粮食采样系统技术方案

本发明专利技术提供一种粮食采样系统，包括：无人机和采样机；采样机包括螺旋轮式轮胎、轮毂电机、电机驱动器、控制器、传感器、采样储存装置、电池模组、差速底盘和包覆外壳；无人机获取待采样区域的三维地貌，将信息实时传输给采样机；多个螺旋轮式轮胎分别与轮毂电机机械连接；多个轮毂电机分别置于差速底盘的轮毂位置，并与电机驱动器驱动连接；电机驱动器、控制器、传感器和电池模组置于包覆外壳内部，并全部置于差速底盘上；控制器分别与电机驱动器、传感器和采样储存装置电连接；电池模组分别与轮毂电机、电机驱动器、控制器、传感器、采样储存装置电连接。本发明专利技术能够实现自动建图和基于多传感器融合的导航，以及粮食采样的无人化处理。理。理。

【技术实现步骤摘要】
粮食采样系统


[0001]本专利技术涉及机器人
，具体地，涉及一种粮食采样系统。

技术介绍

[0002]我国人口众多，粮食生产和消费总量均为世界第一。为了更好地解决我国当前粮食需求较大的问题，我国从国外进口的粮食数量不断增加。目前，我国在船舶大宗散装粮谷采样过程中会产生熏蒸剂残留、粮谷陷落、登轮跌落等多项安全风险，存在着查验抽样环节高效智能化装备不足、原有装备自动化程度低、高度依赖人工作业等问题，这都会影响样品检验效果，同时会对检验人员的生命安全造成威胁。
[0003]移动机器人需要一定的运动结构才可以在对应的环境中进行运动，粮仓采样移动机器人在松散介质中的可移动能力至关重要。以大豆、小麦为典型代表的粮食松散介质具有松软易塌陷、滑转率过大的特点，机器人在其中运行非常困难，且很容易打滑甚至深陷其中。常见的运动结构无法在其表面正常运行，因此设计一套可以在松散介质表面运动的移动机器人至关重要。
[0004]便携式粮食抽样装置是实现海关船舶大宗散装粮谷采样十分重要的设备，如何实现结构轻巧，采样方便，分类存储是上船采样的重点难点。
[0005]海关船舶大宗散装粮谷为不规则多变的地貌，在复杂地貌下能够自动建图和导航对实现无人化海关粮食采样至关重要。
[0006]申请号为201510152651.7的中国专利技术专利公开了一种沙漠四足机器人，其技术方案是采用仿生的方式设计了一款足式移动机器人，但其结构较为复杂，设计加工难度较大，同时承载能力较低，只适用于本体机器人在松散介质中的运动，无法实现大负载运动，同时控制系统采用简单的嵌入式操作系统，通用性和开发利用率较低。
[0007]专利文献CN113510720A(申请号：CN202110665852.2)公开了一种实时分布式协作机器人控制系统，该控制系统与机器人本体连接，包括Linux操作系统单元、实时内核单元、数据分发服务单元、机器人控制单元、EtherCAT现场总线单元。然而该专利未涉及在松散介质中运动的描述，无法解决现有技术存在的弊端。
[0008]申请号为201911373680.0的专利技术专利公开了一种固定式智能扦样机，其技术方案是通过检测模块与电液控制模块生成取样方案并完成取样。现有技术的不足之处是：结构笨重，只适合在岸上进行固定式取样，无法进入到船舶上进行移动取样；采用电液控制，污染环境，对粮食样本会产生不可避免的污染。

技术实现思路

[0009]针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种粮食采样系统。
[0010]根据本专利技术提供的一种粮食采样系统，所述方案如下：
[0011]一种粮食采样系统，该系统包括：无人机和采样机；
[0012]所述采样机包括螺旋轮式轮胎、轮毂电机、电机驱动器、控制器、传感器、采样储存
装置、电池模组、差速底盘和包覆外壳；
[0013]所述无人机负责获取待采样区域的三维地貌，将信息实时传输给采样机；
[0014]所述螺旋轮式轮胎设置为多个，并分别与轮毂电机机械连接；
[0015]所述轮毂电机的设置为多个，分别置于差速底盘的轮毂位置，并与电机驱动器驱动连接；
[0016]所述电机驱动器、控制器、传感器和电池模组置于包覆外壳内部，并全部置于差速底盘上；
[0017]所述控制器分别与电机驱动器、传感器和采样储存装置电连接；
[0018]所述电池模组分别与轮毂电机、电机驱动器、控制器、传感器、采样储存装置电连接。
[0019]优选地，所述无人机搭载1080P高清摄像头，并能够随时调整镜头的俯仰角和方向，通过程序控制在等距点位停留并拍摄地貌图像。
[0020]优选地，所述螺旋轮式轮胎的形状为适用于颗粒介质环境的螺旋构型，材质为尼龙材料；
[0021]所述轮毂电机和电机驱动器采用四个单轴螺旋轮式轮毂电机及匹配的驱动器，额定功率为720W，输出转速为770RPM。
[0022]优选地，所述差速底盘通过控制车轮两边速度差来完成机器人的前进后退以及转向运动，通过轻量化处理将整车重量控制在100kg内，并将底盘高度升高。
[0023]优选地，所述传感器包括集成编码器、惯性测量单元IMU、GPS、激光雷达和双目相机，对机器人运行状态、自身姿态以及环境信息进行实时监测，为后续建图、定位及导航提供数据基础。
[0024]优选地，所述电池模组为48V36AH的锂电池，所述轮毂电机直接通过48V进行供电，将电压转换成12V后再供控制器和传感器。
[0025]优选地，所述采样储存装置包括：高压抽粮电机、上端盖、下端盖、取样管、偏心漏斗、存储罐、底盖和舵机；
[0026]所述高压抽粮电机置于所述上端盖内部，所述高压抽粮电机与所述上端盖的上部通过内外两层端面连接，所述高压抽粮电机与所述下端盖的上部通过卡口连接；
[0027]所述上端盖的下部通过紧定螺钉与所述下端盖的上部连接，所述上端盖与所述取样管螺纹连接；
[0028]所述下端盖的下部与底盖通过紧定螺钉连接；
[0029]所述偏心漏斗的中心与所述存储罐的中心通过舵机连接；
[0030]所述存储罐置于所述下端盖内部。
[0031]优选地，所述采样储存装置使用的高压抽粮电机的工作电压为AC220V，功率为1000W，所述电池模组通过AC220V逆变器转换为交流后再为高压抽粮电机供电；
[0032]所述采样储存装置的上端盖内部和所述下端盖内部均为肋板结构；
[0033]所述采样储存装置的偏心漏斗用于收集高压抽粮电机抽取到的粮食，通过偏心漏斗下部的小孔流入到存储罐内，存储罐内部分隔为多个单独的存储仓，所述偏心漏斗对准不同的存储仓，实现对不同位置的粮食实现单独存储；
[0034]所述采样储存装置的存储仓内部放置一个位置舵机，带动偏心漏斗运动，同时安
装一个角接触球轴承，保证偏心漏斗转动过程中的同轴度；
[0035]所述采样储存装置的存储罐外表面具有数字标号，同时贴有RFID标签，对不同区域的粮食进行标记；
[0036]所述采样储存装置的底盖负责整个采样存储装置的底部密封；
[0037]所述采样储存装置的取样管的一端固定在一个直线电机上，带动取样管伸长和收缩，伸长插入粮食中实现取样，收缩回原始位置以不妨碍机器人运动，直线电机机身通过卡扣结构固定在差速底盘的后端一侧；取样管的另一端通过软管连接到采样储存装置的上端盖外延管道。
[0038]优选地，所述将控制器的层次划分为地面站PC、机器人上位机端和机器人下位机端；
[0039]所述机器人下位机端，对机器人进行运动控制，同时获取机器人的反馈数据，打包发送给机器人上位机端；
[0040]所述机器人上位机端包括与下位机和各传感器的数据通信接口、机器人状态参数初始化接口、数据预处理接口、仿真接口、运动学分析接口以及上层算法实现接口；
[0041]所述地面站PC用于提供可视化及手动控制界面。
[0042]优选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粮食采样系统，其特征在于，包括：无人机(1)和采样机；所述采样机包括螺旋轮式轮胎(2)、轮毂电机(3)、电机驱动器(4)、控制器(5)、传感器(6)、采样储存装置(7)、电池模组(8)、差速底盘(9)和包覆外壳(10)；所述无人机(1)负责获取待采样区域的三维地貌，将信息实时传输给采样机；所述螺旋轮式轮胎(2)设置为多个，并分别与轮毂电机(3)机械连接；所述轮毂电机(3)的设置为多个，分别置于差速底盘(9)的轮毂位置，并与电机驱动器(4)驱动连接；所述电机驱动器(4)、控制器(5)、传感器(6)和电池模组(8)置于包覆外壳(10)内部，并全部置于差速底盘(9)上；所述控制器(5)分别与电机驱动器(4)、传感器(6)和采样储存装置(7)电连接；所述电池模组(8)分别与轮毂电机(3)、电机驱动器(4)、控制器(5)、传感器(6)、采样储存装置(7)电连接。2.根据权利要求1所述的粮食采样系统，其特征在于，所述无人机(1)搭载1080P高清摄像头，并能够随时调整镜头的俯仰角和方向，通过程序控制在等距点位停留并拍摄地貌图像。3.根据权利要求1所述的粮食采样系统，其特征在于，所述螺旋轮式轮胎(2)的形状为适用于颗粒介质环境的螺旋构型，材质为尼龙材料；所述轮毂电机(3)和电机驱动器(4)采用四个单轴螺旋轮式轮毂电机及匹配的驱动器，额定功率为720W，输出转速为770RPM。4.根据权利要求1所述的粮食采样系统，其特征在于，所述差速底盘(9)通过控制车轮两边速度差来完成机器人的前进后退以及转向运动，通过轻量化处理将整车重量控制在100kg内，并将底盘高度升高。5.根据权利要求1所述的粮食采样系统，其特征在于，所述传感器(6)包括集成编码器、惯性测量单元IMU、GPS、激光雷达和双目相机，对机器人运行状态、自身姿态以及环境信息进行实时监测，为后续建图、定位及导航提供数据基础。6.根据权利要求1所述的粮食采样系统，其特征在于，所述电池模组(8)为48V36AH的锂电池，所述轮毂电机(3)直接通过48V进行供电，将电压转换成12V后再供控制器(5)和传感器(6)。7.根据权利要求1所述的粮食采样系统，其特征在于，所述采样储存装置(7)包括：高压抽粮电机(11)、上端盖(12)、下端盖(13)、取样管(14)、偏心漏斗(15)、存储罐(16)、底盖(17)和舵机(18)；所述高压抽粮电机(11)置于所述上端盖(12)内部，所述高压抽粮电机(11)与所述上端盖(12)的上部通过内外两层端面连接，所述高压抽粮电机(11)与所述下端盖(13)的上部通过卡口连接；所述上端盖(12)的下部通过紧定螺钉与所述下端盖(13)的上部连接，所述上端盖(12)与所述取样管(14)螺纹连接；所述下端盖(13)的下部与底盖(17)通过紧定螺钉连接；所述偏心漏斗(...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷跃红，张泽瑞，刘海军，王健，
申请(专利权)人：广州海关技术中心上海国际旅行卫生保健中心上海海关口岸门诊部，
类型：发明
国别省市：