一种猪舍粪坑清洗机器人的控制方法及系统与流程

本发明涉及机器人控制的领域，尤其是涉及一种猪舍粪坑清洗机器人的控制方法及系统。

背景技术：

1、猪舍粪坑清洗机器人是指用于代替人工进入猪舍漏缝地板下方的粪坑通道，自主执行粪污清理作业的自动化设备。

2、目前，现有的猪舍粪坑清洗机器人在执行清洗作业时，通常采用高压水冲洗配合刮铲推刮的方式清除粪污。对于松散粪污，该方式能够实现基本的清理需求。

3、然而，当遇到经过长期堆积压实形成的致密板结型粪垢时，高压水难以穿透粪垢内部，刮铲在致密粪垢表面打滑，无法有效剥离，导致清洗不彻底、进而降低清洗作业效率，有待改进。

技术实现思路

1、为了提高清洗作业效率，本发明提供一种猪舍粪坑清洗机器人的控制方法及系统。

2、第一方面，本发明提供一种猪舍粪坑清洗机器人的控制方法，采用如下的技术方案：

3、一种猪舍粪坑清洗机器人的控制方法，包括：

4、采集机器人在沿粪坑通道行进执行刮铲和吸污作业过程中的刮铲行进阻力、探针插入阻力以及粪污表面硬度；

5、结合刮铲行进阻力、探针插入阻力以及粪污表面硬度以判断当前粪污类型；

6、当判定当前粪污类型为致密板结型粪垢时，生成致密板结型处理方法；

7、响应于致密板结型处理方法，控制机器人抬升刮铲，向致密板结型粪垢的内部引入可产生体积膨胀效应的介质；

8、采集致密板结型粪垢在介质引入后的结构变化状态；

9、依据结构变化状态以提取隆起幅度、龟裂纹分布密度以及局部脱落面积；

10、结合隆起幅度、龟裂纹分布密度以及局部脱落面积判断致密板结型粪垢是否满足预设的崩解条件；

11、当致密板结型粪垢满足崩解条件时，控制机器人降下刮铲执行刮铲操作，并启动吸污口执行吸污操作。

12、通过采用上述技术方案，通过采集刮铲行进阻力、探针插入阻力及粪污表面硬度综合判断粪污类型，当判定为致密板结型粪垢时，抬升刮铲并向粪垢内部引入可产生体积膨胀效应的介质，使粪垢内部产生膨胀应力致其崩解破碎，再降下刮铲执行刮铲和吸污操作，从而降低了致密板结型粪垢的清除难度，减少了刮铲打滑和无效作业，提高了清洗作业效率。

13、可选的，所述致密板结型处理方法包括：

14、采集致密板结型粪垢的粪垢厚度值和粪垢表面硬度值；

15、基于粪垢厚度值和粪垢表面硬度值以确定单点喷洒量、单点渗透停留时间和喷洒点间距；

16、控制机器人抬升刮铲至预设的安全高度，按照单点喷洒量、单点渗透停留时间和喷洒点间距向致密板结型粪垢的表面逐点喷洒激活液，并采集粪垢含水率；

17、响应于全部喷洒点喷洒完成，基于粪垢厚度值和粪垢含水率以确定退离距离和发酵时长；

18、控制机器人退离当前区域至退离距离，等待发酵时长，使激活液渗入粪垢内部，激活内源产气菌产生微气泡，通过微气泡的聚集膨胀使粪垢结构松散；

19、响应于到达发酵时长，控制机器人返回当前区域，降下刮铲刮除已松散的粪垢。

20、通过采用上述技术方案，根据粪垢厚度和硬度确定喷洒量、渗透时间和喷洒间距，喷洒激活液后退离等待发酵时长，利用内源产气菌产生微气泡使粪垢结构松散，再返回刮除，提高了激活液利用效率和粪垢松散效果。

21、可选的，所述致密板结型处理方法还包括：

22、采集发酵等待期间的粪垢表面实时温度和产气实时浓度；

23、基于粪垢表面实时温度、产气实时浓度以及粪垢含水率计算实时发酵速率；

24、依据粪垢厚度值确定预期发酵速率；

25、将实时发酵速率与预期发酵速率进行比较；

26、当实时发酵速率低于预期发酵速率时，基于实时发酵速率与预期发酵速率的差值计算发酵时长延长时间；

27、将发酵时长延长时间叠加至发酵时长，更新发酵完成时间；

28、当到达更新后的发酵完成时间时，控制机器人返回当前区域。

29、通过采用上述技术方案，根据粪垢表面实时温度、产气浓度和含水率计算实时发酵速率，当速率低于预期时延长发酵时长，确保粪垢充分松散后再返回刮除，提高了发酵过程的可靠性。

30、可选的，还包括激活液流失动态补偿方法：

31、采集逐点喷洒激活液后各喷洒点的粪垢表面湿度衰减速率；

32、基于粪垢表面湿度衰减速率与预设的衰减速率阈值的比较结果判定各喷洒点的激活液流失状态；

33、当局部喷洒点的粪垢表面湿度衰减速率超过衰减速率阈值时，判定该喷洒点处于激活液快速流失状态；

34、响应于激活液快速流失状态，基于该喷洒点的粪垢表面湿度衰减速率和粪垢厚度值计算流失补偿围堰高度；

35、控制机器人将刮铲下压至流失补偿围堰高度，围绕该喷洒点外围构筑临时围堰；

36、当临时围堰构筑完成后，对该喷洒点补充喷洒激活液，直至粪垢表面湿度达到预设的渗透湿度阈值。

37、通过采用上述技术方案，监测各喷洒点湿度衰减速率，当局部区域流失过快时，利用刮铲构筑临时围堰阻止激活液流失并补充喷洒，提高了激活液在目标区域的驻留时间和渗透均匀性。

38、可选的，还包括当判定当前粪污类型为上硬下软分层结构时的分层结构处理方法：

39、采集上层硬壳的硬壳厚度值和硬壳表面裂缝分布密度；

40、基于硬壳厚度值和硬壳表面裂缝分布密度以确定吸水膨胀颗粒的单点铺洒量和铺洒覆盖范围；

41、控制机器人按照单点铺洒量和铺洒覆盖范围向硬壳表面铺洒吸水膨胀颗粒，并采集铺洒吸水膨胀颗粒后硬壳表面的高度变化信号和硬壳下方稀粪水的溢流信号；

42、基于高度变化信号和溢流信号判断硬壳是否发生整体塌陷；

43、当硬壳发生整体塌陷时，执行刮铲和吸污操作。

44、通过采用上述技术方案，根据硬壳厚度和裂缝分布铺洒吸水膨胀颗粒，颗粒吸水膨胀后撑裂硬壳使其整体塌陷，再执行刮铲和吸污，提高了对上硬下软分层粪污的清除效果和作业效率。

45、可选的，还包括颗粒滚落动态补偿方法：

46、采集硬壳表面的坡度信息；

47、基于坡度信息与预设的坡度阈值的比较结果判定各铺洒区域的颗粒滚落风险等级；

48、当局部区域的颗粒滚落风险等级超过预设的基准风险等级时，基于该区域的坡度信息和硬壳表面裂缝分布密度计算补偿铺洒量；

49、控制机器人按照补偿铺洒量对该区域进行补充铺洒，并采集补充铺洒后硬壳表面的二次高度变化信号；

50、基于二次高度变化信号与高度变化信号计算高度下降速率；

51、当高度下降速率超过预设的下降速率阈值时，判定硬壳正在发生加速塌陷，维持当前铺洒状态；

52、当高度下降速率未超过预设的下降速率阈值时，判定硬壳塌陷停滞，基于高度下降速率与下降速率阈值的差值计算追加铺洒量，并控制机器人执行追加铺洒。

53、通过采用上述技术方案，根据坡面信息判断颗粒滚落风险，对高风险区域补偿铺洒并监测塌陷速率，速率不足时追加铺洒直至硬壳塌陷，提高了坡面区域的颗粒铺洒有效性和硬壳破裂成功率。

54、可选的，还包括颗粒分离回收方法：

55、采集吸污口抽吸浆状混合物过程中的管路负压波动信号；

56、基于管路负压波动信号与预设的波动阈值的比较结果判断吸污口前端滤网处截留的吸水膨胀颗粒是否达到预设的堆积量；

57、当管路负压波动信号超过波动阈值时，判定吸水膨胀颗粒堆积量达到堆积量，暂停吸污操作；

58、控制机器人继续沿当前行进方向向前移动，使后部的收集铲经过颗粒堆积区域，将截留在坑底表面的吸水膨胀颗粒集中收集至预设的收集位置；

59、采集收集铲的收集阻力信号；

60、当收集阻力信号低于预设的阻力阈值时，判定颗粒收集完毕，恢复吸污操作。

61、通过采用上述技术方案，监测吸污管路负压波动判断滤网处颗粒堆积，超阈值时暂停吸污并控制收集铲反向移动回收坑底颗粒，实现了吸水膨胀颗粒的循环利用，降低了物料消耗成本。

62、可选的，还包括致密板结型粪垢处理过程中的腐蚀性气体集聚应对方法：

63、采集机器人在退离等待发酵期间粪坑通道内的氨气浓度和硫化氢浓度；

64、基于氨气浓度和硫化氢浓度计算综合毒气风险指数；

65、当综合毒气风险指数超过预设的安全阈值时，控制机器人启动自带的通风装置，将外部空气引入粪坑通道内稀释毒气浓度，直至综合毒气风险指数回落至安全阈值以下。

66、通过采用上述技术方案，在退离发酵期间实时监测氨气和硫化氢浓度，计算综合毒气风险指数，超阈值时启动通风装置稀释毒气，降低了发酵过程中有毒气体积聚的安全风险。

67、可选的，还包括刮铲自洁方法：

68、采集刮铲表面粪垢累积厚度；

69、基于粪垢累积厚度与预设的清洁触发阈值的比较结果判断是否执行自洁操作；

70、当粪垢累积厚度超过清洁触发阈值时，控制机器人行驶至预设的冲洗位置，向刮铲表面喷水使预涂的水溶性牺牲涂层溶解，附着的粪垢随涂层一同脱落。

71、通过采用上述技术方案，监测刮铲表面粪垢累积厚度，超阈值时行驶至冲洗位置喷水使水溶性牺牲涂层溶解，附着的粪垢随涂层一同脱落，提高了刮铲表面自洁的便捷性和清洁效果。

72、第二方面，本技术提供一种猪舍粪坑清洗机器人的控制系统，采用如下的技术方案：

73、一种猪舍粪坑清洗机器人的控制系统，包括：

74、采集模块，用于采集刮铲行进阻力、探针插入阻力、粪污表面硬度和结构变化状态；

75、存储器，用于存储实现一种猪舍粪坑清洗机器人的控制方法的程序；

76、处理器，用于加载执行存储器中所存储的程序。

77、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

78、1.通过采集刮铲行进阻力、探针插入阻力及粪污表面硬度综合判断粪污类型，当判定为致密板结型粪垢时，抬升刮铲并向粪垢内部引入可产生体积膨胀效应的介质，使粪垢内部产生膨胀应力致其崩解破碎，再降下刮铲执行刮铲和吸污操作，从而降低了致密板结型粪垢的清除难度，减少了刮铲打滑和无效作业，提高了清洗作业效率；

79、2.根据粪垢厚度和硬度确定喷洒量、渗透时间和喷洒间距，喷洒激活液后退离等待发酵时长，利用内源产气菌产生微气泡使粪垢结构松散，再返回刮除，提高了激活液利用效率和粪垢松散效果；

80、3.根据硬壳厚度和裂缝分布铺洒吸水膨胀颗粒，颗粒吸水膨胀后撑裂硬壳使其整体塌陷，再执行刮铲和吸污，提高了对上硬下软分层粪污的清除效果和作业效率。