粮仓机器人的研究现状

王鹏　谢启明

[摘    要]我国是粮食生产及消费大国，每年产出和进口的粮食量巨大，做好粮食储存的工作具有十分重要的战略意义。随着社会发展，粮仓的规模越来越大，仓内粮食堆积层也越来越厚，而我国目前粮食储存业的平粮工作，大部分还保留着人工作业方式，不仅平糧速度低、劳动强度大且平粮的效率低下。同时，当粮仓内局部粮食发热或异常时，需要做深挖处理，如果依靠人工的话，工作既不安全强度又大，效率极低。而且受到粮食收获期限的限制，每年的粮食入库时间较为集中，如果不能在短时间内完成粮仓的平粮工作，就容易错过粮食的最佳存储时间，并会导致粮食发热、潮湿、生虫，影响粮食的存储安全及品质。

[关键词]粮仓;机器人;移动;机构

[中图分类号]S379.3;TP242 [文献标志码]A [文章编号]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 研究现状

在粮食入仓时，粮堆表面会产生高低不平的现象，为方便日后粮食保存管理，提高粮仓空间利用率，就必须对粮面进行平整。因此，为了提高平粮的效率设计出一种合适的粮仓机器人是具有实际意义的。

1.1 国内研究现状

对于粮仓机器人的研究，相较于其他领域研究得较少。大部分研究成果大同小异，主要分为固定式和移动式两种。固定式粮仓机器人主要用于大型粮仓，相对来说成本和效率更高一些;移动式粮仓机器人主要用于小型粮仓。

1.1.1 移动式粮仓机器人

中央储备粮枣庄直属库的李培章等人设计了一种自动平粮机，主要由支架、压平器、整平器、螺旋器、钢制轨道及动力系统构成。其动力系统由摆线针轮减速机、链条和齿轮组成。工作原理是将自动平粮机按规定安装在轨道上，通过摆线针轮减速机以链条传动带动螺旋器、整平器、压平器工作，在短时间内就能使粮面达到整平如镜的效果。湖北叶威粮油机械有限公司的叶维林发明了一种履带式平粮机器人，主要特点在于机器人载体的设置有软件管理装置、无线电台装置、电源装置、工控机驱动装置，在机器人载体的前方顶端固装有激光雷达、正前方活动链接有平粮推板。不仅能在远距离、危险工作环境、狭小的储粮仓空间内自主状态下工作且能在无线遥控状态下工作。武汉科技大学和湖北叶威粮油机械有限公司联合研发了一种适用于高大平房仓的平粮机器人。该平粮机器人主要由传动机构、移动机构、执行机构和驱动系统组成。传动方式上采用链传动使机器人结构简化;移动机构采用履带式;执行机构是将粮堆进行平整的推板，推板运动采用齿轮齿条机构传动;驱动能源采用有缆电源。成都中储粮储备有限公司的邹永明、刘思达等人发明公开了一种拆卸式精平机器人，采用双驱动底盘肩挑式结构，通过底盘驱动前进或后退，从而带动粮面刮板在粮仓表面进行平粮。江苏哈工智能机器人股份有限公司的张兆东、乔徽等人发明了一种多方位平粮机器人，包括基础组件、横向刮粮机构、升降机构、回转机构、纵向刮粮机构以及动力组件六部分。通过机构间的配合，能够实现平粮装置在横向、纵向、以及转动方向上的刮粮，刮粮毛刷能够到达粮仓的任意方位。 中储粮成都储藏研究院有限公司的付鹏程等人发明了一种精平机器人，包括底盘、升降机构、推杆机构和螺旋输送机构，螺旋输送机构通过滚动的方式进行平粮，底盘移动带动螺旋输送机构滚过粮仓表面进行平粮。 郑州工大粮安科技有限公司的许启铿等人提供了一种能够实现平仓和下杆的粮仓多功能机器人。四川阿泰因机器人智能装备有限公司的彭倍、欧军成等人发明公开了一种竖向折叠臂及其平仓机器人，本发明中的竖向折叠臂采用竖向折叠的方式，在折叠后占用空间较少，有利于存储及运输，且折叠及展开使用方便。吉林大学的靳航嘉等研究设计了一种螺旋驱动式粮仓粮面行走机构，主要由2个旋向相反的螺旋驱动轮组成。通过对螺旋驱动轮与粮面相互作用关系的分析，确定了机构的行驶控制方法并开发了相应的控制系统，可实现在粮面上前进、后退、旋转和差速转向行驶。控制系统流程如图1所示。

1.1.2 固定式粮仓机器人

河南工业大学的毕文雅以扒谷机为原型发明了一种平仓机，根据粮食入仓时会在粮仓中间形成一个圆锥顶，通过将中间的粮食输送到谷仓四周达到平仓效果。主要适用于浅圆仓，如果粮仓太大可以分几次使用，达到平仓效果。河南茂盛机械制造有限公司研发了一种粮仓平仓机。它是设计一个带螺旋绞龙的软管，软管内的绞龙将粮食源源不断连续运送至中间接粮箱，接粮箱连通吹风机，吹风机将粮食吹向出粮软管，达到平仓目的。界首市金龙机械设备有限公司发明了一种智能平仓机器人，包括底架总成、第一驱动电机、输粮绞龙、推粮铲、控制系统及驱动轮。工作时将机器人驶入粮仓，控制好输粮绞龙的位置，将粮堆上的粮食抛洒到机器人前方，可以通过控制转盘使粮食落到不同位置。机器人前方的粮堆通过推粮铲推平，达到平粮效果。中央储备粮深圳直属库发明了一种自动平粮机，包括平粮机构、驱动机构等。当需要进行平粮的时候，电机转动，使电机的输出轴也转动，从而使输出轴上的绕线盘同步转动，使绕绳缠绕到绕线盘上，拉动绕绳上的平粮部在粮堆的表面移动，从而对粮堆的表面进行平粮。江苏哈工智能机器人股份有限公司发明了一种粮仓平粮设备，包括导轨、移动组件、升降组件以及平粮组件。将导轨和粮仓焊接到一起，移动组件在导轨上移动，带动平粮组件进行平粮。

1.1.3 智能控制机器人

电子科技大学的杨耀明设计了一种智能平仓机器人。提出一种双机器人协同推动物体方式平粮的方法，基于图像基本原理，建立机器人导航模型，基于差速驱动和增量式PID控制理论，建立双机同步导航模型，并通过MATLAB分析验证了方案可行性，在理论研究基础上，设计平仓机器人控制系统并在粮仓中进行试验研究，试验结果表明，平仓机器人能够自动完成平粮功能且效率较人工平整显著提高。武汉轻工大学的尹强等人发明了一种平粮机器人及平粮机器人系统，其中包括电源模块、驱动模块、距离测量模块、单片机控制模块及无线通讯模块。其中电源模块，用于提供电源;驱动模块，用于驱动电机转动;距离测量模块，用于测量障碍物与平粮机器人之间的距离;单片机控制模块，用于获取距离，并根据距离识别粮堆大小、判断平粮机器人是否被粮食掩埋;无线通讯模块，用于在平粮机器人被粮食掩埋时，发出求救信号至主机。武汉轻工大学的尹强、童铭行等提出了一种复合式平粮机器人系统，包括桁架式平粮子系统和移动式平粮子系统两大子系统。其中桁架式平粮子系统覆盖大部分的粮仓，主要用于大面积的翻粮、散粮以及平粮;移动式平粮子系统对桁架式平粮子系统进行补充散粮、平粮，两者联合作业最终达到整体系统平粮效率高、平粮质量好的目的。

浪潮通用软件有限公司的傅慧等提供了一种智能平粮机器人及平粮控制系统，该机器人包括动力底盘、位于动力底盘前端的作业铲、连接于作业铲最下端的圆管和分别位于动力底盘左右两侧的两个移动机构。通过控制左右轮速度相同，可实现智能平粮机器人的前进后退;通过控制左右轮差速，可实现智能平粮机器人的打转变向。

1.2 国外研究现状

因为许多发达国家，如美国在设计粮仓时就有了自动化的理念，在入粮过程中将粮食倒入地漏中，传送带将粮食传送至谷仓上方，通过谷仓内管道落入粮仓中，入粮时就实现了自动平整，几乎没有平仓机器人相关的文献。对于粮仓的研究主要集中在远程监控、粮仓温度检测、害虫防治，精确的粮食储量测量方面，文献[9]总结了国外粮仓自动化的研究方向，并提出了一种在偏远地区离线模式下的自动化粮仓方案。

2 存在问题及思考

综合国内外粮仓机器人发展现状，国外的研究主要集中在粮仓的智能化管理。国内设计了许多类粮仓机器人，大体分为两类：一类是固定式的，一类是移动式的。固定式的粮仓机器人主要依靠电机和导轨进行平粮工作，具有工作效率高、工作质量较高等优点，但由于其执行机构通常较大，使得粮仓部分区域存在死角，执行机构无法到达，存在平粮完整性低的缺点;而可移动式平粮机器人移动灵活、体积较小、能适应复杂的工作粮面的优点，但其平粮效率不高。二者既有优点又有缺点，如果能将二者结合起来一起使用或许效果会更好。

3 结束语

智能机器人在世界范围内得到广泛应用，尤其在从事重复性、作业环境差、强度大、危险、技术性低等方面的工作，具有无可比拟的优势。但在粮库作业中，机器人应用还较少。机器人代替人工从事进粮、平仓、出粮等脏重差、时间长和重复的工作，这将会是今后的发展方向，将人从繁重劳动中解放出来，从事更有价值、更体面和更有意义的工作。粮仓机器人对于粮库作业有很大的帮助，有了它可以提高平仓的效率，减少粮食的损失。但目前粮仓机器人发展得还不够好，值得我们去认真研究，创造出更好的粮仓机器人。

参考文献

[1] 尹强，童铭行，胡凹，等.复合式平粮机器人系统方案设计与关键技术研究[J].武汉轻工大学学报，2019，38（4）：82-86.

[2] 周传芝，韩健，王志远.一种新型的粮食平仓机[J].齐鲁粮食，2015（12）：43.

[3] 李培章，李华秋，王梓合.自动平粮机的设计与使用[C].粮食储藏技术创新与仓储精细化管理研讨会，2007.

[4] 毕文雅，刘玉东，张来林.一种用于入仓粮面平整的平仓机[J].粮食流通技术，2014（6）：18-19.

[5] 蒋林，金祖飞，刘晓磊.平粮机器人结构设计及运动仿真[J].农机化研究，2015，37（12）：78-86.

[6] 靳航嘉，吳文福，吴子丹，等.螺旋驱动式粮仓机器人行走机构设计与试验[J].农业工程学报，2021，37（2）：20-26.

[7] 杨耀明.智能平仓机器人控制系统设计与实现[D].四川：电子科技大学，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）.