0引言

面粉筒仓是面粉厂存储、加工和运输面粉的必备设备，主要采用圆柱形结构，少数为方形设计。随着社会进步，对小麦面粉的需求不断增加，因此面粉筒仓的重要性也日益提高。这些筒仓的规模和机械化水平越来越大。在筒仓内存放一段时间后，由于面粉固有的含水量和温度差异，一些面粉可能会附着在筒仓壁上并无法脱落。这种情况严重影响面粉的质量，影响产量，并在一定程度上损坏筒仓本身。

目前，人工清洁是维护面粉筒仓的主流方法，这个过程既麻烦又危险。工人通过顶部开口被吊入筒仓清理附着的面粉，由于筒仓内灰尘密度高，可能引发爆炸，从而对工人的生命和财产构成严重威胁。少数企业采用机器人进行清洁。然而，目前的清洁机器人结构简单，功能有限，只由主体和机械臂组成。机器人通过钢索悬挂进行清洁，这种方法使它们难以在筒仓内保持固定位置。设备的大小进一步加剧了清洁过程的复杂性，机器人难以保持平衡。人工控制这些机器人大量耗费能源，而且清洁后的卫生消毒不够彻底，无法消除细菌和害虫,之前有专家建议爬墙机器人。然而，筒仓内壁的弯曲结构以及面粉团块的存在，使得机器人难以附着在壁上。因此，迫切需要一种更高效、稳定、方便的筒仓清洁机器人解决方案。

1 智能清理机器人整体设计

面粉粉仓智能清理机器人是一种专业粉仓清理设备，它能够自适应粉仓的结构和大小，固定自身的位置，进而清洁粉仓内壁，并最终进行消毒杀菌。此机器人由龙门吊、支撑臂、机器人主体以及清理机械臂四个主要部分组成。

吊装结构由龙门吊、驱动电机及钢丝绳组成。龙门架运输部分负责将清洁机器人本体运送至面粉粉仓的上端入口，并将机器人垂直送入粉仓内。采用龙门架运输既安全又便利，且具有经济效益。此外，还可以进行一定量的位置微调。龙门吊将设备运送到位，并在调节好位置后将设备送入粉仓内，使设备达到预定高度。

支撑结构主要由两个由多节气缸构成的支撑臂组成，多节气缸伸出以固定设备，使设备在清扫时保持稳定。下部清扫设备展开后，便可以开始清扫工作。

清洁设备主体分为三层。第一层为吊装结构，主要负责将清洁机器人本体运送至面粉粉仓的上端入口，并将机器人垂直送入粉仓内。第二层为旋转机构及伸展动力机构，主体内还配备了防爆电机和三维激光扫描设备。第三层为清洁部位，机器人下端设有三条机械清理臂。每条清理臂由3个刚性连杆通过转动关节连接，末端执行器为硬质毛刷和橡胶刮板。在工作时，清理臂会高速旋转，产生巨大的切削力，从而将侧壁上结块的面粉剥离下来。

图1 智能清理机器人组成模块

2龙门架运输部分

龙门架运输部分主要通过钢丝绳将清洁机器人主体运送至面粉粉仓的上端口，并负责将机器人垂直送入粉仓内。采用龙门架运输方式不仅安全、方便、经济，同时还可以进行一定程度的位置微调。

3清理机器人本体部分

3.1 机器人上部部分

清洁机器人的上部部分由吊耳、多节气缸、端部固定胶皮碗、高清防爆探头以及防爆电机等组成。高清防爆探头主要用于探测仓内的实际情况，并将信息反馈给外部操作系统。然后，外部系统会根据接收到的信息进行分析处理，再将新的信号发送给清洁机器人。机器人上部整体由一个护罩保护，以防止大量的粉尘进入。

3.2 气缸固定部分

多级气缸可以伸缩至端部胶皮碗抵扣住面粉粉仓的内壁，起到固定作用。一级气缸节与清洁机器人上部板螺栓连接固定。各级气缸的伸缩能满足不同内径的粉仓。采用气缸可以减少机械结构，使整体结构简洁，从而降低运行期间的故障率和维修率。

3.3 回转支撑部分

回转支撑部分包括内齿圈和外齿圈。外齿圈与机器人上部板通过螺栓连接固定，内齿圈则与下部板通过螺栓连接固定。内外齿圈由钢丸连接，可相对转动。上部防爆电机直连内齿圈转动，内齿圈由内部齿轮带动可以实现转动。回转支撑本身具有严密的密封性能，可以在多尘等恶劣环境中长期正常运行。

3.4 机器人下部部分

清洁机器人的下部部分包括下部防爆电机、转动盘、伸缩气缸、伸缩气缸护罩、转动电机、清洁端部气缸以及清洁头部。下部防爆电机连接转盘，转盘与伸缩气缸通过螺栓连接固定，转动电机带动端部伸缩气缸转动。伸缩气缸在转盘的带动下实现转动至适当的角度，端部伸缩气缸在转动电机的带动下实现转动至适当的角度。伸缩气缸以及端部伸缩气缸的伸缩至适当长度，以满足各种内径和形状的粮仓。防爆电机带动内部齿轮及回转支撑，进而带动下部整体转动，从而带动下部清洁部分转动，完成清洁过程。端部清洁头由中硬度耐磨胶皮制作，制作成楞行，

  清洁机器下部包含下部防爆电机、转动盘、伸缩气缸、伸缩气缸护罩、转动电机、清洁端部气缸、清洁头部组成；下部防爆电机连接转盘，转盘与伸缩气缸螺栓连接固定，转动电机带动端部伸缩气缸转动；伸缩气缸在转盘带动下实现转动至适当角度，端部伸缩气缸在转动电机带动下实现转动至适当角度，伸缩气缸及端部伸缩气缸伸缩至适当长度以满足各种内径及形状的粮仓，以气缸为主体，防爆电机复杂旋转定位，最大限度的减少了机械传动部分，使整体设备简洁精巧，便于后期使用及维护；防爆电机带动内部齿轮及回转支撑，从而带动下部整体转动，从而带动下部清洁部分转动，完成清洁过程；端部清洁头由中硬度耐磨胶皮制作，制作成楞行，便于更好的清洁。

4总结和结论

面粉粉仓智能清理机器人的设计与实施，极大地提高了清理效率和清理效果，同时避免了人工清理和使用其他机器清理所带来的潜在风险。龙门架和双向支撑臂的设计克服了机器人本体重大和移动困难的问题。三条机械臂可同时进行清理，共同完成各自的清理任务，大大减少了清理时间。这种设计还使得机械臂无需过大，从而使清理更加便捷，并节省了制造成本。总的来说，面粉粉仓智能清理机器人在立筒仓清理领域的应用前景广阔，具有重要的实用意义。我们相信，通过持续的研究和创新，我们可以进一步提高机器人的智能化水平和适应性，为立筒仓清理领域的发展和进步做出更大的贡献。

参考文献:

[1]曹毅,李磊,张景涛.基于深度强化学习的机械臂避障路径规划研究[J].制造业自动化,2023,45(06):160-164.

[2]侯婷婷.不受螨虫困扰  尽享健康生活[J].家用电器,2021(03):90.

[3]尤拥宾. 柔性驱动立筒仓清理机器人转动控制方法的研究[D].河南工业大学,2015.

[4]曹毅,臧义,刁伟华.柔性驱动立筒仓清理机器人转动控制系统建模及简化[J].现代制造工程,2014(04):24-29.DOI:10.16731/j.cnki.1671-3133.2014.04.026.

[5]曹毅,郑金芳,刁伟华.基于模糊控制的立筒仓清理机器人转动调节研究[J].中国农机化学报,2013,34(04):246-251+203.

[6]曹毅,刁伟华,于心俊.立筒仓悬挂式清洁机器人的建模与转动控制仿真[J].机械传动,2012,36(02):29-32.DOI:10.16578/j.issn.1004.2539.2012.02.005.

[7]杨少武.面粉厂仓结拱、中空的解决方案和预防措施[J].粮食加工,2010,35(01):36-37.

[8]吴长康.浅析粮食立筒仓粉尘爆炸及防爆措施[J].粮食流通技术,2009(05):29-33.

基金资助：河南省教育科学规划2023年度一般课题（项目号：2023YB0086）