CN104621004A - 一种生物及环境监测智能机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明属于畜牧机械技术领域，特别涉及一种生物及环境监测智能机器人，包括滚珠丝杠控制机构、敲击机构、换向机构、行走机构、温湿度环境监测系统、病死鸡识别系统，本发明使我国家禽笼养模式下必须通过人工来识别病死鸡和监测环境成为历史，其将大大减轻养殖工人的劳动强度，改善工人的工作条件及动物福利，提高畜禽产业的智能化、自动化水平，提高规模养鸡业的综合经济效益，为蛋鸡养殖业可持续性、健康发展提供技术保证，打破了集约化养殖领域的又一瓶颈，具有极高的行业价值和应用价值。
Description
技术领域
本发明属于畜牧机械技术领域，特别涉及一种生物及环境监测智能机器人。
背景技术
自动化家禽笼养模式是我国家禽养殖业的主要模式，在产蛋量、饲料转换率、存活率等诸多方面具有显著的优点，目前国内大规模的养鸡场中，自动化、智能化设备已成为禽业前进方向。但在“病死鸡检测”方面仍采用人工的方式，还没有达到全自动化的养殖理念。
“病死鸡”是指笼养模式下的养殖过程中需要及时被淘汰清除的生病鸡和死亡鸡。在规模化、集约化的养鸡场中，“病死鸡”带来的危害是巨大的，如易传染疾病、危害食品安全、危害人体健康等特点，如果“病死鸡”不能被及时的发现与清除，会给整个养鸡场带来灾难性的后果。
一些研究学者已经有针对性的解决上述问题，如郑双阳等研究了基于机器视觉对高阶直立式鸡笼蛋鸡的监测系统，该系统包括：携行系统、图像处理系统及远程控制系统；彭彦松等研究了基于支持向量机的养鸡场死鸡检测方法，采用了一种基于统计学习理论——支持向量机(SVM)的死鸡检测算法；王红英等设计了一种用于畜禽舍笼养系统的电动观察车，以便工作人员观察。但上述设计还远未实现脱离人工的自动监测。正大平谷蛋鸡项目正在应用的检测肉鸡的健康状态的智能机器人在我国现阶段国情下因其成本高、造价高的特点而受到推广的限制。
在畜禽舍环境监测方面，宋锐等设计了一种标准化鸡舍环境与养殖信息监控及管理系统；徐丽佳等设计一种通过采集系统中多点布局的采集节点采集鸡舍环境参数，并将数据通过ZigBee无线网络传输至上位机的监控系统；魏瑞成等设计了一种适用于舍饲鸡舍环境指标智能化监控决策系统。但上述设计为定点监测，不能实现实时、多方位的在线监测。
因此，有必要设计一种成本低廉、时刻检测鸡只的健康状态、巡视鸡舍环境状况的生物监测智能机器人。
发明内容
本发明的目的是为了对高度集约化的家禽养殖舍病死鸡、环境状况自动监测，提供一种生物及环境监测智能机器人。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种生物及环境监测智能机器人，其包括滚珠丝杠控制机构、敲击机构、换向机构、行走机构、温湿度环境监测系统和病死鸡识别系统，其中，
所述滚珠丝杠控制机构，包括平移电机1、水平杆2、升降电机3、竖直杆4和击板支架5，其中，竖直杆4的顶端固定有升降电机3，升降电机3的输出轴连接有沿着该竖直杆4延伸的竖直滚珠丝杠，水平杆2的一端固定在该竖直滚珠丝杠的可移动端上，水平杆2的另一端固定有平移电机1，平移电机1的输出轴连接有沿着该水平杆2延伸的水平滚珠丝杠，击板支架5固定在该水平滚珠丝杠的可移动端上；
所述敲击机构包括击板6、敲击驱动电机17、第一敲击转杆18、击板衔接杆19、第二底座轴承22、大齿轮23、第二转轴24、第二敲击转杆25、滑块26、第一底座轴承32、第一转轴33、第三底座轴承34和小齿轮35；敲击驱动电机17固定在击板支架5的一侧，击板支架5的底面上设置一对第一底座轴承32、一对第二底座轴承22和一个第三底座轴承34，通过一对第一底座轴承32固定的第一转轴33与敲击驱动电机17的输出轴连接，通过一对第二底座轴承22固定的第二转轴24与第一敲击转杆18一端固定连接，第一敲击转杆18的另一端与第二敲击转杆25的一端铰接，第二敲击转杆25的另一端与滑块26铰接，第一转轴33固定连接的小齿轮35与第二转轴24固定连接的大齿轮23啮合，击板衔接杆19的一端固定安装在第三底座轴承34上，另一端连接滑块26，击板6固定于滑块26上；
所述换向机构包括竖直杆固定盘9、换向电机12、阶梯轴21和轴套20，竖直杆固定盘9固定连接在竖直杆4下端，竖直杆固定盘9的下方固定安装有阶梯轴21，阶梯轴21通过联轴器27连接于换向电机12的输出轴，阶梯轴21下方的外侧设置一支撑于底盘10上的轴套20，阶梯轴21和轴套20中间安装有深沟球轴承和推力轴承；阶梯轴21上方安装有带底座轴承28，该带底座轴承28支撑于底盘10上。
所述行走机构，包括转向轮13、驱动轮30、行走电机11、底盘10、驱动轴29、连杆31和转向电机15，底盘10上固定有蓄电池14、单片机16、计算机8、行走电机11、转向电机15、换向电机12，通过驱动轴29连接的两个驱动轮30固定于底盘10的后端，通过连杆31连接的两个转向轮13固定于底盘10的前端，行走电机11通过链条与两个驱动轮30连接。
所述病死鸡识别系统，包括摄像头7、计算机8，击板支架5的下方固定有支架，用于安装摄像头7；计算机8安装在底盘10的后端。
所述温湿度环境监测系统，包括嵌入在水平杆2上和竖直杆4顶端的温度传感器、湿度传感器。
所述行走电机11、转向电机15、换向电机12、升降电机3、平移电机1敲击驱动电机17均为由单片机16控制的步进电机。
本发明的有益效果在于：
1、自动化程度高：实现了鸡只笼养模式下病死鸡的自动识别、环境参数的在线监测，极大地节省了集约化家禽养殖的劳动力。
2、适用性佳：采用圆柱坐标型机器人基本构型，其能前后上下移动，躯体还能绕着轴旋转，可进行立体作业，从而使该机器人可以用于叠层笼养和阶梯笼养两种养殖模式下不同笼层鸡只的监测。
3、智能型：通过单片机控制机器人的行走、停止、换向、转向，同时控制敲击机构的上下、左右驱动，这两大特点使本发明具备了“机器腿”和“机器手”，实现了一个监测智能机器人。用一个机器人代替操作工，实现智能化监测。相对于人工操作，还具有多点采集环境参数的功能。
4、多点操作采集：通过步进电机配合滚珠丝杠装置实现机器人控制移动，充分利用走道的纵向空间，可实现机器人平稳运行、高精度定位和多点环境数据的采集。
本发明将智能机器人用于家禽笼养模式，充分整合了单片机控制技术、传感器技术、计算机图像采集识别技术。虽然这些技术已经在畜牧养殖设备中有所应用，如精确饲喂、个体识别、自动挤奶、鸡蛋码盘等，但在我国的家禽笼养设备中还没有涉及。可以说，本发明标志着我国家禽笼养设备的研发重点逐步告别简单的材料加工、装配、以及配备传动机构，正在向高精化、智能化的方向发展，其自动化水平正在向发达国家靠拢。本发明使我国家禽笼养模式下必须通过人工来识别病死鸡和监测环境成为历史，其将大大减轻养殖工人的劳动强度，改善工人的工作条件及动物福利，提高畜禽产业的智能化、自动化水平，提高规模养鸡业的综合经济效益，为蛋鸡养殖业可持续性、健康发展提供技术保证，打破了集约化养殖领域的又一瓶颈，具有极高的行业价值和应用价值。
附图说明
图1为本发明的生物及环境监测智能机器人的结构示意图；
图2为本发明的生物及环境监测智能机器人的敲击机构的结构示意图；
图3为本发明的生物及环境监测智能机器人的换向机构底端部位的结构示意图。
附图标记：
1平移电机 2水平杆 3升降电机
4竖直杆 5击板支架 6击板
7摄像头 8计算机 9竖直杆固定盘
10底盘 11行走电机 12换向电机
13转向轮 14蓄电池 15转向电机
16单片机 17敲击驱动电机 18第一敲击转杆
19击板衔接杆 20轴套 21阶梯轴
22第二底座轴承 23大齿轮 24第二转轴
25第二敲击转杆 26滑块 27联轴器
28底座轴承 29驱动轴 30驱动轮
31连杆 32第一底座轴承 33第一转轴
34第三底座轴承 35小齿轮
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1所示，生物及环境监测智能机器人包括滚珠丝杠控制机构、敲击机构、换向机构、行走机构、温湿度环境监测系统、病死鸡识别系统。
滚珠丝杠控制机构，包括平移电机1、水平杆2、升降电机3、竖直杆4和击板支架5，其中，竖直杆4的顶端固定有升降电机3，升降电机3的输出轴连接有沿着该竖直杆4延伸的竖直滚珠丝杠，水平杆2的一端固定在该竖直滚珠丝杠的可移动端上，从而使水平杆2上下移动；水平杆2的另一端固定有平移电机1，平移电机1的输出轴连接有沿着该水平杆2延伸的水平滚珠丝杠，击板支架5固定在该水平滚珠丝杠的可移动端上。滚珠丝杠控制机构能够使击板支架5在升降电机3和平移电机1的共同作用下，实现竖直和水平方向的移动。
如图2所示，敲击机构包括击板6、敲击驱动电机17、第一敲击转杆18、击板衔接杆19、第二底座轴承22、大齿轮23、第二转轴24、第二敲击转杆25、滑块26、第一底座轴承32、第一转轴33、第三底座轴承34和小齿轮35。
敲击驱动电机17固定在击板支架5的一侧，击板支架5的底面上设置一对第一底座轴承32、一对第二底座轴承22和一个第三底座轴承34，通过一对第一底座轴承32固定的第一转轴33与敲击驱动电机17的输出轴连接，通过一对第二底座轴承22固定的第二转轴24与第一敲击转杆18一端固定连接，第一敲击转杆18的另一端与第二敲击转杆25的一端铰接，第二敲击转杆25的另一端与滑块26铰接；第一转轴33固定连接的小齿轮35与第二转轴24固定连接的大齿轮23啮合，击板衔接杆19的一端固定安装在第三底座轴承34上，另一端连接滑块26，击板6固定于滑块26上；敲击驱动电机17能够通过齿轮传动方式带动第一敲击转杆18和第二敲击转杆25旋转，滑块26随着第二敲击转杆25的旋转而往复运动，从而将敲击驱动电机17的旋转输出转化为击板6的往复运动。
如图3所示，换向机构包括竖直杆固定盘9、换向电机12、阶梯轴21和轴套20。其中，竖直杆固定盘9固定连接在竖直杆4下端，竖直杆固定盘9的下方固定安装有阶梯轴21，阶梯轴21通过联轴器27连接于换向电机12的输出轴，阶梯轴21下方的外侧设置一支撑于底盘10上的轴套20，阶梯轴21和轴套20中间安装有深沟球轴承和推力轴承；阶梯轴21上方安装有带底座轴承28，用于防止竖直杆4偏移，该带底座轴承28同样支撑于底盘10上；竖直杆4能够在换向电机12的带动下完成180°换向。
行走机构，包括转向轮13、驱动轮30、行走电机11、底盘10、驱动轴29、连杆31和转向电机15。其中，底盘10上固定有蓄电池14、单片机16、计算机8、行走电机11、转向电机15和换向电机12。通过驱动轴29连接的两个驱动轮30固定于底盘10的后端，通过连杆31连接的两个转向轮13固定于底盘10的前端，行走电机11通过链条传动驱动两个驱动轮30运动，从而实现监测智能机器人的向前或向后行走；转向电机15通过连杆31传动驱动转向轮13摆动，从而实现监测智能机器人的转弯。
生物及环境监测智能机器人所配置的行走电机11、转向电机15、换向电机12、升降电机3、平移电机1敲击驱动电机17均为步进电机，由单片机16控制，从而使生物及环境监测智能机器人在家禽养殖场行走、转向，并将敲击机构换向、升降、平移、驱动。
温湿度环境监测系统，包括嵌入在水平杆2上和竖直杆4顶端的温度传感器、湿度传感器和计算机8。计算机8用于通过温度传感器、湿度传感器采集温湿度数据并记录。
病死鸡识别系统，包括摄像头7和计算机8。击板支架5的下方固定有支架，用于安装摄像头7；计算机8安装在底盘10的后端，用于采集图像和进行图像处理。
生物及环境监测智能机器人行至特定的饲养组时，停止并通过敲击机构上的击板6敲击笼具使鸡只警觉，摄像头7能够采集图像至计算机8，计算机8用于图像处理和病死鸡的识别、记录，通过识别笼中相对静止的鸡冠或鸡脚来判断笼中是否有死鸡。
敲击机构的位置能够通过竖直滚珠丝杠和水平滚珠丝杠控制，从而实现上下左右移动；生物及环境监测智能机器人能够行走于家禽养殖舍每列笼具之间的走道，并敲击其左边或右边特定列的笼具，行至一端时敲击机构180°换向并向相反方向行进，从而敲击另一边的笼具，或转向行至另一走道；在行走过程中实现病死鸡的识别、记录，以及家禽养殖舍多点的温湿度环境数据的采集、记录。
如图1中四条标有双向箭头的线所示，在同一列走道中行驶时，敲击机构能够实现上下、左右、前后、换向四种方式的运动。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，如本发明中“生物及环境监测智能机器人”的移动不一定采用滚珠丝杠方式，也可以用链条或液压驱动，又如环境监测系统不一定仅指温、湿度传感器，还可以包含风速仪、光度计、光照度采集探头、二氧化碳浓度传感器等。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种生物及环境监测智能机器人，其特征在于：其包括滚珠丝杠控制机构、敲击机构、换向机构、行走机构、温湿度环境监测系统和病死鸡识别系统，其中，
所述滚珠丝杠控制机构，包括平移电机(1)、水平杆(2)、升降电机(3)、竖直杆(4)和击板支架(5)，其中，竖直杆(4)的顶端固定有升降电机(3)，升降电机(3)的输出轴连接有沿着该竖直杆(4)延伸的竖直滚珠丝杠，水平杆(2)的一端固定在该竖直滚珠丝杠的可移动端上，水平杆(2)的另一端固定有平移电机(1)，平移电机(1)的输出轴连接有沿着该水平杆(2)延伸的水平滚珠丝杠，击板支架(5)固定在该水平滚珠丝杠的可移动端上；
所述敲击机构包括击板(6)、敲击驱动电机(17)、第一敲击转杆(18)、击板衔接杆(19)、第二底座轴承(22)、大齿轮(23)、第二转轴(24)、第二敲击转杆(25)、滑块(26)、第一底座轴承(32)、第一转轴(33)、第三底座轴承(34)和小齿轮(35)；敲击驱动电机(17)固定在击板支架(5)的一侧，击板支架(5)的底面上设置一对第一底座轴承(32)、一对第二底座轴承(22)和一个第三底座轴承(34)，通过一对第一底座轴承(32)固定的第一转轴(33)与敲击驱动电机(17)的输出轴连接，通过一对第二底座轴承(22)固定的第二转轴(24)与第一敲击转杆(18)一端固定连接，第一敲击转杆(18)的另一端与第二敲击转杆(25)的一端铰接，第二敲击转杆(25)的另一端与滑块(26)铰接，第一转轴(33)固定连接的小齿轮(35)与第二转轴(24)固定连接的大齿轮(23)啮合，击板衔接杆(19)的一端固定安装在第三底座轴承(34)上，另一端连接滑块(26)，击板(6)固定于滑块(26)上；
所述换向机构包括竖直杆固定盘(9)、换向电机(12)、阶梯轴(21)和轴套(20)，竖直杆固定盘(9)固定连接在竖直杆(4)下端，竖直杆固定盘(9)的下方固定安装有阶梯轴(21)，阶梯轴(21)通过联轴器(27)连接于换向电机(12)的输出轴，阶梯轴(21)下方的外侧设置一支撑于底盘(10)上的轴套(20)，阶梯轴(21)和轴套(20)中间安装有深沟球轴承和推力轴承；阶梯轴(21)上方安装有带底座轴承(28)，该带底座轴承(28)支撑于底盘(10)上。
2.如权利要求1所述的生物及环境监测智能机器人，其特征在于：所述行走机构，包括转向轮(13)、驱动轮(30)、行走电机(11)、底盘(10)、驱动轴(29)、连杆(31)和转向电机(15)，底盘(10)上固定有蓄电池(14)、单片机(16)、计算机(8)、行走电机(11)、转向电机(15)、换向电机(12)，通过驱动轴(29)连接的两个驱动轮(30)固定于底盘(10)的后端，通过连杆(31)连接的两个转向轮(13)固定于底盘(10)的前端，行走电机(11)通过链条与两个驱动轮(30)连接。
3.如权利要求1所述的生物及环境监测智能机器人，其特征在于：所述病死鸡识别系统，包括摄像头(7)、计算机(8)，击板支架(5)的下方固定有支架，用于安装摄像头(7)；计算机(8)安装在底盘(10)的后端。
4.如权利要求1所述的生物及环境监测智能机器人，其特征在于：所述温湿度环境监测系统，包括嵌入在水平杆(2)上和竖直杆(4)顶端的温度传感器、湿度传感器。
5.如权利要求1或2所述的生物及环境监测智能机器人，其特征在于：所述行走电机(11)、转向电机(15)、换向电机(12)、升降电机(3)、平移电机(1)敲击驱动电机(17)均为由单片机(16)控制的步进电机。
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