王鵬　謝啟明

[摘? ? 要]我國是糧食生產(chǎn)及消費(fèi)大國，每年產(chǎn)出和進(jìn)口的糧食量巨大，做好糧食儲存的工作具有十分重要的戰(zhàn)略意義。隨著社會發(fā)展，糧倉的規(guī)模越來越大，倉內(nèi)糧食堆積層也越來越厚，而我國目前糧食儲存業(yè)的平糧工作，大部分還保留著人工作業(yè)方式，不僅平糧速度低、勞動強(qiáng)度大且平糧的效率低下。同時，當(dāng)糧倉內(nèi)局部糧食發(fā)熱或異常時，需要做深挖處理，如果依靠人工的話，工作既不安全強(qiáng)度又大，效率極低。而且受到糧食收獲期限的限制，每年的糧食入庫時間較為集中，如果不能在短時間內(nèi)完成糧倉的平糧工作，就容易錯過糧食的最佳存儲時間，并會導(dǎo)致糧食發(fā)熱、潮濕、生蟲，影響糧食的存儲安全及品質(zhì)。

[關(guān)鍵詞]糧倉;機(jī)器人;移動;機(jī)構(gòu)

[中圖分類號]S379.3;TP242 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）09–0–02

[Abstract]My country is a large grain production and consumption country， and the amount of grain produced and imported every year is large. Good grain storage is of very important strategic significance. Nowadays， with the changes in science and technology， the scale of the granary is getting bigger and bigger， and the grain accumulation layer in the silo is getting thicker and thicker. However， most of the grain leveling work in the current grain storage industry in my country still retains manual operations， not only leveling grains. The speed is low， the labor intensity is high， and the efficiency of Pingliang is low. At the same time， when the local food in the granary is heated or abnormal， deep excavation is required. If manual labor is required， the work is unsafe and intense， and the efficiency is extremely low. Moreover， due to the limitation of the grain harvest period， the annual grain storage time is relatively concentrated. If the grain leveling work of the granary cannot be completed in a short time， it is easy to miss the optimal storage time of the grain， and it will cause the grain to become hot， humid， and insects. ， Affecting the food storage safety and quality .

[Keywords]granary; robot; mobile; mechanism

1 研究現(xiàn)狀

在糧食入倉時，糧堆表面會產(chǎn)生高低不平的現(xiàn)象，為方便日后糧食保存管理，提高糧倉空間利用率，就必須對糧面進(jìn)行平整。因此，為了提高平糧的效率設(shè)計出一種合適的糧倉機(jī)器人是具有實(shí)際意義的。

1.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

對于糧倉機(jī)器人的研究，相較于其他領(lǐng)域研究得較少。大部分研究成果大同小異，主要分為固定式和移動式兩種。固定式糧倉機(jī)器人主要用于大型糧倉，相對來說成本和效率更高一些;移動式糧倉機(jī)器人主要用于小型糧倉。

1.1.1 移動式糧倉機(jī)器人

中央儲備糧棗莊直屬庫的李培章等人設(shè)計了一種自動平糧機(jī)，主要由支架、壓平器、整平器、螺旋器、鋼制軌道及動力系統(tǒng)構(gòu)成。其動力系統(tǒng)由擺線針輪減速機(jī)、鏈條和齒輪組成。工作原理是將自動平糧機(jī)按規(guī)定安裝在軌道上，通過擺線針輪減速機(jī)以鏈條傳動帶動螺旋器、整平器、壓平器工作，在短時間內(nèi)就能使糧面達(dá)到整平如鏡的效果。湖北葉威糧油機(jī)械有限公司的葉維林發(fā)明了一種履帶式平糧機(jī)器人，主要特點(diǎn)在于機(jī)器人載體的設(shè)置有軟件管理裝置、無線電臺裝置、電源裝置、工控機(jī)驅(qū)動裝置，在機(jī)器人載體的前方頂端固裝有激光雷達(dá)、正前方活動鏈接有平糧推板。不僅能在遠(yuǎn)距離、危險工作環(huán)境、狹小的儲糧倉空間內(nèi)自主狀態(tài)下工作且能在無線遙控狀態(tài)下工作。武漢科技大學(xué)和湖北葉威糧油機(jī)械有限公司聯(lián)合研發(fā)了一種適用于高大平房倉的平糧機(jī)器人。該平糧機(jī)器人主要由傳動機(jī)構(gòu)、移動機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動系統(tǒng)組成。傳動方式上采用鏈傳動使機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡化;移動機(jī)構(gòu)采用履帶式;執(zhí)行機(jī)構(gòu)是將糧堆進(jìn)行平整的推板，推板運(yùn)動采用齒輪齒條機(jī)構(gòu)傳動;驅(qū)動能源采用有纜電源。成都中儲糧儲備有限公司的鄒永明、劉思達(dá)等人發(fā)明公開了一種拆卸式精平機(jī)器人，采用雙驅(qū)動底盤肩挑式結(jié)構(gòu)，通過底盤驅(qū)動前進(jìn)或后退，從而帶動糧面刮板在糧倉表面進(jìn)行平糧。江蘇哈工智能機(jī)器人股份有限公司的張兆東、喬徽等人發(fā)明了一種多方位平糧機(jī)器人，包括基礎(chǔ)組件、橫向刮糧機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、縱向刮糧機(jī)構(gòu)以及動力組件六部分。通過機(jī)構(gòu)間的配合，能夠?qū)崿F(xiàn)平糧裝置在橫向、縱向、以及轉(zhuǎn)動方向上的刮糧，刮糧毛刷能夠到達(dá)糧倉的任意方位。 中儲糧成都儲藏研究院有限公司的付鵬程等人發(fā)明了一種精平機(jī)器人，包括底盤、升降機(jī)構(gòu)、推桿機(jī)構(gòu)和螺旋輸送機(jī)構(gòu)，螺旋輸送機(jī)構(gòu)通過滾動的方式進(jìn)行平糧，底盤移動帶動螺旋輸送機(jī)構(gòu)滾過糧倉表面進(jìn)行平糧。 鄭州工大糧安科技有限公司的許啟鏗等人提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)平倉和下桿的糧倉多功能機(jī)器人。四川阿泰因機(jī)器人智能裝備有限公司的彭倍、歐軍成等人發(fā)明公開了一種豎向折疊臂及其平倉機(jī)器人，本發(fā)明中的豎向折疊臂采用豎向折疊的方式，在折疊后占用空間較少，有利于存儲及運(yùn)輸，且折疊及展開使用方便。吉林大學(xué)的靳航嘉等研究設(shè)計了一種螺旋驅(qū)動式糧倉糧面行走機(jī)構(gòu)，主要由2個旋向相反的螺旋驅(qū)動輪組成。通過對螺旋驅(qū)動輪與糧面相互作用關(guān)系的分析，確定了機(jī)構(gòu)的行駛控制方法并開發(fā)了相應(yīng)的控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)在糧面上前進(jìn)、后退、旋轉(zhuǎn)和差速轉(zhuǎn)向行駛。控制系統(tǒng)流程如圖1所示。

1.1.2 固定式糧倉機(jī)器人

河南工業(yè)大學(xué)的畢文雅以扒谷機(jī)為原型發(fā)明了一種平倉機(jī)，根據(jù)糧食入倉時會在糧倉中間形成一個圓錐頂，通過將中間的糧食輸送到谷倉四周達(dá)到平倉效果。主要適用于淺圓倉，如果糧倉太大可以分幾次使用，達(dá)到平倉效果。河南茂盛機(jī)械制造有限公司研發(fā)了一種糧倉平倉機(jī)。它是設(shè)計一個帶螺旋絞龍的軟管，軟管內(nèi)的絞龍將糧食源源不斷連續(xù)運(yùn)送至中間接糧箱，接糧箱連通吹風(fēng)機(jī)，吹風(fēng)機(jī)將糧食吹向出糧軟管，達(dá)到平倉目的。界首市金龍機(jī)械設(shè)備有限公司發(fā)明了一種智能平倉機(jī)器人，包括底架總成、第一驅(qū)動電機(jī)、輸糧絞龍、推糧鏟、控制系統(tǒng)及驅(qū)動輪。工作時將機(jī)器人駛?cè)爰Z倉，控制好輸糧絞龍的位置，將糧堆上的糧食拋灑到機(jī)器人前方，可以通過控制轉(zhuǎn)盤使糧食落到不同位置。機(jī)器人前方的糧堆通過推糧鏟推平，達(dá)到平糧效果。中央儲備糧深圳直屬庫發(fā)明了一種自動平糧機(jī)，包括平糧機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)等。當(dāng)需要進(jìn)行平糧的時候，電機(jī)轉(zhuǎn)動，使電機(jī)的輸出軸也轉(zhuǎn)動，從而使輸出軸上的繞線盤同步轉(zhuǎn)動，使繞繩纏繞到繞線盤上，拉動繞繩上的平糧部在糧堆的表面移動，從而對糧堆的表面進(jìn)行平糧。江蘇哈工智能機(jī)器人股份有限公司發(fā)明了一種糧倉平糧設(shè)備，包括導(dǎo)軌、移動組件、升降組件以及平糧組件。將導(dǎo)軌和糧倉焊接到一起，移動組件在導(dǎo)軌上移動，帶動平糧組件進(jìn)行平糧。

1.1.3 智能控制機(jī)器人

電子科技大學(xué)的楊耀明設(shè)計了一種智能平倉機(jī)器人。提出一種雙機(jī)器人協(xié)同推動物體方式平糧的方法，基于圖像基本原理，建立機(jī)器人導(dǎo)航模型，基于差速驅(qū)動和增量式PID控制理論，建立雙機(jī)同步導(dǎo)航模型，并通過MATLAB分析驗(yàn)證了方案可行性，在理論研究基礎(chǔ)上，設(shè)計平倉機(jī)器人控制系統(tǒng)并在糧倉中進(jìn)行試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明，平倉機(jī)器人能夠自動完成平糧功能且效率較人工平整顯著提高。武漢輕工大學(xué)的尹強(qiáng)等人發(fā)明了一種平糧機(jī)器人及平糧機(jī)器人系統(tǒng)，其中包括電源模塊、驅(qū)動模塊、距離測量模塊、單片機(jī)控制模塊及無線通訊模塊。其中電源模塊，用于提供電源;驅(qū)動模塊，用于驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動;距離測量模塊，用于測量障礙物與平糧機(jī)器人之間的距離;單片機(jī)控制模塊，用于獲取距離，并根據(jù)距離識別糧堆大小、判斷平糧機(jī)器人是否被糧食掩埋;無線通訊模塊，用于在平糧機(jī)器人被糧食掩埋時，發(fā)出求救信號至主機(jī)。武漢輕工大學(xué)的尹強(qiáng)、童銘行等提出了一種復(fù)合式平糧機(jī)器人系統(tǒng)，包括桁架式平糧子系統(tǒng)和移動式平糧子系統(tǒng)兩大子系統(tǒng)。其中桁架式平糧子系統(tǒng)覆蓋大部分的糧倉，主要用于大面積的翻糧、散糧以及平糧;移動式平糧子系統(tǒng)對桁架式平糧子系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充散糧、平糧，兩者聯(lián)合作業(yè)最終達(dá)到整體系統(tǒng)平糧效率高、平糧質(zhì)量好的目的。

浪潮通用軟件有限公司的傅慧等提供了一種智能平糧機(jī)器人及平糧控制系統(tǒng)，該機(jī)器人包括動力底盤、位于動力底盤前端的作業(yè)鏟、連接于作業(yè)鏟最下端的圓管和分別位于動力底盤左右兩側(cè)的兩個移動機(jī)構(gòu)。通過控制左右輪速度相同，可實(shí)現(xiàn)智能平糧機(jī)器人的前進(jìn)后退;通過控制左右輪差速，可實(shí)現(xiàn)智能平糧機(jī)器人的打轉(zhuǎn)變向。

1.2 國外研究現(xiàn)狀

因?yàn)樵S多發(fā)達(dá)國家，如美國在設(shè)計糧倉時就有了自動化的理念，在入糧過程中將糧食倒入地漏中，傳送帶將糧食傳送至谷倉上方，通過谷倉內(nèi)管道落入糧倉中，入糧時就實(shí)現(xiàn)了自動平整，幾乎沒有平倉機(jī)器人相關(guān)的文獻(xiàn)。對于糧倉的研究主要集中在遠(yuǎn)程監(jiān)控、糧倉溫度檢測、害蟲防治，精確的糧食儲量測量方面，文獻(xiàn)[9]總結(jié)了國外糧倉自動化的研究方向，并提出了一種在偏遠(yuǎn)地區(qū)離線模式下的自動化糧倉方案。

2 存在問題及思考

綜合國內(nèi)外糧倉機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀，國外的研究主要集中在糧倉的智能化管理。國內(nèi)設(shè)計了許多類糧倉機(jī)器人，大體分為兩類：一類是固定式的，一類是移動式的。固定式的糧倉機(jī)器人主要依靠電機(jī)和導(dǎo)軌進(jìn)行平糧工作，具有工作效率高、工作質(zhì)量較高等優(yōu)點(diǎn)，但由于其執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常較大，使得糧倉部分區(qū)域存在死角，執(zhí)行機(jī)構(gòu)無法到達(dá)，存在平糧完整性低的缺點(diǎn);而可移動式平糧機(jī)器人移動靈活、體積較小、能適應(yīng)復(fù)雜的工作糧面的優(yōu)點(diǎn)，但其平糧效率不高。二者既有優(yōu)點(diǎn)又有缺點(diǎn)，如果能將二者結(jié)合起來一起使用或許效果會更好。

3 結(jié)束語

智能機(jī)器人在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，尤其在從事重復(fù)性、作業(yè)環(huán)境差、強(qiáng)度大、危險、技術(shù)性低等方面的工作，具有無可比擬的優(yōu)勢。但在糧庫作業(yè)中，機(jī)器人應(yīng)用還較少。機(jī)器人代替人工從事進(jìn)糧、平倉、出糧等臟重差、時間長和重復(fù)的工作，這將會是今后的發(fā)展方向，將人從繁重勞動中解放出來，從事更有價值、更體面和更有意義的工作。糧倉機(jī)器人對于糧庫作業(yè)有很大的幫助，有了它可以提高平倉的效率，減少糧食的損失。但目前糧倉機(jī)器人發(fā)展得還不夠好，值得我們?nèi)フJ(rèn)真研究，創(chuàng)造出更好的糧倉機(jī)器人。

參考文獻(xiàn)

[1] 尹強(qiáng)，童銘行，胡凹，等.復(fù)合式平糧機(jī)器人系統(tǒng)方案設(shè)計與關(guān)鍵技術(shù)研究[J].武漢輕工大學(xué)學(xué)報，2019，38（4）：82-86.

[2] 周傳芝，韓健，王志遠(yuǎn).一種新型的糧食平倉機(jī)[J].齊魯糧食，2015（12）：43.

[3] 李培章，李華秋，王梓合.自動平糧機(jī)的設(shè)計與使用[C].糧食儲藏技術(shù)創(chuàng)新與倉儲精細(xì)化管理研討會，2007.

[4] 畢文雅，劉玉東，張來林.一種用于入倉糧面平整的平倉機(jī)[J].糧食流通技術(shù)，2014（6）：18-19.

[5] 蔣林，金祖飛，劉曉磊.平糧機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計及運(yùn)動仿真[J].農(nóng)機(jī)化研究，2015，37（12）：78-86.

[6] 靳航嘉，吳文福，吳子丹，等.螺旋驅(qū)動式糧倉機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)設(shè)計與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2021，37（2）：20-26.

[7] 楊耀明.智能平倉機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D].四川：電子科技大學(xué)，2020.

[8] Astapenko N V，Koshekov K T，Kolesnikov A N，et al. Automated control s17cheming of granaryoperating procedures [J].Asian Journal of Applied Sciences，2017，5（3）.