，蓄电池安装在电源盒内，PLC总控板和无线信号接收器均安装在控制盒内，底盘的前侧和后侧的边沿处分别设有一个角度传感器。

投药传输机构包括第五电机、H型槽架和输送带，H型槽架穿设安装在投药皿的通孔内，H型槽架的后端伸出通孔，第五电机固定连接在H型槽架的后端部，第五电机的主轴上固定连接齿轮，H型槽架的前端伸出通孔并转动连接有输送胶辊，输送带套设安装在齿轮、H型槽架和输送胶辊上。

蓄电池通过供电电缆分别连接PLC总控板，无线信号接收器、两个动力驱动电机、两个角度传感器、电动升降柱、距离传感器、机械手、第一电机、第二电机、第三电机、第四电机和第五电机；PLC总控板通过控制电缆分别连接无线信号接收器、两个动力驱动电机、两个角度传感器、电动升降柱、距离传感器、机械手、第一电机、第二电机、第三电机、第四电机和第五电机。

开盖器由插杆和模块组成，模块的侧面开设有仿形卡槽，模块的另一侧中心处设有法兰盘，法兰盘中心沿径向方向开设有插槽；插杆上设有限位板，限位板与插杆垂直设置，限位板与模块之间通过若干限位弹簧连接，限位板前侧面中心设有卡块和插头，插头穿过法兰盘中心孔并伸入到模块内，卡块的结构形状与插槽适配；第三电机的主轴通过联轴器连接插杆。

支撑架的上端部固定连接有向上设置的影像支架，影像支架的上端部安装有若干摄像头。

机械手的抓取面上均设有橡胶保护层。

本实用新型具有以下有益效果：

1、采用了自动行走系统，通过工作人员操作外置遥控器控制信号接收器和PLC总控板，无线信号接收器和PLC总控板根据外置遥控器发出的指令控制自动行走系统行走，通过控制两个驱动电机同时正转或者反转，使驱动轮驱动履带带动底盘前进或后退，当设定两个驱动电机转速不同时，可实现自动转弯，采用履带式行走系统便于行走稳定，采用两个独立驱动电机，便于行走转弯控制，整个履带行走系统的高度较低，以利于降低重心和节省高度方向上的空间；

2、底盘的侧面安装有一前一后两个角度感应器，可实时感应底盘的行走方向，正常情况下两个角度传感器的角度差值在设定范围之内，保证底盘行走方向与走道板铺设方向一致，当两个传感器的角度差值超出设定范围时， PLC总控板发出修正信息，校正两个驱动电机的转速，控制底盘始终保持与走道板铺设方向一致；

3、采用了升降抓取系统，通过外置遥控器控制电动升降柱的伸缩杆上升和下降，伸缩杆的状态及位置由位置传感器实时反馈，伸缩杆的上端部安装有第一电机，通过第一电机控制机械手臂在径向方向上旋转动作，机械手臂上设有第二电机和传动杆，通过第二电机带动传动杆做径向旋转动作，传动杆的另一端设有机械手，机械手用于抓取和释放药瓶；

4、采用了自动开盖系统，通过支撑架固定开盖装置，模块的侧面开设有与药瓶盖外形相同的仿形卡槽，使用时将药瓶的瓶盖插接到仿形卡槽内同时向上按压模块，模块与限位板之间的限位弹簧受力收缩，插杆下部的插头插接到法兰盘内，卡块卡接到法兰盘的插槽内，第三电机旋转将瓶盖从药瓶上拧下，第三电机反方向旋转可以上紧瓶盖，由于仿形卡槽的结构可以在上紧瓶盖时自由脱离模块；

5、采用了回转式双向投料系统，投药皿可以一次储存几瓶药料，投药皿的底部与第四电机的主轴固定连接，通过控制第四电机动作可实现投药皿径向180度的左右回转；第五电机通过齿轮咬合带动胶辊转动，胶辊带动输送带在“H”型槽架内运行，通过PLC总控板控制输送带的传输速度和时间可实现投药量的准确投放；

6、采用了外置遥控器、无线信号接收器和PLC总控板配合的操控方式，无线信号接收器用于接收反馈外置遥控器和PLC总控板所发出的指令，外置遥控器通过无线信号接收器操控PLC总控板进而控制各部件运作；

7、采用了大功率、大容量的可充电蓄电池给各电控部件供电，蓄电池续航时间长，使整个粮仓投药作业机器人系统稳定可靠；

8、机械手的抓取面上均设有橡胶保护层，既可以保护药瓶不被抓取损坏，又可以增加摩擦力，使抓取药瓶更加牢固稳定，机械手末端安装有距离传感器，自动感应药瓶的位置；

9、影像支架的上端部安装有朝向四个方向的高清摄像头，通过PLC总控板和信号接收器向视频显示终端反馈影像信息，实现了操作人员与机器人在不同空间的实时交互对话。

综上所述，本实用新型设计合理，采用了自动行走系统，通过工作人员借助视频显示终端反馈的影像信息操作外置遥控器可实现自由行走；各系统之间相互配合，可实现自动抓取药瓶、自动开启瓶盖、自动回转双向投药；高清摄像头向视频显示终端反馈影像信息，实现了操作人员与机器人在不同空间的实时交互对话。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的左视图；

图3是本实用新型的俯视图；

图4是本实用新型中投药皿和投药传输机构的装配结构示意图；

图5是本实用新型中开盖装置的结构示意图；

图6是本实用新型中法兰盘的结构示意图；

图1-6中的附图标记：1底盘，2履带，3驱动轮，4从动轮，5支撑轮，6驱动电机，7电源盒，8控制盒，9蓄电池，10PLC总控板，11无线信号接收器，12角度传感器， 14电动升降柱，15机械手臂，16伸缩杆，17第一电机，18第二电机，19稳定板，20传动杆，21机械手，22支撑架，23第三电机，24开盖器，25插杆，26模块，27法兰盘，28插槽，29限位板，30弹簧，31插头，32卡块，33影像支架，34摄像头， 36投药皿，37第四电机， 39第五电机，40H型槽架，41输送带，42齿轮，43胶辊，45连接孔，46安装板，47距离传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明：

本实施例中以图1中的右向为前向，左向为后向。

如图1—图6所示，粮仓投药作业机器人，包括行走系统, 行走系统上安装有控制系统、升降抓取系统、自动开盖系统和回转式双向投料系统；升降抓取系统操作端的初始位置和自动开盖系统的操作端均位于回转式双向投料系统的上方，控制系统设在行走系统内。

升降抓取系统包括电动升降柱14和机械手臂15，电动升降柱14固定在行走系统的后部右侧上表面，电动升降柱14的伸缩杆16上端部设有主轴垂直向上设置的第一电机17，机械手臂15的一端固定在第一电机17的主轴上，机械手臂15与第一电机17的主轴垂直设置，机械手臂15的另一端部设有第二电机18和稳定板19，第二电机18的主轴中心线与机械手臂15长度方向一致，稳定板19所在平面与机械手臂15长度方向垂直，稳定板19上沿机械手臂15的长度方向开设有安装孔，安装孔内转动连接有传动杆20，传动杆20的一端通过联轴器与第二电机18的主轴传动连接，传动杆20的另一端设有机械手21，机械手的下部设有距离传感器47。

自动开盖系统包括支撑架22和开盖装置，支撑架22垂直安装在行走系统的后部左侧上表面，支撑架22的上端部沿水平方向开设有安装板46，安装板46的另一端沿垂直方向开设有孔；开盖装置包括第三电机23和开盖器24，第三电机23的主轴自上向下穿过孔与开盖器24的动力输入端传动连接。

回转式双向投料系统包括投药皿36、第四电机37和投药传输机构；第四电机37固定在行走系统中部上表面，第四电机37的主轴垂直向上设置；投药皿36内部中空，投药皿36的上部呈上粗下细的漏斗结构，投药皿36的下部呈圆柱形结构，投药皿36的下部沿前后方向开设有通孔，通孔的截面形状呈方形，通孔与投药皿36内部相连通，投药传输机构安装在通孔内，投药皿36的底部设有与第四电机37的主轴固定连接的连接孔45；投药皿35、投药皿36和第四电机37的中心线重合。

行走系统包括底盘1和位于底盘1左右两侧的两条履带2，两条履带2内均设有位于履带2后端的两个驱动轮3和位于履带2前端的两个从动轮4，两条履带2内的中部偏下位置分别设有两个支撑轮5，底盘1的后端部左右两侧分别设有一个安装座，每个安装座上均设有一个驱动电机6，每一个驱动电机6的主轴均通过平键形式与一个驱动轮3的轴孔传动连接，底盘1的中部设有电源盒7和控制盒8。

控制系统包括蓄电池9、PLC总控板10和无线信号接收器11，蓄电池9安装在电源盒7内，PLC总控板10和无线信号接收器11均安装在控制盒8内，底盘1的前侧和后侧的边沿处分别设有一个角度传感器12。

投药传输机构包括第五电机39、H型槽架40和输送带41，H型槽架40穿设安装在投药皿36的通孔内，H型槽架40的后端伸出通孔，第五电机39固定连接在H型槽架的后端部，第五电机39的主轴上固定有齿轮42，H型槽架40的前端伸出通孔，H型槽架的前端转动连接有输送胶辊43，输送带41套设安装在齿轮42、H型槽架40和输送胶辊43上。

蓄电池9通过供电电缆连接PLC总控板10；PLC总控板10通过控制电缆和供电电缆分别连接无线信号接收器11、两个驱动电机6、两个角度传感器12、电动升降柱14、距离传感器47、机械手21、第一电机17、第二电机18、第三电机23、第四电机37和第五电机39。

开盖器24由插杆25和模块26组成，模块26的侧面开设有仿形卡槽，模块26的上面中心处设有法兰盘27，法兰盘27中心沿径向方向开设有插槽28；插杆25上设有限位板29，限位板29与插杆25垂直设置，限位板29与模块26之间通过若干限位弹簧30连接，限位板29的中心设有卡块32和插头31，插头21穿过法兰盘27中心孔并伸入到模块26内，卡块32的结构形状与插槽28适配；第三电机23的主轴穿过安装孔并通过联轴器连接插杆25的上端部；

支撑架22的上端部固定连接有向上设置的影像支架33，影像支架33的上端部安装有若干摄像头34。

机械手21的抓取面上均设有橡胶保护层。

本实用新型的工作过程如下：人员进仓后，先做好前期其他准备工作，如密封窗户等。接着摆放盛药盘或铺设其他盛药物品，同时摆放好磷化铝药瓶，把磷化铝药瓶间隔摆放在盛药盘或其他盛药物品上，把粮仓投药作业机器人放入仓内的走道板上，打开该设备，进入自检模式，根据提示确定该设备自检正常后待命。人员出仓，密封仓门。

操作人员通过外置遥控器操控粮仓投药作业机器人行走，两个角度传感器12可实时向PLC总控板10传输角度信息，保证两个角度传感器12的角度差在设定范围内，使底盘1的行走方向与走道板铺设方向一致。当遇到走道板不平整等原因造成底盘1的行走方向与走道板的铺设方向不一致时，两个角度传感器12的角度差必定增大， PLC总控板10发出修正信息，自动校正左右履带的快慢，使底盘1的行走方向与走道板铺设方向始终一致。当需要转弯时，按下操控键，底盘1根据设定好的参数自动转弯90度，此时两个角度传感器12的参数不被读取，转弯结束后，两个角度传感器12的参数立刻被读取，重新使底盘1的行走方向与走道板铺设方向一致。

机器人到达取药点后，操作外置遥控器，通过高清摄像头34反馈的影像信息，第一电机17带动机械手臂15由初始位置旋转到取药点的上方位置后，电动升降柱14的伸缩杆16带动机械手臂15下降，机械手臂15前端部的机械手21动作，抓紧药瓶，电动升降柱14的伸缩杆16上升，第一电机17带动机械手臂15旋转，机械手臂15旋转到开盖器24下方位置后，电动升降柱14上升，瓶盖进入开盖器24的仿形卡槽内并向上按压模块26，模块26与限位板29之间的限位弹簧30受力收缩，插杆25前部的插头31插接到法兰盘27内，卡块32卡接到法兰盘27的插槽28内，第三电机23旋转将瓶盖从药瓶上拧下，电动升降柱14下降，第一电机17带动机械手臂15旋转到投药皿36的上方后，第二电机18旋转180度，把药片倒入投药皿36内，第二电机18旋转180度，第一电机17带动机械手臂15旋转到开盖器24下方位置，电动升降柱14上升把药瓶的瓶口送入位于开盖器24的瓶盖内，第三电机23反向旋转，盖上瓶盖，电动升降柱14下降，第一电机17带动机械手臂15旋转，机械手21释放药瓶于回收点，机械手臂15恢复初始状态，完成一次抓取，开盖，倒药，弃瓶过程。

通过外置遥控器控制粮仓投药作业机器人向前运行，根据视频影像信号或总控板发出的投药信号，当粮仓投药作业机器人行走到投药点后，粮仓投药作业机器人停止前进，第四电机37旋转，带动投药皿36向左或向右旋转90度，传输电机39旋转，投药传输机构运行，通过外置遥控器和PLC总控板10调节输送带41的速度、时间，把药片按量准确投放于预设的盛药盘内。第四电机37的小角度旋转及39电机的不匀速运行可以控制投出的药片不会叠加及均匀放置。重复上述动作将药片按量投放于各点位。

本实施例并非对本实用新型的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。