一种动物自动喂养机器人的制作方法

本发明涉及机械装备技术领域，具体涉及一种动物自动喂养机器人。

背景技术：

随着科学技术的不断发展，人类社会正向着智能化社会迈进，各种各样的机器人已经融入人类的日常生活中，目前我国对于动物的饲养主要依靠人工在饲养间进行饲养，人工饲养动物主要的缺陷是费时费力，成本高、效率低。有些动物对饲养环境要求较高，应尽可能减少人工与动物的接触，如小型宠物与实验动物。这两类动物主要是采用货架式分层饲养，动物被放到饲养笼或饲养盒中饲养，通过人工完成动物饮用水的补给和饲料更换任务。

尤其是实验动物的饲养环境，相比普通动物的饲养环境，条件更为严格。由于对饲养环境要求严格，人工饲养势必会对饲养环境产生干扰，这些因素会对动物的生长发育产生不利影响。例如噪声的产生，光线的干扰，微生物的带入，这些因素都会影响动物正常的生长发育，以及造成动物的死亡率高的状况。因此，机器人自动饲养就成为了一种新的可能。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种动物自动喂养机器人，解决人工饲养造成对饲养环境的干扰，影响动物正常的生长发育，人工饲养容易带入微生物，造成动物的死亡率高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种动物自动喂养机器人，包括行走装置、升降装置、物料承载装置、机械臂及主控制器，行走装置包括行走架及行走轮，行走轮有两组，对称布置在行走架的底部两侧，行走装置的内部设有电源。

升降装置设在行走架上方后侧，包括固定架、升降平台及直线驱动机构，固定架的底部与行走架相连，升降平台活动设置在固定架上方，直线驱动机构驱动升降平台上下移动。

机械臂设置在升降平台上方，机械臂的一端通过其转向座与升降平台相连，其另一端设有夹持机构。

物料承载装置设置在升降装置的前侧，其底部与行走装置固定相连。

物料承载装置包括轨道板、旋转架，所述轨道板有两个且相对布置在行走架上，旋转架设置在两个轨道板之间。

旋转架上设置有托持组件，所述托持组件的两侧分别与两个轨道板滑动导向配合。

进一步地，行走架包括底板、顶板和环形的侧板，顶板和底板一上一下相对平行布置，且通过竖向布置的连接柱固定成一体，顶板和底板的边缘通过侧板相连。

进一步地，每组行走轮包括至少两个行走轮，所述行走轮为麦克纳姆轮，各行走轮位于行走架底部的安装槽内。

每个行走轮均配置有一个第一伺服电机，第一伺服电机的输出端设有第一带轮，行走轮的一侧设有第二带轮，第一带轮通过同步带与对应的第二带轮相连，所述电源为第一伺服电机供电。

进一步地，固定架包括固定板及支撑腿，固定板水平布置在行走装置上方，通过所述支撑腿与行走装置的顶部固定相连。

直线驱动机构为电动伸缩杆，电动伸缩杆设置在固定板下方，其伸缩端穿过固定板与升降平台固定相连，所述电源为电动伸缩杆供电。

升降平台底部的四个角上分别设有一个导向杆，固定板上设有与导向杆数量相等且位置对应的导向套，各导向杆穿入对应的导向套且与其滑动配合。

进一步地，所述机械臂为六轴机械臂，其包括上臂、中臂、前臂及手臂，转向座的固定部分安装在升降平台上，上臂的一端通过横向的第一转轴与所述转向座的活动部分转动相连。

上臂的另一端通过横向的第二转轴与中臂的一端转动相连，中臂的另一端通过沿其长度方向布置的第三转轴与前臂的一端转动相连，前臂的另一端通过横向的第四转轴与手臂的一端转动相连，所述手臂的另一端通过沿其长度方向布置的第五转轴与夹持机构转动相连。

所述机械臂的每个转轴上均配置有一个舵机，各舵机由所述电源为其供电，舵机的信号端与主控制器通讯连接。

夹持机构包括安装架及两个夹爪，安装架的后端与第五转轴固定相连，两个夹爪对称设置在安装架的前侧，安装架上设有第二伺服电机，所述第二伺服电机通过齿轮组件驱动两个夹爪同步转动。

进一步地，物料承载装置有两个，并列安装在行走装置上方。

两个轨道板竖向固定安装在行走装置的顶部，相对的一侧分别开设有正多边形的轨道槽，轨道槽的边数为偶数。

旋转架包括一个中心轴和两个驱动板，中心轴横向布置，其两端分别与两个轨道板转动配合，中心轴的一端穿出轨道板与第三伺服电机的输出端相连，第三伺服电机的信号端与主控制器通讯连接。

两个驱动板沿中心轴的轴向间隔布置，第三伺服电机通过中心轴带动两个驱动板同步转动。

进一步地，旋转架上的托持组件的数量与轨道槽的边数相等且一一对应，同一旋转架上的各托持组件均匀布置在以中心轴的轴线为圆心的圆周上。

每个所述驱动板上均开设有与托持组件数量相等且一一对应的长圆孔，各长圆孔均匀布置所述圆周上，长圆孔的长度方向与该圆周的法线一致,两个驱动板上的长圆孔分别一一正对。

进一步地，托持组件包括固定轴、固定托板和活动托板，各固定轴的两端穿过对应的长圆孔，且分别固定安装有导滑块，各导滑块均位于同侧轨道槽的对应边内。

各固定托板位于两个驱动板之间，且水平安装在对应的固定轴上，活动托板可拆卸安装在所述固定托板的上方，所述活动托板上规则开设有若干个放置槽。

进一步地，所述导滑块为与轨道槽的边数相等的正多边形平板结构，导滑块的中心与固定轴的对应端固定相连成一体。

导滑块的每个角上均具有相对于其相邻两个边外凸的尖角部，导滑块的每条边上均设有滚轮机构。

滚轮机构包括安装座、滚轮轴、滚轮，所述安装座有两个，相对固定在导滑块侧边上的凹槽内，滚轮通过轴承安装在滚轮轴上，且位于两个安装座之间，滚轮的圆形表面与轨道槽的内壁滚动配合。

每个安装座内具有垂直于导滑块对应边的导向轴，滚轮轴的两端分别套设在对应的导向轴上且与其滑动配合，所述导向轴上配置有弹簧，所述弹簧位于滚轮轴与导滑块之间。

进一步地，所述行走架的前后两端分别设置有接近传感器，行走架的左右两侧分别设置有红外传感器，行走架的前后方分别设有一个二维码识别器，所述接近传感器、红外传感器和二维码识别器分别与主控制器通讯连接。

通过采用上述技术方案，本发明的有益技术效果是：本发明动物自动喂养机器人，满足动物饲养高标准的环境要求，能够很好的完成动物的饮水、饲料补给与更换任务，避免人工喂养造成细菌病菌等微生物的侵入、噪声与光线对动物的干扰，从而影响动物的正常生长发育。同时，降低人工劳动强度与生产成本，替代人工完成对动物的喂养，提高动物喂养的自动化、智能化水平，工作效率的得到大幅提高。

附图说明

图1是本发明一种动物自动喂养机器人的结构原理示意图。

图2是本发明在图1中示出的行走装置的结构示意图。

图3是本发明在图1中示出的升降装置的结构示意图。

图4是本发明在图1中示出的物料承载装置的结构示意图。

图5是图4中某一部分的结构示意图，示出的是轨道板、旋转架和导滑块的组合结构。

图6是图4中另一部分的结构示意图，示出的是托持组件。

图7是本发明在图4中示出的滚轮机构的结构示意图。

图8是本发明在图1中示出的夹持机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

结合图1至图8，一种动物自动喂养机器人，包括行走装置1、升降装置2、物料承载装置3、机械臂4及主控制器，行走装置1包括行走架及行走轮14，行走架包括底板11、顶板12和环形的侧板13，顶板12和底板11一上一下相对平行布置，且通过竖向布置的若干个连接柱16固定成一体，各所述连接柱16的上端与顶板12的底部固定相连，下端与底板11的上表面固定相连，所述顶板12和底板11的边缘通过环形的侧板13相连成扁平的箱体结构。

行走轮14有两组，对称布置在行走架的底部两侧，行走装置1的内部设有电源，所述电源采用锂电池，锂电池为自动喂养机器人的各用电部件供电。主控制器采用现有技术已有的stm32f405单片机，主控制器和锂电池均安装在行走架的内部。每组行走轮14包括两个行走轮14，所述行走轮14为麦克纳姆轮，各行走轮14位于行走架的底板11上的安装槽内。

每个行走轮14均配置有一个第一伺服电机，第一伺服电机的输出端同轴固定安装有第一带轮18，行走轮14通过轮轴与底板11转动相连，轮轴的一端同轴固定安装有第二带轮17，各第一带轮通过同步带15与对应的第二带轮相连，所述电源为第一伺服电机供电，各所述第一伺服电机的信号端均与主控制器通讯连接。工作状态下，第一伺服电机通过同步带15驱动对应的麦克纳姆轮转动，所述主控制器控制各第一伺服电机的转动或停止，实现行走架的行走和转向。

所述行走架的前后两端分别设置有接近传感器，行走架的左右两侧分别设置有红外传感器，行走架的前后方分别设有一个二维码识别器，所述接近传感器、红外传感器和二维码识别器分别与主控制器通讯连接。自动喂养机器人通过行走架的前后两侧的二维码扫描器扫描地面二维码到达目标所在位置。在行进过程中，红外距离传感器、接近传感器实时检测自动喂养机器人的行走架到其四周物体的距离，及时反馈调整位姿。行走架在其行进路径的行走及对目标位置的确定均采用现有技术已有的技术手段实现的。

升降装置2设在行走架上方后侧，包括固定架、升降平台23及直线驱动机构，固定架的底部与行走架以焊接或者螺栓连接的方式固定相连，升降平台23活动安装在固定架上方，直线驱动机构为电动伸缩杆24，电动伸缩杆24驱动升降平台上下移动。固定架包括固定板21及支撑腿22，固定板21水平布置在行走装置1上方，通过所述支撑腿22与行走装置1的顶部固定相连。支撑腿22有四个，呈正方形排列并固定安装在行走架上，各支撑腿22的上端与固定板21的底部相连成一体。所述升降装置2还包括外壳，外壳为竖向设置的方形筒状结构且位于固定板21的下方，外壳的上端与固定板21的外边缘固定相连，其下端与顶板12的上表面固定相连，支撑腿22及电动伸缩杆24均位于外壳的内侧。

具体地，电动伸缩杆24竖向设置在固定板21下方，且位于四个支撑腿22围成的区域内，电动伸缩杆24的缸体下端与行走架的顶板12固定相连，其伸缩端穿过固定板21上的中心孔与升降平台23的中心位置固定相连，所述电源为电动伸缩杆24供电。升降平台23底部的四个角上分别设有一个导向杆25，固定板21上设有与导向杆25数量相等且位置对应的导向套26，所述导向套26优选采用法兰直线轴承。

导向杆25竖向布置在升降平台23的下方，其上端与升降平台23的底部固定相连，各导向杆25的下端穿入对应的导向套26且与其滑动配合。工作状态下，电动伸缩杆24驱动升降平台23上下运动，各所述导向杆25与导向套26滑动配合，保证升降平台23沿竖直方向运动。

机械臂4设置在升降平台23上方，机械臂4的一端通过其转向座41与升降平台转动相连，其另一端设有夹持机构5。所述机械臂4采用现有技术已有的六轴机械臂，机械臂4包括上臂42、中臂43、前臂44及手臂45，转向座41的固定部分安装在升降平台23上，上臂42的一端通过横向的第一转轴与所述转向座41的活动部分转动相连，所述转向座41的活动部分与其固定部分竖向转动配合。上臂42的另一端通过横向的第二转轴与中臂43的一端转动相连，中臂43的另一端通过沿其长度方向布置的第三转轴与前臂44的一端转动相连，前臂44的另一端通过横向的第四转轴与手臂45的一端转动相连，所述手臂45的另一端通过沿其长度方向布置的第五转轴与夹持机构5转动相连。

所述机械臂4的每个转轴上均配置有一个舵机，各舵机由所述电源为其供电，舵机的信号端与主控制器通讯连接。夹持机构5包括安装架51及两个夹爪52，安装架51的后端与第五转轴固定相连，两个夹爪52对称设置在安装架51的前侧，安装架51上设有第二伺服电机，第二伺服电机的信号端与主控制器通讯连接，所述第二伺服电机通过齿轮组件53驱动两个夹爪52同步转动。齿轮组件53包括主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮和从动齿轮分别与两个夹爪52的后端相连成一体结构，从动齿轮的齿轮轴与安装架51转动相连，主动齿轮的齿轮轴与第二伺服电机的输出轴固定相连，第二伺服电机通过主动齿轮和从动齿轮驱动两个夹爪52张开或闭合，实现对饲料盒及饮水瓶的夹取。

物料承载装置3设置在升降装置2的前侧，其底部与行走装置1固定相连。物料承载装置3有两个，分别为第一物料承载装置和第二物料承载装置，两个物料承载装置3并列安装在行走装置1上方。物料承载装置3包括轨道板31、旋转架，所述轨道板31有两个且竖向相对布置在行走架上，轨道板31的底部与行走架的顶板12固定相连成一体。

旋转架设置在两个轨道板31之间，两个轨道板31竖向固定安装在行走装置1的顶部，两个轨道板31相对的一侧分别开设有正六边形的轨道槽311，轨道槽311的横截面为长方形，两个轨道板31上的轨道槽311的各条边分别一一正对。旋转架包括一个中心轴32和两个驱动板33，中心轴32横向布置，中心轴32的两端分别通过轴承与两个轨道板31转动配合，中心轴32的一端穿出轨道板31与第三伺服电机34的输出端相连，第三伺服电机34固定安装在其中一个轨道板31的外侧，第三伺服电机34的信号端与主控制器通讯连接。两个驱动板33沿中心轴32的轴向间隔布置。具体地，中心轴32穿过两个驱动板33且与两个驱动板33固定相连，工作状态下，第三伺服电机34通过中心轴32带动两个驱动板33同步转动。

旋转架上设置有托持组件6，所述托持组件6的两侧分别与两个轨道板31滑动导向配合。具体地，每个旋转架上设置的托持组件6有六个，六个托持组件分别与轨道槽311的六条边一一对应，同一旋转架上的各托持组件6均匀布置在以中心轴32的轴线为圆心的圆周上。每个所述驱动板33上均开设有六个长圆孔331，六个长圆孔331分别与六个托持组件6一一对应，各长圆孔331均匀布置所述圆周上，长圆孔331的长度方向与该圆周的法线一致,两个驱动板33上的各长圆孔331分别一一正对。

托持组件6包括固定轴61、固定托板62和活动托板63，各固定轴61的两端穿过对应的长圆孔331，且分别固定安装有一个导滑块64，各导滑块64均位于同侧轨道槽311的对应边内。各固定托板62均位于其所在托持组件6的两个驱动板33之间，且水平固定安装在对应的固定轴61上，每个固定轴61的两端分别套设有两个滚珠轴承65，滚珠轴承65位于导滑块64固定托板62之间，固定轴61通过滚珠轴承65与长圆孔331的内壁之间相配合。活动托板63可拆卸安装在所述固定托板62的上方，所述活动托板63上规则开设有若干个放置槽631，所述放置槽631内可放置饲料盒或饮水瓶。

固定托板62的上表面具有与其一体结构的导轨，活动托板63的底部具有可与导轨相匹配的燕尾槽，导轨可由燕尾槽的一端穿入其内部，固定托板62位于其导轨的两侧对称设置有两个限位夹，各限位夹以内嵌的方式固定在其所在固定托板62的内部，活动托板63的下表面具有可与限位夹相配合的定位槽。在不受外力作用下，限位夹将活动托板63定位在固定托板62上，活动托板63收到一定外力作用下，限位夹的活动端可从定位槽内脱出，活动托板63从固定托板62上取下。

所述导滑块64为与轨道槽311的边数相等的正多边形平板结构，导滑块64的中心与固定轴61的对应端固定相连成一体。导滑块64的每个角上均具有相对于其相邻两个边外凸的尖角部641，导滑块64相对两条边上的尖角部641与轨道槽311的内壁相适配，避免导滑块64与轨道槽311间隙过大、运动不平稳。

工作状态下，两个驱动板33同步转动，并带动固定轴61及其两端的导滑块64绕中心轴32的轴线做圆周运动，同时，各导滑块64沿轨道槽311滑动，由于轨道槽311为正六边形结构，导滑块64沿轨道槽311每个边的运动是由导滑块64绕中心轴32的转动和沿以中心轴的轴线为圆心的圆周上的法线方向的直线运动的合成运动，所述驱动板33上的长圆孔331的设置为导滑块64沿所述法线方向的运动提供实现的可能。导滑块64的合成运动实现了其平动，保证各固定托板62在绕中心轴32转动时，始终保持水平状态。

所述导滑块64的每条边上均设有两个滚轮机构。滚轮机构包括安装座71、滚轮轴72、滚轮73，所述安装座71有两个，相对固定在导滑块64侧边上的凹槽内，滚轮73通过轴承安装在滚轮轴72上，且位于两个安装座71之间，滚轮73的圆形表面与轨道槽311的内壁滚动配合。

每个安装座71内具有垂直于导滑块64对应边的导向轴74，滚轮轴72的两端分别通过一个滑动座75套设在对应的导向轴74上且与其滑动配合，所述导向轴74上配置有弹簧76，所述弹簧76位于滚轮轴72与导滑块64之间。弹簧76始终处于压缩状态，滚轮轴在弹簧76的作用下，安装在其外部的滚轮73始终与轨道槽311的内侧壁保持接触状态，提高导滑块64在轨道槽311内运动的平稳性和流畅性。

本发明公开的动物自动喂养机器人的工作原理如下：自动喂养机器人的第一物料承载装置上载有动物所需要的装有饲料的饲料盒或装水的饮水瓶，其第二物料承载装置为空载状态。自动喂养机器人的主控制器收到饲养间的信号发送装置发来的任务指令，主控制器控制行走装置1的各第一伺服电机的转速和转动方向，四个麦克纳姆轮相互配合实现行走装置1沿饲养间内的行走路线到达各目标位置。自动喂养机器人进入饲养间后，行走装置1通过行走架前后两端固定安装的二维码扫描器扫描地面行走路线上的二维码行进，并反馈到主控制器得到自身所在位置，在行进过程中，行走架两侧的红外距离传感器、接近传感器实时检测动物自动喂养机器人四周的物体至其行走架的距离，及时反馈调整位姿，最后到达目标所在位置。

到达目标位置后，行走装置1停止运动。自动喂养机器人由其升降装置2、机械臂4和夹持机构5完成对饲料盒或饮水瓶的取放，同时，物料承载装置3与夹持机构5相配合，实现饲料盒或饮水瓶在各托持组件6上的取放。首先，升降机构2的电动伸缩杆24根据主控制器的指令驱动升降平台23实现高度调节，升降平台23带动机械臂4上升或下降至对应的总体高度，机械臂4内置安装有舵机和传动机构，舵机与主控制器通讯连接，通过主控制器的程序控制转向座41、上臂42、中臂43、前臂44及手臂45的运动，带动手臂45安装的夹持机构5到达空的饲料盒或饮水瓶的位置并调整夹持机构5的姿态，夹持机构5上安装的第二伺服电机控制两个夹爪52张开并夹取空的饲料盒或饮水瓶，升降装置2调整总体高度、机械臂4调整夹持机构5的精确高度及姿态，将空的饲料盒或饮水瓶放置到第二物料承载装置的活动托板63的放置槽631内。

其次，升降装置2和机械臂4配合将夹持机构5移动至第一物料承载装置的后侧，夹持机构5的两个夹爪52张开并夹取装有饲料的饲料盒或装水的饮水瓶，并将装有饲料的饲料盒或装水的饮水瓶从第一物料承载装置的活动托板63的放置槽631内取出，放置到之前取走的空的饲料盒或饮水瓶的摆放位置。

本发明的每个物料承载装置3均配置有六个托持组件6，始终保持两个活动托板63处于高位，且一前一后并列水平排布。空的饲料盒或饮水瓶在第二物料承载装置处于高位的两个活动托板63中位于后侧的一个活动托板63上摆放时，采用由前往后的顺序进行摆放，当处于高位后侧的一个活动托板63摆满后，第二物料承载装置的旋转架驱动其各活动托板63绕中心轴转动60°，原先处于高位前侧的一个活动托板63水平移动至高位后侧，原先处于高位后侧且摆满空的饲料盒或饮水瓶的活动托板63移动至中间层后侧，原先位于中间层前侧的空载的一个活动托板63运动至高位前侧的位置，到达高位后侧且空载的活动托板63继续进行空的饲料盒或饮水瓶的摆放。

装有饲料的饲料盒或装水的饮水瓶由第一物料承载装置处于高位的两个活动托板63中位于后侧的活动托板63上取下时，采用由后往前的顺序进行取出，当处于高位后侧的活动托板63上放置的装有饲料的饲料盒或装水的饮水瓶全部取出后，第一物料承载装置的旋转架驱动其各活动托板63绕中心轴转动60°，原先处于高位前侧的满载的一个活动托板63水平移动至高位后侧，原先处于高位后侧且空载的一个活动托板63移动至中间层后侧，原先处于中间层前侧的满载的一个活动托板63运动至高位前侧的位置，到达高位后侧且满载的活动托板63继续进行装有饲料的饲料盒或装水的饮水瓶的取出。使用过程中，每次进出饲养间工作人员都会对自动喂养机器人进行消毒灭菌处理。

本发明公开的动物自动喂养机器人，满足动物饲养高标准的环境要求，能够很好的完成动物的饮水、饲料补给与更换任务，避免人工喂养造成细菌病菌等微生物的侵入、噪声与光线的产生对动物的干扰，从而影响动物的正常生长发育。同时降低人工劳动强度与成本，提高动物喂养的自动化、智能化水平。

本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。